近红外光谱(Near Infrared spectroscopy,NIR)是介于可见光与中红外光之间的区域,波长范围为780~2526nm,波数范围为12500~4000cm-1。近红外光区域是人们最早发现的非可见光区域,距今已有200多年的历史。自1800年被天文学家William Herschel发现后,经研究者的不断努力,近红外光谱技术日益完善。由于近红外光谱兼有红外光区光谱数据信息量丰富和可见光区光谱数据容易获取的优点,因此被广泛应用于食品及农产品作物加工检验、石油化工行业、生态及社会环境污染检验、生物医学等各学科的分析研究领域。
近红外光谱属于分子振动光谱,产生于共价化学键的非谐能振动,是分子振动的倍频和组合频,源于X-H键(X为C、O、N、S等)的吸收。由于不同的含氢基团所产生的光谱在吸收峰强度和位置上有所不同,根据朗伯-比尔吸收定律,如果样品的成分含量变化,其近红外光谱特征也会随之发生变化。近红外光谱分析技术正是根据不同的光谱特征信息,从而进行定性和定量分析的一种技术。
近红外光谱分析技术近年来得到了越来越广泛的关注,成为了一种高效、快速、便捷、同时适合于定量和定性分析的工具,正是由其技术特点所决定的:
1.样品无需预处理
近红外光具有很强的散射效应和穿透能力,在进行检测时,所测样品无需进行任何预处理,近红外光可以穿透玻璃、塑料包装及石英等进行直接检测,也无需使用任何化学试剂,因此不会破坏样品,可进行无损检测。
2.多组分同时测定
近红外光谱图能够提供大量的样品信息,并且可以对多种样品成分同时进行分析,能够在很大程度上简化测定操作。样品的不同组分对测定结果会有一定的影响,是由于在测定过程中,其他的组分对近红外光也有不同程度的吸收,可以利用化学定量计算软件采用数学的方法来消除这种影响。这也是近红外光谱技术能够得到大力推广的主要原因。
3.分析速度快
近红外光仪器的测定时间短,利用傅里叶变换近红外光谱仪扫描一次样品一般只需1s左右;传统的光栅型近红外光谱仪扫描一次样品也至多只需要几分钟;而目前广泛使用的固定光路多通道检测型近红外光谱仪的扫描时间只需要几十毫秒。
4.无污染、成本低
测量过程中不需使用化学试剂或特殊测试条件,检测后不会产生污染,也不会对人体造成伤害,既环保又能够节省大量化学试剂所需费用。
5.重现性好、效率高(www.daowen.com)
近红外光谱技术具有近红外光谱仪、应用模型和化学计量学软件的三位一体的成套性特点。近红外光谱测量技术可以与化学计量方法相结合来建立分析模型,有很好的预测效果。
6.对测试人员的要求不高,易培训、推广
当然,近红外光谱分析技术目前在实际应用中也存在一定的局限性,需要进一步探索和改善:
1)对痕量分析和分散性样品分析有很大困难,其检测限常在0.1%。
2)模型建立需要投入一定的人力、财力和时间,而且建立后的模型还需要不断修正。
3)模型的适用性受一定的地域或者环境影响,不容易建立通用模型。
4)需要大量有代表性且化学值已知的样品建立模型。这样,对小批量样品的分析用近红外光就显得不实际了。
5)模型需要不断更新,由于仪器状态改变或标准样品发生变化,模型也要随之变化了。
6)模型不通用,每台仪器的模型都不相同,增加了使用的局限性。
7)建模成本高,测试用度大。
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