现代近红外光谱分析仪工作原理

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1、现代近红外光谱分析仪工作原理现代近红外光谱分析仪工作原理2011年02月08日20世纪90年代初，外国厂商开始在我国销售近红外光谱分析仪器产品，但在很长时间内，进展不大，其原因主要是：首先，近红外光谱分析要求龙谱仪器、龙z晋数据处理软件（主要是化学计量学软件）和应用样品模型结合为一体，缺-不可。但被分析样品会由于样品产地的不同而不同，国内外的样品通常有差异，因此，进口仪器的应用模型一般不适合分析国内样品。如果自己建立模型，就需要操作人员了解和熟悉化学计量学知识和软件，而外商在中国的代理机构缺乏这方面的专业人才，不能有效地根据用户的需要组织培训

2、，因此，用户对这项技术缺乏全面了解，影响到了它的推广使用。其次，进口仪器价格昂贵，售后技术服务费用也往往超出大多数用户的承受能力。现代近红外光谱分析技工作原理近红外比2邃主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。近红外光溜己录的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息，它常常受含氢基团X-H（X-C、N、0）的倍频和合频的重叠主导，所以在近红外龙z普范围内，测量的主要是含氢基团X-H振动的倍频和合频吸收。由于倍频和合频跃迁几率低，而有机物质在NIR处;•谱区为倍频与合频吸收，所以消光系数弱，谱带重叠严重。因此从近红

3、外龙濟中提取有用信息属于弱信息和多元信息，需要充分利用现有的光机技术、电子技术和计算机技术进行处理。计算机技术主要包括龙z晋数据处理和数据关联技术。龙z晋数据处理是消除仪器因素（灯及测量方式等）环境因素（如温度等）和样品物态（如颜色、形态等）等对約剖

4、勺影响。常采用的方法有平滑、微分、基线漂移扣减、多元散射校正（MSC）和有限脉冲响应滤波（FIR）等也可以用小波变换来进行部分处理。数据关联技术主要是化学计量学方法。化学计量学的发展使多组分分析中多元信息处理理论和技术日益成熟，解决了近红外龙谱区重叠的问题。通过关联技术可以实现近红外龙Z普的快速

5、分析。在近红外龙谱的应用中我们所关心的是被测样品的组成或各种物化性质，因此，如何提取这些有用信息是近红外光谱分析的技术核心。现在的许多研究与应用表明，利用化学计量学方法进行近红外光谱分析是非常有效的。化学计量学理论在近红外龙滲仪器中的应用对仪器的实用化是非常关键的。获得近红外光谱主要应用两种技术透射光幟术和反射光幟术。透射龙Z普（波长一般在780^1lOOnm范围内）是指将待测样品置于光源与检测器之间，检测器所检测的光是透射光或与样品分子相互作用后的光（承载了样品结构与组成信息），若样品是混浊的，样品中有能对光产生散射的颗粒物质，光在样品屮经

6、过的路程是不确定的，透射光强度与样品浓度Z间的关系不符合Beer定律。对这种样品应使用漫透射分析法。反射光谱（波长一般在1100"2526nm范围内）是指将检测器和光源置于样品的同一侧，检测器所检测的是样品以各种方式反射回来的光。物体对光的反射又分为规则反射（镜面反射）与漫反射。规则反射指光在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生的反射，漫反射是光投射到物体后（常是粉末或其它颗粒物体），在物体表面或内部发生方向不确定的反射。应用漫反射光进行的分析称为漫反射龙灣*。此外，还有把透射分析和漫反射分析结合在一起的综合漫反射分析法和衰减全反射分析法

7、等。在近红外光谱分析中被测物质的近红外龙z普取决于样品的组成和结构。样品的组成和结构和近红外比谱之间有着一定的函数关系。使用化学计量学方法确定岀这些重要函数关系，即经过校止，就可以根据被测样品的近红外龙漕,快速计算出各种数据。现在常用的校正方法主要有：多元线性回归（MLR）主成分分析（PCA）,偏最小二乘法（PLS）人工神经网络（ANN）和拓扑（Topological）方法等。1995年以来，国内许多科研院所和大专院校开始积极研究和开发适合国内需要的近红外光谱分析技术，并且做了大量技术知识的普及工作，为我国在这一技术领域的发展奠定了良好的基础

8、，开创了崭新的局面。近红外光（nearinfrared,NIR）是介于可见光（VIS）和中红外光（MTR或TR）之间的电磁波美国材料检测协会（ASTM）将近红外龙谱区定义为波长780-2526nm的龙z普区(波数为12820-3959cm-1)习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780-1100nm)和近红外长波(1100-2526nm)两个区域。从20世纪50年代起，近红外龙z騎支术就在农副产品分析中得到广泛应用，但是由于技术上的原因，在随后的20多年屮进展不大。进入20世纪80年代后，随着计算机技术的迅速发展，以及化学计量学方法在解决龙濟

9、信息提取和消除背景干扰方面取得的良好效果，加之近红外光谱任测试技术上所独有的特点，人们对近红外龙z斂术的价值有了进一步的了解从而进行了广泛的研究。数字化龙z淨仪器与