近紅外光譜儀原理

　　近紅外光譜儀目前在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，也獲得了人們的青睞。近紅外光譜儀使用起來(lái)也并不困難，與傳統(tǒng)的方式相比，可以簡(jiǎn)化很多的工作程序，既節(jié)省時(shí)間提高工作效率，又能夠保持準(zhǔn)確性。

近紅外光譜儀工作原理

　　近紅外光譜主要是由于分子振動(dòng)的非諧振性使分子振動(dòng)從基態(tài)向高能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的。近紅外光譜記錄的是分子中單個(gè)化學(xué)鍵的基頻振動(dòng)的倍頻和合頻信息，它常常受含氫基團(tuán)X-H(X-C、N、O)的倍頻和合頻的重疊主導(dǎo)，所以在近紅外光譜范圍內(nèi)，測(cè)量的主要是含氫基團(tuán)X-H振動(dòng)的倍頻和合頻吸收。

　　近紅外光譜儀獲得光譜主要應(yīng)用兩種技術(shù)透射光譜技術(shù)和反射光譜技術(shù)：

　　透射光譜(波長(zhǎng)一般在780~1100nm范圍內(nèi))是指將待測(cè)樣品置于光源與檢測(cè)器之間，檢測(cè)器所檢測(cè)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(jié)構(gòu)與組成信息)，若樣品是混濁的，樣品中有能對(duì)光產(chǎn)生散射的顆粒物質(zhì)，光在樣品中經(jīng)過(guò)的路程是不確定的，透射光強(qiáng)度與樣品濃度之間的關(guān)系不符合Beer定律。對(duì)這種樣品應(yīng)使用漫透射分析法。

　　反射光譜(波長(zhǎng)一般在1100~2526nm范圍內(nèi))是指將檢測(cè)器和光源置于樣品的同一側(cè)，檢測(cè)器所檢測(cè)的是樣品以各種方式反射回來(lái)的光。物體對(duì)光的反射又分為規(guī)則反射(鏡面反射)與漫反射。規(guī)則反射指光在物體表面按入射角等于反射角的反射定律發(fā)生的反射，漫反射是光投射到物體后(常是粉末或其它顆粒物體)，在物體表面或內(nèi)部發(fā)生方向不確定的反射。應(yīng)用漫反射光進(jìn)行的分析稱為漫反射光譜法。此外，還有把透射分析和漫反射分析結(jié)合在一起的綜合漫反射分析法和衰減全反射分析法等。

　　近紅外光譜儀從光譜中提取有用信息屬于弱信息和多元信息，需要充分利用現(xiàn)有的光機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)技術(shù)主要包括光譜數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)。光譜數(shù)據(jù)處理是消除儀器因素(燈及測(cè)量方式等)環(huán)境因素(如溫度等)和樣品物態(tài)(如顏色、形態(tài)等)等對(duì)光譜的影響。常采用的方法有平滑、微分、基線漂移扣減、多元散射校正和有限脈沖響應(yīng)濾波等也可以用小波變換來(lái)進(jìn)行部分處理。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)主要是化學(xué)計(jì)量學(xué)方法。化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展使多組分分析中多元信息處理理論和技術(shù)日益成熟，解決了近紅外光譜區(qū)重疊的問(wèn)通過(guò)關(guān)聯(lián)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)近紅外光譜的快速分析。

　　近紅外光譜儀的應(yīng)用中，我們所關(guān)心的是被測(cè)樣品的組成或各種物化性質(zhì)，因此，如何提取這些有用信息是近紅外光譜分析的技術(shù)核心。現(xiàn)在的許多研究與應(yīng)用表明，利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行近紅外光譜分析是非常有效的。化學(xué)計(jì)量學(xué)理論在近紅外光譜儀器中的應(yīng)用對(duì)儀器的實(shí)用化是非常關(guān)鍵的。

　　近紅外光譜儀分析中被測(cè)物質(zhì)的近紅外光譜取決于樣品的組成和結(jié)構(gòu)。樣品的組成和結(jié)構(gòu)和近紅外光譜之間有著一定的函數(shù)關(guān)系。使用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法確定出這些重要函數(shù)關(guān)系，即經(jīng)過(guò)校正，就可以根據(jù)被測(cè)樣品的近紅外光譜，快速計(jì)算出各種數(shù)據(jù)。現(xiàn)在常用的校正方法主要有：多元線性回歸、主成分分析、偏Z小二乘法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和拓?fù)浞椒ǖ取?/p>

近紅外光譜儀分類

　　根據(jù)分光系統(tǒng)，近紅外光譜儀器可分為固定波長(zhǎng)濾光片、光柵色散、快速傅立葉變換和聲光可調(diào)濾光器(AOTF)四種類型。光柵色散型根據(jù)使用檢測(cè)器的不同又分為掃描式和固定光路式兩種。

　　根據(jù)近紅外光譜儀測(cè)試方法，近紅外光譜法主要分為透射測(cè)定法，漫透射測(cè)定法和反射測(cè)定法3種。透射測(cè)定法用于透明樣品的分析，樣品濃度與對(duì)光的吸收關(guān)系符合比爾定律。漫透射測(cè)定法，由于樣品中含有光散射物質(zhì)，光在穿透分析樣品時(shí)，除了吸收外還有多次散射，比爾定律不適用。反射測(cè)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(jié)構(gòu)的不同，光線會(huì)發(fā)生多次反射。

近紅外光譜儀應(yīng)用領(lǐng)域

　　1、在食品行業(yè)的應(yīng)用

　　由于運(yùn)行穩(wěn)定的近紅外光譜儀可以提供快速、準(zhǔn)確、無(wú)損的檢測(cè)，所以近紅外光譜儀在食品行業(yè)已相當(dāng)普及。近紅外光譜儀如檢測(cè)食品添加劑等。

　　2、在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

　　近紅外光譜儀在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要包括農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)分析、產(chǎn)源地來(lái)源鑒別等。此外，通過(guò)大量的近紅外光譜儀數(shù)據(jù)加以統(tǒng)計(jì)，還可以鑒定產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性等。

　　3、在醫(yī)YF面的應(yīng)用

　　利用品質(zhì)保證的近紅外光譜儀進(jìn)行藥物成分分析在國(guó)外比較成熟，在很多年前美國(guó)FDA已經(jīng)把該項(xiàng)技術(shù)作為一種標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法。近年來(lái)，大家對(duì)其關(guān)注程度越來(lái)越大。近紅外光譜儀也應(yīng)用于YL診斷方面應(yīng)用比較廣泛。