近红外光是指波长介于可见光与中红外光之间的电磁波，其波长范围为780～2526nm，波数范围为12500～4000cm^-1。根据近红外光谱仪器的有效波长范围，近红外光谱区又分为短波近红外光谱区和长波近红外光谱区两个波段，如图2-1所示。

图2-1 近红外光谱波长范围

近红外光谱主要是有机分子含氢基团（C-H、O-H、N-H、P-H、S-H等）的伸缩、弯曲、振动的各级倍频和合频吸收光谱，表2-1是主要基团合频与各级倍频吸收带的相似位置。不同基团（如甲基、苯环、亚甲基等）或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有很明显差别。本谱区几乎包含了有机物中所有含氢基团的信息，蕴含着分子的结构、组成状态等信息，信息量极为丰富，从而为近红外光谱定量及定性分析有机样品提供了可能。

表2-1 主要含氢基团合频与各级倍频吸收带的相似位置

近红外光谱区的吸收主要是分子或原子振动基频在2000cm^-1以上的倍频与合频吸收，主要包括C-H、N-H和O-H等含氢基团的倍频和合频吸收带。因为不同的基团或同一基团在不同的特定化学环境下近红外光所吸收的波长与强度有明显差别，所以近红外光谱具有丰富的结构和物理化学信息。如食用油脂结构中的-C=C-和-C-H-键的伸缩振动第一组合频在5800～5600cm^-1和4800～4400cm^-1两个光谱范围的吸收最为明显，即反映了油脂脂肪酸的含量差异，这些吸收特征为近红外光谱定量及定性分析样品的物理化学性质提供了前提。

近红外光谱分析技术是利用近红外谱区包含的物质信息，主要用于有机物质定性和定量分析的一种分析技术。近红外光谱的常规分析技术有透射光谱和漫反射光谱两大类。透射光谱法是把样品放于光源与检测器之间，用以测定均匀透明的溶液或固体样品。反射光谱分析法是把样品放于光源与检测器的同侧，且用以测定固体或半固体样品。

在透射技术中，若样品是透明真溶液，透射光强与样品中各组分的浓度符合如下朗伯-比尔定律：

式中，A是吸光度；I₀是波长为λ的平行、均匀入射光束强度；I是透过溶液后的光束强度；ε是待测组分的摩尔吸光系数；b是光程；c是待测物质组分的浓度。

若样品是浑浊的，那么由于光散射的原因，光经过样品时的路径不确定，不符合朗伯-比尔定律，将其称为漫透射分析测定法。

物体对光的反射分为规则反射和漫反射。应用漫反射进行的分析测定称为漫反射分析测定法，该方法在现代近红外光谱分析中起着非常重要的作用。当样品发生漫反射时，光线将包含有关样品中的大量的物质成分信息，即不同成分在特定波长下吸收了不同能量的光，对样品成分的分析提供了方便。但漫反射并不遵循朗伯-比尔定律，其遵循Kubelka-Munk方程，如下：

式中，A是吸光度；R_∞是样品厚度无穷大时的相对漫反射率；K是吸收系数；S是散射系数。

透射光谱一般用于均匀透明的真溶液或固体样品，仪器测量得到的吸光度与光程及样品的浓度之间符合朗伯-比尔定律，如图2-2所示。(www.daowen.com)

即一种物质的溶液对光的吸收程度，取决于在光通过的路径中能吸收光子的物质微粒数目和长短，显然，物质的浓度越大，吸收的光就越多，光通过的液体厚度越大，吸收的光也越多。朗伯-比尔定律说明了被测物质的吸光程度与吸收介质的厚度有关，和溶液中吸收物质的浓度有关，与入射光的强度无关。

图2-2 朗伯-比尔定律

一束强度为I₀的光辐射通过一层溶液时，一部分能量I被吸收，一部分被透射I_t，还有一部分被吸收池散射（I′_s）和反射（I_r）。如果样品浑浊或发荧光，则透射光中还包括样品的散射光（I_s）和荧光（I_f）。如果样品为透明介质，不发射荧光，由于样品测量总是在类似的比色池中相对参比溶液而言的，所以I_r、I_s、I_f和I′_s均可被忽略。据朗伯-比尔定律有如下的公式：

式中，A是吸光度；k是吸光系数，它随不同的介质、环境、波长而异，它可以表示一个物质的吸收特征，在数值上等于单位摩尔浓度在单位光程中所测得的溶液的吸光度；c是溶液浓度；l是介质厚度，在这里为常数；T是透光度，表示透射辐射能与入射辐射能的比。

近红外光谱漫反射分析技术在近红外光谱分析中占有非常重要的地位，近红外光谱早期在农业及农副产品分析中的应用大多是通过漫反射完成的。漫反射是从光源出来的光进入样品内部经过多次反射、折射、衍射及吸收后返回样品表面的光。因此，漫反射光是分析光与样品内部分子发生作用后的光，负载了样品的结构和组成信息。由于漫反射过程中样品与光的作用有多种形式，除样品的组成外，其粒径大小及分布和形状均对漫反射光的强度有一定的影响，因此漫发射光的强度不符合朗伯-比尔定律。漫反射光谱定量的基本原理遵守Kubelka-Munk方程：

式中，R_∞为样品厚度无穷大时的相对漫反射率；A为吸光度；K为吸收系数；S为散射系数。

所谓漫反射是光源发出的光投射到所需测量样品后，经过样品表面及其内部组分多次的反射、折射、衍射及吸收后最终携带样品的组成和结构的相关信息返回到样品表面的过程。一般在测量以下样品的近红外光谱时采用漫反射方式，分别为不透明、半固体以及固体。

近红外光是具有波粒二重性的电磁波，其光子能量可以用光子来表示。根据量子力学的原理，光子能量可表示为E_p=hv（其中h为普朗克常数，v为光的频率）。根据简正模式理论，当红外光从光源射出后，会与样品中的分子相碰撞，若光粒子与样品分子的振动频率不同，则光会通过样品而不发生任何状态的变化，如果光粒子与样品分子的振动频率一样，则会发生能量方面的变化，光粒子的能量将会被样品分子吸收而影响样品分子的振幅，这就是样品的红外活性，正是有了红外活性，所以可以从测量样品的出射光或者反射光的衰减和吸收中来得到样品所包含物质的信息，从光谱解析的角度来看，其信息源主要为O-H、N-H、C-H等含H基团的分子内部原子间振动耦合反映的倍频（基频的倍数）与合频（两个以上基频和）。

不同的含氢基团在近红外光谱区域上的吸收强度与位置均不相同，此外，相邻基团的性质、基团的数量及氢键的存在也会影响光谱谱峰的强度和位置。因此，与化学结构相关的某些性质就可以根据朗伯-比尔定律和近红外光谱图来确定，如确定成分浓度等。

从以上的分析可知，近红外光谱区含有大量的含氢基团的吸收峰。由于某些无机物的存在导致化学环境的改变影响了有机物的定量测定，近红外光谱也能间接测定食品中的无机物含量。通过对食品样品进行近红外光谱分析，并结合多元校正方法建立定量分析模型，可以得到相应的模型，从而定量预测食品的有效成分。食品的品质与其所含的各种化学成分直接相关，如水、蛋白质等的含量及比例。由此可知，通过对近红外光谱数据进行分析，并结合相应的化学计量学方法，可以建立食品品质参数的定量分析模型。