近紅外光譜總結new

1、一、近紅外光譜介紹近紅外（NearInfrared,NIR）光是指波長介于可見區(qū)與中紅外區(qū)之間的電磁波，其波長范圍約為8002500nm,波數(shù)范圍約為125004000cm1,（波數(shù)=104/波長）。近紅外光譜分析是指利用近紅外譜區(qū)包含的物質信息，主要用于有機物質定性和定量分析的一種分析技術。特定化學基團有其特定的基頻頻率，稱為指紋吸收帶?；鶊F伸縮振動引起的基頻吸收帶（指紋吸收帶）一般位于中紅外區(qū)，特定的基團對應特定的吸收光譜，所以運用中紅外光譜可以定性和定量分析組分成分和含量。但是中紅外只能用于靜態(tài)測量，樣品要求極薄，不適用于在線測量?；鶊F伸縮振動引起的基頻吸收帶一般位于中紅外區(qū)，而基團伸縮

2、振動引起的泛頻，又稱倍頻（如第一、第二甚至更高）一般位于近紅外區(qū)，伸縮振動和彎曲振動的組頻（又稱合頻）吸收帶一般也位于近紅外區(qū)。近紅外光譜分析的信息與信號：近紅外光譜的信息源是分子內部原子間振動的倍頻與合頻。該譜區(qū)信號的頻率比中紅外譜區(qū)高，介于中紅外譜區(qū)和可見譜區(qū)之間。但近紅外法的檢測低限不如中紅外定量分析，約為10-310-4,（一般要求成分含量不能低于0.1%）不適宜做含量過低的樣品、微量樣品的分析。近紅外光譜（NIR）作為一種分析手段，可以測定有機物以及部分無機物。這些物質分子中化學鍵結核的各種基團（如OH、C=O、N-H、C-H）的伸縮、振動、彎曲等運動都有它固定的振動頻率。當分子受到

3、紅外線照射時，被激發(fā)產(chǎn)生共振，同時光的能量一部分被吸收，測量其吸收光，可以得到極為復雜的圖譜，這種圖譜表示被測物質的特征。不同物質在近紅外區(qū)域有豐富的吸收光譜，每種成分都有特定的吸收特征，這就為近紅外光譜定量分析提供了基礎。二、近紅外光譜分析1、比耳定律吸收光譜定量分析是根據(jù)樣品對某一譜區(qū)光吸收強度與吸光粒子（低能態(tài)的分子或原子）之間的關系，并考慮到樣品中吸光粒子數(shù)與樣品粒子總數(shù)的關系來定量的。比耳定律，也稱為物質對光的吸收定律，簡稱吸收定律。表達式為：IA-lg一=；bC10其中：I0為波長為入的平行、均勻入射光束強度；I為透過溶液后的光束強度；A為吸光度；e為待測組分的摩爾吸光系數(shù)；b為光

4、程;C為待測組分的物質的量濃度。2、光譜分析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7001100nm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）。反射光譜（波長一般在11002500nm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。根據(jù)測試方法，近紅外光譜法主要分為透射測定法，漫透射測定法和反射測定法3種。透射測定法用于透明樣品的分析，樣品濃度與對光的吸收關系符合比爾定律。漫透射測定法

5、，由于樣品中含有光散射物質,光在穿透分析樣品時，除了吸收外還有多次散射，比爾定律不適用。反射測定法，近紅外光照射到樣品表面后，由于樣品表面狀態(tài)和結構的不同，光線會發(fā)生多次反射。3、常見的吸收基團C-H基團，基頻吸收帶出現(xiàn)在33003500nm;O-H基團，基本吸收帶出現(xiàn)在27002900nm;N-H基團，基頻吸收帶出現(xiàn)在27002900nm;S-H基團，基頻吸收帶出現(xiàn)在3900nm附近。其中前兩種基團的泛頻或組頻吸收帶出現(xiàn)的波長小于2000nm,吸收帶強度較大；后兩者泛頻或組頻吸收帶則很弱，這主要是由于其基頻吸收帶的強度比較弱。純水分子中O-H鍵伸縮振動的第一泛頻約在1440nm,第二泛頻約在

6、960nm,組頻吸收帶主要有兩個，較強的在1940nm,較弱的在1220nm。水在1940nm的組頻吸收很強，已被成功地用于測定農(nóng)產(chǎn)品等物質中水的含量。水在1940nm、1450nm、1190nm、970nm、760nm處有較強的吸收。其中，1450nm、970nm和760nm是O-H的倍頻吸收帶，1940nm及1190nm是O-H的合頻吸收帶。在水的近紅外吸收峰中，1190nm波長處的吸收率小，一般用于大于50%的濕度測量；2950nm波長處的吸收率過大，測濕的范圍窄，一般用于小范圍高精度的測量，而1450nm、1940nm波長的吸收率較為適當，可用于工業(yè)領域的測濕，實踐表明，1940nm波

7、長比1450nm波長的靈敏度更高，線性更好。缺點是對于微量水分（0.04%以下）的測量有困難。4、近紅外光譜分析模型建立及應用圖】近紅外定量分析模型建立流程圖近紅外光譜分析模型建立及應用框圖，其分析方法的建立主要通過四步完成：一是選擇有代表性的校正集樣本并測量其近紅外光譜；二是采用標準或認可的參考方法測定所關心的組成或性質數(shù)據(jù)；三是根據(jù)測量的光譜和基礎數(shù)據(jù)通過合理的化學計量學方法建立校正模型，在光譜與基礎數(shù)據(jù)關聯(lián)前，為減輕以至于消除各種因素對光譜的干擾，需要采用合適的方法對光譜進行預處理；四是未知樣本組成性質的測定，在對未知樣本測定時，根據(jù)測定的光譜和校正模型適用性判據(jù)，要確定建立的校正模型是

8、否適合對未知樣本進行測定，如適合，則測定的結果符合模型允許的誤差要求，否則只能提供參考性數(shù)據(jù)。近紅外光譜中化學計量學方法的研究主要涉及3個方面的內容：一是光譜預處理方法的研究（凈化圖譜信息）；二是近紅外光譜定性和定量校正方法的研究；三是校正模型傳遞技術的研究，也稱近紅外光譜儀器的標準化。圖譜的預處理研究：一是噪音和其他圖譜不規(guī)則影響的濾除；二是圖譜信息的優(yōu)化，篩選出最有效的光譜區(qū)域，提高運算效率。噪音及其他干擾因素的消除：1、平滑處理-濾除噪聲（傅里葉變換、奇異值分解，卷積平滑方法（最有效最常用）；2、基線校正-消除偏移或漂移現(xiàn)象（一階微分（處理基線偏移）或二階微分（處理基線漂移）三、近紅外光

9、譜技術在石油化工方面的應用1、基于近紅外技術石油含水量的測量特定化學基團有其特定的基頻頻率，稱為指紋吸收帶。同樣他們的組頻和泛頻頻率也是相對穩(wěn)定和特有的?；l吸收多出現(xiàn)在中紅外波段，組頻、泛頻等大多出現(xiàn)在近紅外波段，下表是與石油相關的基團和物質在近紅外段吸收帶。CH(m)H2O(Lm)1.691.7551.7621.9771.1271.271.3191.5480.8450.8781.0951.1650.9260.978對油品而言，石油產(chǎn)品主要為含有各種不同的C-H基團信息的煌類化合物，例如甲基C-H(913nm)、烯炫C-H(895nm)、亞甲基C-H(934nm)和芳炫CH(875nm)等基

10、團信息。利用近紅外光譜測定油品中的水分主要是指測定O-H基團振動光譜的倍頻及合頻吸收，純水的O-H伸縮振動的一級倍頻約在1440nm,在有機物中該譜帶一般位14101430nm,并且靠近1410nm處更多地與自由水吸收峰相關，靠近1430nm處與結合水的吸收峰相關，總之水分在近紅外譜區(qū)有較強的吸收峰。2、礦化度影響油田產(chǎn)出水中通常都含有一定鹽分即礦化度，礦化度變化將導致流體密度，導電性，質量吸收系數(shù)，黏度等物性相應變化，致使常規(guī)電法含稅測量儀表的測量精度大大下降。礦化度對傳統(tǒng)電學含水測量裝置影響明顯，而礦化度的主要成分是NaCl,其本身對全波長近紅外透明。附透光材料的透光范圍：光學玻璃0.18

11、2.5wm;石英0.184pm;氯化鈉0.2526pm;藍寶石0.176.5m表5-5拙度分布和透過光度比鹽度(ng/L)透過光度比透過無度比6000.51111921J2400.5132199694500,5082133331200.5143595353000519924527600.514371267純水0514241423注T本試臉中的數(shù)據(jù)是在同時間段內建續(xù)采集的，與油水實驗的條件不同，因此數(shù)據(jù)沒有關聯(lián)性；由于-定管和標定管和液的限制小于50/小/升的樣本配比精度很差，因此沒不實驗更低鹽度樣本.從表5-5的結果看，同實驗條件下各種鹽度樣本與純水的吸收量差異不大。最大值為450mg/L樣本，-0.006157937。差異-1.2%。這已經(jīng)在系統(tǒng)的靈敏度范圍以下，可以