近红外基础知识

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1、理论背景原子核转变电磁转动分子转动分子振动外层电子的跃迁内层电子的跃迁-射线X–射线紫外可见近红外中红外远红外电子自旋振动核磁振动红外微波Radio,TV无线电波InteractionRegion108107106105104103102101110-110-210-310-1010-910-810-710-610-510-410-310-210-11101Wavelength(cm-1)Wavelength(m)12,800cm-1(780nm)4,000cm-1(2,500nm)什么是近红外

2、/中红外光？400cm-1(25,000nm)4,000cm-1(2,500nm)近红外：中红外：近红外的发现和应用发展里程1800年近红外电磁波被发现，光谱的复杂性使其“沉睡”了一个半世纪20世纪70年代国外的农业分析学家综合计算机技术、光谱分析技术、仪器技术和现代数学方法，首先把近红外分析技术应用于农产品和食品的品质分析进入90年代，近红外分析技术逐步受到分析化学家的重视，应用逐步扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等领域。近红外现已发展成为一种独立的分析技术活跃在光谱分析领域发达国家

3、已经将近红外做为质量控制、品质分析和在线分析的主要手段，部分方法已经成为USP、EP、PASG、EMEA、AOAC、AACC、ICC的标准。红外波长表示的度量单位近红外区一般用波长（纳米nm)或（波数cm-1）来表示纳米与波数的换算关系：nm=107/cm-1或cm-1=107/nm因为：1cm=107nm1,250nm处，用波数表示：107/1,250=8,000cm-1中红外区一般用波长（微米μm)或（波数cm-1）来表示微米与波数的换算关系：nm=104/cm-1或cm-1=104/nm因为

4、：1cm=104μm5μm处，用波数表示：104/5=2,000cm-1近红外光谱的信号特征1、近红外光的产生：近红外光源一般用卤素灯2、近红外光的检测：近红外光的检测材料是半导体材料，如Si、PbS、InAs、Ge、InGaAs等3、光学材料：可以使用耐水和便于维护的材料，如：低OH石英、石英和火石玻璃、CaF等。中红外光谱的信号特征1、中红外光的产生：中红外光源一般用硅碳棒2、中红外光的检测：中红外光的检测材料是半导体材料，如MCT、DTGS等3、光学材料：可以使用“怕水”的材料如：KBr、N

5、aCl，耐水材料CaF、ZnSe、Si等。红外光谱振动的基本原理hn低能量高能量Fundamental振動基頻1stOvertone一級倍頻2ndOvertone二級倍頻3rdOvertone三級倍頻谐波振动HarmonicOscillation非谐波振动AnharmonicOscillation振动能级水平红外光振动模式的能级图不同的振动形式对称伸缩振动非对称伸缩振动摇摆振动不同的振动形式摇摆振动弯曲振动剪切振动HHOSym-stretchingBendingAsym-stretching375

6、6cm-13657cm-11595cm-1MolecularvibrationmodesCHCl3在MIR&NIR的吸收光谱200040006000800010000Wavenumber/cm-10.00.20.40.60.81.01.21.41.6AbsorbanceUnits(CH)MIR&NIR(d=25µm)NIR(d=1mm)2(CH)3CH)combinationband近红外与中红外光谱的差异近红外与中红外的区别1、近红外是基频振动的合频与倍频振动信息。中红外是基频振动的信息。

7、2、近红外的谱峰重叠严重，难以肉眼识别分析。中红外谱峰分别好。很容易肉眼识别分析。3、近红外吸收弱。中红外吸收强。4、近红外制样简单。中红外制样麻烦。聚丙烯的近红外/中红外光谱不同化合物基团在近红外区的吸收谱带物质在近红外谱区的吸收主要包括以下基团基频振动的合频和倍频振动吸收C-H,N-H,O-H,S-H,C=O,C=C近红外的合频振动的吸收系数比中红外基频振动吸收弱1-5个数量级.01234590008000700060005000400030002000NIRMIRAbsorbanceWave

8、numbercm-1WaterSpectrum近红外吸收光谱特征吸收全反射漫(反)射透射散射scatteringtransmittanceDiffusereflectanceabsorption近紅外光与物质的相互作用speculareflectance光源单色器或干涉仪样品样品样品单色器或干涉仪单色器或干涉仪光源检测器检测器检测器Near-IRTransmittance(NIT)透射式Near-IRReflectance(NIR)漫射式Near-IRTrans-Reflectan