淺談近紅外光譜分析技術

　　現(xiàn)代近紅外光譜（NIR）分析技術是近年來分析化學領域迅猛發(fā)展的高新分析技術，越來越引起國內(nèi)外分析專家的注目，在分析化學領域被譽為分析“巨人”，它的出現(xiàn)可以說帶來了又一次分析技術的革命。

　　近紅外區(qū)域按ASTM定義是指波長在780～2526nm范圍內(nèi)的電磁波，是人們最早發(fā)現(xiàn)的非可見光區(qū)域。由于物質(zhì)在該譜區(qū)的倍頻和合頻吸收信號弱，譜帶重疊，解析復雜，受當時的技術水平限制，近紅外光譜“沉睡” 了近一個半世紀。直到20世紀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，使得近紅外光譜技術曾經(jīng)在農(nóng)副產(chǎn)品分析中得到廣泛應用。到60年代中后期，隨著各種新的分析技術的出現(xiàn)，加之經(jīng)典近紅外光譜分析技術暴露出的靈敏度低、抗干擾性差的弱點，使人們淡漠了該技術在分析測試中的應用，從此，近紅外光譜進入了一個沉默的時期。80年代后期，隨著計算機技術的迅速發(fā)展，帶動了分析儀器的數(shù)字化和化學計量學的發(fā)展，通過化學計量學方法在解決光譜信息提取和背景干擾方面取得的良好效果，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，近紅外光譜在各領域中的應用研究陸續(xù)展開。進入90年代，近紅外光譜在工業(yè)領域中的應用全面展開，有關近紅外光譜的研究及應用文獻幾乎呈指數(shù)增長，成為發(fā)展最快、最引人注目的一門獨立的分析技術。由于近紅外光在常規(guī)光纖中具有良好的傳輸特性，使近紅外光譜在在線分析領域也得到了很好的應用，并取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益，從此近紅外光譜技術進入一個快速發(fā)展的新時期。

　　我國對近紅外光譜技術的研究及應用起步較晚，除一些專業(yè)分析工作人員以外，近紅外光譜分析技術還鮮為人知。但1995年以來已受到了多方面的關注，并在儀器的研制、軟件開發(fā)、基礎研究和應用等方面取得了較為可喜的成果。但是目前國內(nèi)能夠提供整套近紅外光譜分析技術（近紅外光譜分析儀器、化學計量學軟件、應用模型）的公司仍是寥寥無幾。隨著中國加入WTO及經(jīng)濟全球化的浪潮，國外許多大型分析儀器生產(chǎn)商紛紛登陸中國，想在第一時間占領中國的近紅外光譜分析儀器市場。由此也可以看出近紅外光譜分析技術在分析界炙手可熱的發(fā)展趨勢。在不久的未來，近紅外光譜分析技術在分析界必將為更多的人所認識和接受。

　　現(xiàn)代近紅外光譜分析是將光譜測量技術、計算機技術、化學計量學技術與基礎測試技術的有機結(jié)合。是將近紅外光譜所反映的樣品基團、組成或物態(tài)信息與用標準或認可的參比方法測得的組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)采用化學計量學技術建立校正模型，然后通過對未知樣品光譜的測定和建立的校正模型來快速預測其組成或性質(zhì)的一種分析方法。

　　與常規(guī)分析技術不同，近紅外光譜是一種間接分析技術，必須通過建立校正模型（標定模型）來實現(xiàn)對未知樣品的定性或定量分析。具體的分析過程主要包括以下幾個步驟：一是選擇有代表性的樣品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分或性質(zhì)數(shù)據(jù)；三是將測量的光譜和基礎數(shù)據(jù)，用適當?shù)幕瘜W計量方法建立校正模型；四是未知樣品組分或性質(zhì)的測定。由近紅外光譜分析技術的工作過程可見，現(xiàn)代近紅外光譜分析技術包括了近紅外光譜儀、化學計量學軟件和應用模型三部分。三者的有機結(jié)合才能滿足快速分析的技術要求，是缺一不可的。

　　與傳統(tǒng)分析技術相比，近紅外光譜分析技術具有諸多優(yōu)點，它能在幾分鐘內(nèi)，僅通過對被測樣品完成一次近紅外光譜的采集測量，即可完成其多項性能指標的測定（最多可達十余項指標）。光譜測量時不需要對分析樣品進行前處理；分析過程中不消耗其它材料或破壞樣品；分析重現(xiàn)性好、成本低。對于經(jīng)常的質(zhì)量監(jiān)控是十分經(jīng)濟且快速的，但對于偶然做一兩次的分析或分散性樣品的分析則不太適用。因為建立近紅外光譜方法之前必須投入一定的人力、物力和財力才能得到一個準確的校正模型。

　　近紅外光譜主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化學鍵的信息，因此分析范圍幾乎可覆蓋所有的有機化合物和混合物。加之其獨有的諸多優(yōu)點，決定了它應用領域的廣闊，使其在國民經(jīng)濟發(fā)展的許多行業(yè)中都能發(fā)揮積極作用，并逐漸扮演著不可或缺的角色。主要的應用領域包括：石油及石油化工、基本有機化工、精細化工、冶金、生命科學、制藥、醫(yī)學臨床、農(nóng)業(yè)、食品、飲料、煙草、紡織、造紙、化妝品、質(zhì)量監(jiān)督、環(huán)境保護、高校及科研院所等。在石化領域可測定油品的辛烷值、族組成、十六烷值、閃點、冰點、凝固點、餾程、MTBE含量等；在農(nóng)業(yè)領域可以測定谷物的蛋白質(zhì)、糖、脂肪、纖維、水分含量等；在醫(yī)藥領域可以測定藥品中有效成分，組成和含量；亦可進行樣品的種類鑒別，如酒類和香水的真假辨別，環(huán)保廢棄物的分檢等。

　　相信隨著科學技術的不斷發(fā)展，近紅外光譜分析技術這一先進的技術必將得到廣泛的認同和應用。