近红外光谱技术概述

近红外光谱技术的发展历程

近红外光(Near-infrared)是指波长在780～2500nm 范围内的电磁波，属于非可见光区域。习惯上又将近红外光划分为近红外短波 (780～1100nm)和长波(1100～2500nm)两个区域。NIR 技术可通过测定样品的NIR 光谱，同时分析样品中的多种成分。在近红外谱区，光的频率与有机分子中 C-H，O-H，N-H 等振动的合频与各级倍频一致，因此通过有机物的近红外光谱可以取得分子中C-H，O-H，N-H 的特征振动信息。由于近红外光谱的谱带较宽，谱图重叠严重，不能用特征峰等简单方法分析，需要运用计算机技术与化学计量学方法。近红外光谱的发展大致可以分为 5 个阶段，50 年代以前人们对近红外光谱已有初步的认识，但由于缺乏仪器基础，尚未得到实际应用；进入50 年代，随着商品化仪器的出现及Norris 等人所做的大量工作，近红外光谱技术在农副产品分析中得到广泛应用；到60 年代中期，随着各种新的分析技术的出现加之经典近红外光谱分析暴露的灵敏度低、抗干扰性差的弱点，近红外光谱进入一个沉默的时期，除在农副产品分析中开展一些工作外，新的应用领域几乎没有拓展；80年代以后，随着计算机技术的迅速发展，带动了分析仪器的数字化和化学计量学学科的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息的提取及背景干扰方面取得良好效果，加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点，使人们重新认识了近红外光谱的价值，数字化光谱仪器与化学计量学方法的结合形成了现代近红外光谱技术。进入90 年代，近红外光谱在工业领域中的应用全面开展，由于近红外光在常规光纤中良好的传输特性，使近红外光谱在线分析领域得到很好应用，并取得极好的社会和经济效益，从此近红外光谱步入一个快速发展的时期。

近红外光谱技术的特点

近红外光谱技术之所以成为一种快速、高效、适合过程在线分析的有利工具，是由其技术特点决定的，近红外光谱分析的主要技术特点如下：
⑴ 分析速度快。由于光谱的测量过程一般可在1min 内完成(多通道仪器可在1Sec 之内完成)，通过建立的校正模型可迅速测定出样品的组成或性质。

⑵ 分析效率高。通过一次光谱的测量和已建立的校正模型，可同时对样品中的多个组成或性质进行测定。

⑶ 分析成本低。近红外光谱在分析过程中不消耗样品，自身除消耗一点电外几乎无其他消耗，测试费用可大幅度降低。

⑷ 测试重现性好。由于光谱测量的稳定性，测试结果很少受人为因素的影响，与标准或参考方法相比，近红外光谱一般显示出更好的重现性。

⑸ 样品测量一般勿需预处理，光谱测量方便。

⑹ 便于实现在线分析。由于近红外光在光纤中良好的传输特性，通过光纤可以使仪器远离采样现场，将测量的光谱信号实时地传输给仪器，调用建立的校正模型计算后可直接显示出生产装置中样品的组成或性质结果。另外通过光纤也可以测量恶劣环境中的样品。

⑺ 典型的无损分析技术。光谱测量过程中不消耗样品，从外观到内在都不会对样品产生影响。

⑻现代近红外光谱分析也有其固有的弱点。一是测试灵敏度相对较低，这主要是因为近红外光谱作为分子振动非谐振吸收的 10 到10000 分之一，这对组分的分析而言，其含量一般应大于0.1%；二是一种间接分析技术，方法所依赖的模型必须事先用标准方法或参考方法对一定范围内的样品测定出组成或性质数据，因此模型的建立需要一定的化学计量学知识、费用和时间，另外分析结果的准确性与模型建立的质量和模型的合理使用有很大的关系。

近红外光谱技术的应用

现代近红外光谱技术的应用主要有：农业、石油化工和基本有机化工、高分子化工、制药与临床医学、生物化工、环境科学、纺织工业和食品工业等领域。在农业领域，近红外光谱可用于检验种子或作物的质量，如水分、蛋白含量及小麦硬度的测定等。在食品分析中，近红外光谱用于分析肉类、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。在制药领域，近红外光谱用于无损药物分析，药物中活性成分的分析。在生命科学领域，近红外光谱用于生物组织的表征，研究皮肤组织的水分和脂肪；并且应用于乳腺癌的检查及血液成分的测定等。近红外光谱在石油工业中的应用主要是：汽油族组成及性质的测定。而在炼油工业中，该技术广泛应用于在线分析。