近紅外光譜技術概述

近紅外光(Near-infrared)是指波長在780～2500nm 范圍內的電磁波，屬于非可見光區(qū)域。習慣上又將近紅外光劃分為近紅外短波 (780～1100nm)和長波(1100～2500nm)兩個區(qū)域。NIR 技術可通過測定樣品的NIR 光譜，同時分析樣品中的多種成分。在近紅外譜區(qū)，光的頻率與有機分子中 C-H，O-H，N-H 等振動的合頻與各級倍頻一致，因此通過有機物的近紅外光譜可以取得分子中C-H，O-H，N-H 的特征振動信息。由于近紅外光譜的譜帶較寬，譜圖重疊嚴重，不能用特征峰等簡單方法分析，需要運用計算機技術與化學計量學方法。近紅外光譜的發(fā)展大致可以分為 5 個階段，50 年代以前人們對近紅外光譜已有初步的認識，但由于缺乏儀器基礎，尚未得到實際應用；進入50 年代，隨著商品化儀器的出現(xiàn)及Norris 等人所做的大量工作，近紅外光譜技術在農副產品分析中得到廣泛應用；到60 年代中期，隨著各種新的分析技術的出現(xiàn)加之經典近紅外光譜分析暴露的靈敏度低、抗干擾性差的弱點，近紅外光譜進入一個沉默的時期，除在農副產品分析中開展一些工作外，新的應用領域幾乎沒有拓展；80年代以后，隨著計算機技術的迅速發(fā)展，帶動了分析儀器的數(shù)字化和化學計量學學科的發(fā)展，通過化學計量學方法在解決光譜信息的提取及背景干擾方面取得良好效果，加之近紅外光譜在測樣技術上所獨有的特點，使人們重新認識了近紅外光譜的價值，數(shù)字化光譜儀器與化學計量學方法的結合形成了現(xiàn)代近紅外光譜技術。進入90 年代，近紅外光譜在工業(yè)領域中的應用全面開展，由于近紅外光在常規(guī)光纖中良好的傳輸特性，使近紅外光譜在線分析領域得到很好應用，并取得極好的社會和經濟效益，從此近紅外光譜步入一個快速發(fā)展的時期。

近紅外光譜技術的特點

近紅外光譜技術之所以成為一種快速、高效、適合過程在線分析的有利工具，是由其技術特點決定的，近紅外光譜分析的主要技術特點如下：
⑴ 分析速度快。由于光譜的測量過程一般可在1min 內完成(多通道儀器可在1Sec 之內完成)，通過建立的校正模型可迅速測定出樣品的組成或性質。

⑵ 分析效率高。通過一次光譜的測量和已建立的校正模型，可同時對樣品中的多個組成或性質進行測定。

⑶ 分析成本低。近紅外光譜在分析過程中不消耗樣品，自身除消耗一點電外幾乎無其他消耗，測試費用可大幅度降低。

⑷ 測試重現(xiàn)性好。由于光譜測量的穩(wěn)定性，測試結果很少受人為因素的影響，與標準或參考方法相比，近紅外光譜一般顯示出更好的重現(xiàn)性。

⑸ 樣品測量一般勿需預處理，光譜測量方便。

⑹ 便于實現(xiàn)在線分析。由于近紅外光在光纖中良好的傳輸特性，通過光纖可以使儀器遠離采樣現(xiàn)場，將測量的光譜信號實時地傳輸給儀器，調用建立的校正模型計算后可直接顯示出生產裝置中樣品的組成或性質結果。另外通過光纖也可以測量惡劣環(huán)境中的樣品。

⑺ 典型的無損分析技術。光譜測量過程中不消耗樣品，從外觀到內在都不會對樣品產生影響。

⑻現(xiàn)代近紅外光譜分析也有其固有的弱點。一是測試靈敏度相對較低，這主要是因為近紅外光譜作為分子振動非諧振吸收的 10 到10000 分之一，這對組分的分析而言，其含量一般應大于0.1%；二是一種間接分析技術，方法所依賴的模型必須事先用標準方法或參考方法對一定范圍內的樣品測定出組成或性質數(shù)據(jù)，因此模型的建立需要一定的化學計量學知識、費用和時間，另外分析結果的準確性與模型建立的質量和模型的合理使用有很大的關系。

近紅外光譜技術的應用

現(xiàn)代近紅外光譜技術的應用主要有：農業(yè)、石油化工和基本有機化工、高分子化工、制藥與臨床醫(yī)學、生物化工、環(huán)境科學、紡織工業(yè)和食品工業(yè)等領域。在農業(yè)領域，近紅外光譜可用于檢驗種子或作物的質量，如水分、蛋白含量及小麥硬度的測定等。在食品分析中，近紅外光譜用于分析肉類、奶制品等食品的脂肪酸、蛋白、氨基酸等的含量；分析水果蔬菜中糖的含量等。在制藥領域，近紅外光譜用于無損藥物分析，藥物中活性成分的分析。在生命科學領域，近紅外光譜用于生物組織的表征，研究皮膚組織的水分和脂肪；并且應用于乳腺癌的檢查及血液成分的測定等。近紅外光譜在石油工業(yè)中的應用主要是：汽油族組成及性質的測定。而在煉油工業(yè)中，該技術廣泛應用于在線分析。