紅外光譜的發(fā)展及應用

1、（儀器分析）論文綜述紅外光譜分析的進展及其應用（石油化工學院石油化工產技術1407班李連雄）摘要近紅外光譜是20世紀30年代以來發(fā)展最快、最引人注目的光譜分析技術。闡述了近紅外光譜的原理、技術特點，介紹了近紅外光譜儀、光譜預處理方法以及化學計量學研究的發(fā)展過程，重點列舉了近紅外光譜在農業(yè)和食品分析中的成功應用實例。資料表明，近紅外光譜以其速度快、不破壞樣品、操作簡單、穩(wěn)定性好、效率高等特點，已廣泛應用于各個領域。特別是在歐美及日本等發(fā)達

2、國家，很多近紅外光譜分析法被列為標準方法。而我國近紅外光譜的應用研究起步較晚，雖然某些方面已具國際領先水平，但就總體來看與國際水平還有大的差距。文章首次提出了集中優(yōu)勢資源，包括人力資源和設備資源，利用現(xiàn)代網絡技術，建立終端用戶和中心數(shù)據(jù)庫資源共享的模式，以推動近紅外光譜技術在我國農業(yè)科技和生產中的應用。引言；近紅外光是指介于可見光和中紅外光之間的電磁波，波長范圍是700~2500nm，一般有機物在該區(qū)的近紅外光譜吸收主要是含氫基團（0H

3、，CH，NH，SH，PH）等的倍頻和合頻吸收。由于幾乎所有的有機物的一些主要結構和組成都可以在他們的近紅外光譜中找到信號，而且譜圖穩(wěn)定，獲取光譜容易，因此近紅外光譜法（NIRS）被譽為分析的巨人。關鍵字：紅外光譜、定量分析、應用、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用中作為常用定量分析方法外，主要用于結構鑒定分析。類似地，近紅外光譜也用于結構鑒定。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)模式識別原理，依靠模型庫對被分析樣品進行判別分析，由此可見，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過程中的質量監(jiān)控。1.1吸收光譜與朗伯_比耳定律[1]對于均勻或透明的樣品的近紅外光譜分析，采用透射比法則測量光譜，需要了解透

5、過率、吸光度和朗伯——比耳定律等概念。朗伯提出：光被透明介質吸收的比例與入射光的強度無關；在光程上每等厚層介質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）論文綜述品進行復雜處理、耗時耗力，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)、全面的反應中藥材不同種屬、不同產地、不同炮制方法等在化學成分上存在的差異，為中藥的鑒別提供科學的依據(jù)。采用近紅外光譜結合聚類分析法

6、對獨活屬18種藥用植物進行研究，結果表明該方法與經典分類學分析相一致。3近紅外光譜檢測技術在農業(yè)和食品分析上的應用[3]3.1近紅外光譜法的發(fā)展過程近紅外光譜法的應用可追溯到1333年，在其后的20年間，由于缺乏儀器基礎，實際應用非常有限。直到上世紀60年代美國Nris博士提出相對NIR分析技術，即物質的含量與近紅外區(qū)內多個不同的波長點吸收峰呈線性關系，并利用NIR漫反射技術測定了農產品中的水分、蛋白、脂肪等，才使其成為實際分析技術。1

7、380年后，隨著計算機技術的迅速發(fā)展，帶動了分析儀器的數(shù)字化和化學計量學科的發(fā)展，加之近紅外光譜在測樣技術上所獨有的不損壞樣品的特點，在各方面的應用研究迅速開展。特別是1330年以后，由于近紅外光在纖中良好的傳輸特性，在線分析成功地應用于各個領域。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，主要用作專用測定儀。隨著計算機技術的發(fā)展，NIR逐漸實現(xiàn)了數(shù)字化，校正系的計算速度大大提高，并具有一定的糾錯和自檢功能?？?/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，并且具有轉換標準化校正模型的功能，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部件（光柵軸）在連續(xù)高強度運行中存在磨損的問題，從而影響光譜采集的穩(wěn)定性，不太適合在線分析。現(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產品，具有很高的波長準確性，掃描速度快，光譜分辨率高，自然雜散光不影響測試結果。隨著高靈敏度、低噪聲的硅光檢測器和高效單色

9、器的應用，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，結果將更加準確。4我國近紅外光譜技術研究狀況[4]我國從20世紀80年代開始涉足近紅外光譜技術的研究，首先由北京農業(yè)大學用于農產品的品質分析?！捌呶濉逼陂g我國把近紅外定標軟件的研制列入國家攻關計劃，組織20多家研究所聯(lián)合完成了飼料和農產品的上百個項目的定標工作，之后又開發(fā)研制了濾光片式NIR分析儀，這些工作為我國的NIR研究奠定了一定的基礎。但是由于其硬件系