現代近紅外光譜分析儀工作原理

1、現代近紅外光譜分析儀工作原理現代近紅外光譜分析儀工作原理 2011年02月08日 20世紀90年代初,外國廠商開始在我國銷售近紅外光譜分析儀器產品,但在很長時間內，進展不大，其原因主要是：首先，近紅外光譜分析要求光譜儀器、光譜數據處理軟件（主要是化學計量學軟件）和應用樣品模型結合為一體，缺一不可。但被分析樣品會由于樣品產地的不同而不同，國內外的樣品通常有差異，因此，進口儀器的應用模型一般不適合分析國內樣品。如果自己建立模型，就需要操作人員了解和熟悉化學計量學知識和軟件，而外商在中國的代理機構缺乏這方面的專業(yè)人才，不能有效地根據用戶的需要組織培訓，因此，用戶對這項技術缺乏全面了解，影響到了它的推

2、廣使用。其次，進口儀器價格昂貴，售后技術服務費用也往往超出大多數用戶的承受能力。 現代近紅外光譜分析技工作原理 近紅外光譜主要是由于分子振動的非諧振性使分子振動從基態(tài)向高能級躍遷時產生的。近紅外光譜記錄的是分子中單個化學鍵的基頻振動的倍頻和合頻信息，它常常受含氫基團X-H（X-C、N、O）的倍頻和合頻的重疊主導，所以在近紅外光譜范圍內，測量的主要是含氫基團X-H振動的倍頻和合頻吸收。 由于倍頻和合頻躍遷幾率低，而有機物質在NIR光譜區(qū)為倍頻與合頻吸收，所以消光系數弱，譜帶重疊嚴重。因此從近紅外光譜中提取有用信息屬于弱信息和多元信息，需要充分利用現有的光機技術、電子技術和計算機技術進行處理。計算

3、機技術主要包括光譜數據處理和數據關聯(lián)技術。光譜數據處理是消除儀器因素（燈及測量方式等）環(huán)境因素（如溫度等）和樣品物態(tài)（如顏色、形態(tài)等）等對光譜的影響。常采用的方法有平滑、微分、基線漂移扣減、多元散射校正（MSC）和有限脈沖響應濾波（FIR）等也可以用小波變換來 進行部分處理。 數據關聯(lián)技術主要是化學計量學方法。 化學計量學的發(fā)展使多組分分析中多元信息處理理論和技術日益成熟，解決了近紅外光譜區(qū)重疊的問題。 通過關聯(lián)技術可以實現近紅外光譜的快速分析。 在近紅外光譜的應用中我們所關心的是被測樣品的組成或各種物化性質，因此，如何提取這些有用信息是近紅外光譜分析的技術核心?，F在的許多研究與應用表明，利用

4、化學計量學方法進行近紅外光譜分析是非常有效的。化學計量學理論在近紅外光譜儀器中的應用對儀器的實用化是非常關鍵的。 獲得近紅外光譜主要應用兩種技術透射光譜技術和反射光譜技術。透射光譜（波長一般在7801100nm范圍內）是指將待測樣品置于光源與檢測器之間，檢測器所檢測的光是透射光或與樣品分子相互作用后的光（承載了樣品結構與組成信息）， 若樣品是混濁的，樣品中有能對光產生散射的顆粒物質，光在樣品中經過的路程是不確定的，透射光強度與樣品濃度之間的關系不符合Beer定律。對這種樣品應使用漫透射分析法。 反射光譜（波長一般在11002526nm 范圍內）是指將檢測器和光源置于樣品的同一側，檢測器所檢測的

5、是樣品以各種方式反射回來的光。物體對光的反射又分為規(guī)則反射（鏡面反射）與漫反射。 規(guī)則反射指光在物體表面按入射角等于反射角的反射定律發(fā)生的反射，漫反射是光投射到物體后（常是粉末或其它顆粒物體），在物體表面或內部發(fā)生方向不確定的反射。應用漫反射光進行的分析稱為漫反射光譜法。此外，還有把透射分析和漫反射分析結合在一起的綜合漫反射分析法和衰減全反射分析法等。 在近紅外光譜分析中被測物質的近紅外光譜取決于樣品的組成和結構。樣品的組成和結構和近紅外光譜之間有著一定的函數關系。使用化學計量學方法確定出這些重要函數關系，即經過校正，就可以根據被測樣品的近紅外光譜，快速計算出各種數據。 現在常用的校正方法主要

6、有：多元線性回歸（MLR）主成分分析（PCA），偏最小二乘法（PLS）人工神經網絡（ANN）和拓撲（Topological）方法等。 1995年以來，國內許多科研院所和大專院校開始積極研究和開發(fā)適合國內需要的近紅外光譜分析技術，并且做了大量技術知識的普及工作，為我國在這一技術領域的發(fā)展奠定了良好的基礎，開創(chuàng)了嶄新的局面。 近紅外光（near infrared,NIR）是介于可見光（VIS）和中紅外光（MIR或IR）之間的電磁波美國材料檢測協(xié)會（ASTM）將近紅外光譜區(qū)定義為波長780-2526nm的光譜區(qū)（波數為12820-3959cm-1）習慣上又將近紅外區(qū)劃分為近紅外短波（780-1100

7、nm）和近紅外長波（1100-2526nm）兩個區(qū)域。從20世紀50年代起，近紅外光譜技術就在農副產品分析中得到廣泛應用，但是由于技術上的原因，在隨后的20多年中進展不大。進入20世紀80 年代后，隨著計算機技術的迅速發(fā)展，以及化學計量學方法在解決光譜信息提取和消除背景干擾方面取得的良好效果，加之近紅外光譜在測試技術上所獨有的特點，人們對近紅外光譜技術的價值有了進一步的了解從而進行了廣泛的研究。數字化光譜儀器與化學計量學方法的結合標志著現代近紅外光譜技術的形成。數字化近紅外光譜技術在20 世紀90年代初開始商品化。近年來，近紅外光譜的應用技術獲得了巨大發(fā)展，在許多領域得到應用，對推進生產和科研領域的技術進步發(fā)揮了巨大作用。近紅外光譜技術是90年代以來發(fā)展最快、最引人注目的光譜分析技術，測量信號的數字化和分析過程的綠色化使該技術具有典型的時代特