紅外光譜的發(fā)展及應(yīng)用

1、（儀器分析）論文綜述紅外光譜分析的進(jìn)展及其應(yīng)用（石油化工學(xué)院石油化工產(chǎn)技術(shù)1407班李連雄）摘要近紅外光譜是20世紀(jì)30年代以來(lái)發(fā)展最快、最引人注目的光譜分析技術(shù)。闡述了近紅外光譜的原理、技術(shù)特點(diǎn)，介紹了近紅外光譜儀、光譜預(yù)處理方法以及化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的發(fā)展過(guò)程，重點(diǎn)列舉了近紅外光譜在農(nóng)業(yè)和食品分析中的成功應(yīng)用實(shí)例。資料表明，近紅外光譜以其速度快、不破壞樣品、操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、效率高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。特別是在歐美及日本等發(fā)達(dá)

2、國(guó)家，很多近紅外光譜分析法被列為標(biāo)準(zhǔn)方法。而我國(guó)近紅外光譜的應(yīng)用研究起步較晚，雖然某些方面已具國(guó)際領(lǐng)先水平，但就總體來(lái)看與國(guó)際水平還有大的差距。文章首次提出了集中優(yōu)勢(shì)資源，包括人力資源和設(shè)備資源，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立終端用戶和中心數(shù)據(jù)庫(kù)資源共享的模式，以推動(dòng)近紅外光譜技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)科技和生產(chǎn)中的應(yīng)用。引言；近紅外光是指介于可見(jiàn)光和中紅外光之間的電磁波，波長(zhǎng)范圍是700~2500nm，一般有機(jī)物在該區(qū)的近紅外光譜吸收主要是含氫基團(tuán)（0H

3、，CH，NH，SH，PH）等的倍頻和合頻吸收。由于幾乎所有的有機(jī)物的一些主要結(jié)構(gòu)和組成都可以在他們的近紅外光譜中找到信號(hào)，而且譜圖穩(wěn)定，獲取光譜容易，因此近紅外光譜法（NIRS）被譽(yù)為分析的巨人。關(guān)鍵字：紅外光譜、定量分析、應(yīng)用、發(fā)展1近紅外光譜分析基本概念紅外光是一種電磁波，位于可見(jiàn)光區(qū)和微波光區(qū)之間，中紅外光譜除在氣體中如二氧化碳分析等應(yīng)用中作為常用定量分析方法外，主要用于結(jié)構(gòu)鑒定分析。類似地，近紅外光譜也用于結(jié)構(gòu)鑒定。近紅外光譜分

4、析與中紅外光譜分析有著明顯不同。近紅外光譜分析主要作為一種快速和方便，用于提高常規(guī)定量分析效率，適合分析監(jiān)控。近紅外光譜也用于定性分析，但與中紅外光譜定性分析不同。近紅外光譜定性分析則是利用光譜數(shù)據(jù)，據(jù)模式識(shí)別原理，依靠模型庫(kù)對(duì)被分析樣品進(jìn)行判別分析，由此可見(jiàn)，與中紅外光譜在用法上顯著不同，近紅外光譜更多用于生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控。1.1吸收光譜與朗伯_比耳定律[1]對(duì)于均勻或透明的樣品的近紅外光譜分析，采用透射比法則測(cè)量光譜，需要了解透

5、過(guò)率、吸光度和朗伯——比耳定律等概念。朗伯提出：光被透明介質(zhì)吸收的比例與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；在光程上每等厚層介質(zhì)吸收相同比例值的光。比耳提出：光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目朗伯—比耳定律如下（儀器分析）論文綜述品進(jìn)行復(fù)雜處理、耗時(shí)耗力，且顯現(xiàn)的是中藥材中單一成分或部分成分的信息。紅外光譜可以系統(tǒng)、全面的反應(yīng)中藥材不同種屬、不同產(chǎn)地、不同炮制方法等在化學(xué)成分上存在的差異，為中藥的鑒別提供科學(xué)的依據(jù)。采用近紅外光譜結(jié)合聚類分析法

6、對(duì)獨(dú)活屬18種藥用植物進(jìn)行研究，結(jié)果表明該方法與經(jīng)典分類學(xué)分析相一致。3近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)在農(nóng)業(yè)和食品分析上的應(yīng)用[3]3.1近紅外光譜法的發(fā)展過(guò)程近紅外光譜法的應(yīng)用可追溯到1333年，在其后的20年間，由于缺乏儀器基礎(chǔ)，實(shí)際應(yīng)用非常有限。直到上世紀(jì)60年代美國(guó)Nris博士提出相對(duì)NIR分析技術(shù)，即物質(zhì)的含量與近紅外區(qū)內(nèi)多個(gè)不同的波長(zhǎng)點(diǎn)吸收峰呈線性關(guān)系，并利用NIR漫反射技術(shù)測(cè)定了農(nóng)產(chǎn)品中的水分、蛋白、脂肪等，才使其成為實(shí)際分析技術(shù)。1

7、380年后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了分析儀器的數(shù)字化和化學(xué)計(jì)量學(xué)科的發(fā)展，加之近紅外光譜在測(cè)樣技術(shù)上所獨(dú)有的不損壞樣品的特點(diǎn)，在各方面的應(yīng)用研究迅速開(kāi)展。特別是1330年以后，由于近紅外光在纖中良好的傳輸特性，在線分析成功地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。3.2近紅外光譜儀的發(fā)展最早期的近紅外光譜儀是不能連續(xù)掃描的濾光片式，主要用作專用測(cè)定儀。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，NIR逐漸實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，校正系的計(jì)算速度大大提高，并具有一定的糾錯(cuò)和自檢功能?？?/p>

8、連續(xù)掃描的光柵式近紅外光譜儀的出現(xiàn)，進(jìn)一步提高了儀器的精度，從光譜中可獲取更多的信息，并且具有轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)化校正模型的功能，使不同儀器間的校正模型可互相傳遞。但由于儀器中的可移動(dòng)部件（光柵軸）在連續(xù)高強(qiáng)度運(yùn)行中存在磨損的問(wèn)題，從而影響光譜采集的穩(wěn)定性，不太適合在線分析?，F(xiàn)代傅里葉變換近紅外光譜儀是目前近紅外光譜儀器的主導(dǎo)產(chǎn)品，具有很高的波長(zhǎng)準(zhǔn)確性，掃描速度快，光譜分辨率高，自然雜散光不影響測(cè)試結(jié)果。隨著高靈敏度、低噪聲的硅光檢測(cè)器和高效單色

9、器的應(yīng)用，各種性狀的樣品（包括固體、液體、糊狀和完整樣品）的在線分析將更加方便，結(jié)果將更加準(zhǔn)確。4我國(guó)近紅外光譜技術(shù)研究狀況[4]我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始涉足近紅外光譜技術(shù)的研究，首先由北京農(nóng)業(yè)大學(xué)用于農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)分析?！捌呶濉逼陂g我國(guó)把近紅外定標(biāo)軟件的研制列入國(guó)家攻關(guān)計(jì)劃，組織20多家研究所聯(lián)合完成了飼料和農(nóng)產(chǎn)品的上百個(gè)項(xiàng)目的定標(biāo)工作，之后又開(kāi)發(fā)研制了濾光片式NIR分析儀，這些工作為我國(guó)的NIR研究奠定了一定的基礎(chǔ)。但是由于其硬件系