簡介

       現(xiàn)代近紅外光譜（NIR）分析技術(shù)是近段時(shí)間來分析化學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展的高新分析技術(shù)，越來越引起國內(nèi)外分析專家的注目，在分析化學(xué)領(lǐng)域被譽(yù)為分析“巨人”，它的出現(xiàn)可以說帶來了又一次分析技術(shù)的革命。

      近紅外區(qū)域按ASTM定義是指波長在780～2526nm范圍內(nèi)的電磁波，是人們zui早發(fā)現(xiàn)的非可見光區(qū)域。由于物質(zhì)在該譜區(qū)的倍頻和合頻吸收信號(hào)弱，譜帶重疊，解析復(fù)雜，受當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平限制，近紅外光譜“沉睡” 了近一個(gè)半世紀(jì)。直到20世紀(jì)50年代，隨著商品化儀器的出現(xiàn)及Norris等人所做的大量工作，使得近紅外光譜技術(shù)曾經(jīng)在農(nóng)副產(chǎn)品分析中得到廣泛應(yīng)用。到60年代中后期，隨著各種新的分析技術(shù)的出現(xiàn)，加之經(jīng)典近紅外光譜分析技術(shù)暴露出的靈敏度低、抗干擾性差的弱點(diǎn)，使人們淡漠了該技術(shù)在分析測試中的應(yīng)用，從此，近紅外光譜進(jìn)入了一個(gè)沉默的時(shí)期。80年代后期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了分析儀器的數(shù)字化和化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展，通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法在解決光譜信息提取和背景干擾方面取得的良好效果，加之近紅外光譜在測樣技術(shù)上所*的特點(diǎn)，使人們重新認(rèn)識(shí)了近紅外光譜的價(jià)值，近紅外光譜在各領(lǐng)域中的應(yīng)用研究陸續(xù)展開。進(jìn)入90年代，近紅外光譜在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用全面展開，有關(guān)近紅外光譜的研究及應(yīng)用文獻(xiàn)幾乎呈指數(shù)增長，成為發(fā)展zui快、zui引人注目的一門獨(dú)立的分析技術(shù)。由于近紅外光在常規(guī)光纖中具有良好的傳輸特性，使近紅外光譜在在線分析領(lǐng)域也得到了很好的應(yīng)用，并取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，從此近紅外光譜技術(shù)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的新時(shí)期。

        我國對(duì)近紅外光譜技術(shù)的研究及應(yīng)用起步較晚，除一些專業(yè)分析工作人員以外，近紅外光譜分析技術(shù)還鮮為人知。但1995年以來已受到了多方面的關(guān)注，并在儀器的研制、軟件開發(fā)、基礎(chǔ)研究和應(yīng)用等方面取得了較為可喜的成果。但是目前國內(nèi)能夠提供整套近紅外光譜分析技術(shù)（近紅外光譜分析儀器、化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件、應(yīng)用模型）的公司仍是。隨著中國加入WTO及經(jīng)濟(jì)化的浪潮，國外許多大型分析儀器生產(chǎn)商紛紛登陸中國，想在*時(shí)間占領(lǐng)中國的近紅外光譜分析儀器市場。由此也可以看出近紅外光譜分析技術(shù)在分析界炙手可熱的發(fā)展趨勢(shì)。在不久的未來，近紅外光譜分析技術(shù)在分析界必將為更多的人所認(rèn)識(shí)和接受。

       現(xiàn)代近紅外光譜分析是將光譜測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)與基礎(chǔ)測試技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。是將近紅外光譜所反映的樣品基團(tuán)、組成或物態(tài)信息與用標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)可的參比方法測得的組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)采用化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)建立校正模型，然后通過對(duì)未知樣品光譜的測定和建立的校正模型來快速預(yù)測其組成或性質(zhì)的一種分析方法。

        與常規(guī)分析技術(shù)不同，近紅外光譜是一種間接分析技術(shù)，必須通過建立校正模型（標(biāo)定模型）來實(shí)現(xiàn)對(duì)未知樣品的定性或定量分析。具體的分析過程主要包括以下幾個(gè)步驟：一是選擇有代表性的樣品并測量其近紅外光譜；二是采用標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)可的參考方法測定所關(guān)心的組分或性質(zhì)數(shù)據(jù)；三是將測量的光譜和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計(jì)量方法建立校正模型；四是未知樣品組分或性質(zhì)的測定。由近紅外光譜分析技術(shù)的工作過程可見，現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)包括了近紅外光譜儀、化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件和應(yīng)用模型三部分。三者的有機(jī)結(jié)合才能滿足快速分析的技術(shù)要求，是缺一不可的。

      近紅外光譜主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化學(xué)鍵的信息，因此分析范圍幾乎可覆蓋所有的有機(jī)化合物和混合物。加之其*的諸多優(yōu)點(diǎn)，決定了它應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊，使其在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的許多行業(yè)中都能發(fā)揮積極作用，并逐漸扮演著*的角色。主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括：石油及石油化工、基本有機(jī)化工、精細(xì)化工、冶金、生命科學(xué)、制藥、醫(yī)學(xué)臨床、農(nóng)業(yè)、食品、飲料、煙草、紡織、造紙、化妝品、質(zhì)量監(jiān)督、環(huán)境保護(hù)、高校及科研院所等。在石化領(lǐng)域可測定油品的辛烷值、族組成、十六烷值、閃點(diǎn)、冰點(diǎn)、凝固點(diǎn)、餾程、MTBE含量等；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可以測定谷物的蛋白質(zhì)、糖、脂肪、纖維、水分含量等；在醫(yī)藥領(lǐng)域可以測定藥品中有效成分，組成和含量；亦可進(jìn)行樣品的種類鑒別，如酒類和香水的真假辨別，環(huán)保廢棄物的分檢等。

特點(diǎn)

  與傳統(tǒng)分析技術(shù)相比，近紅外光譜分析技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，它能在幾分鐘內(nèi)，僅通過對(duì)被測樣品完成一次近紅外光譜的采集測量，即可完成其多項(xiàng)性能指標(biāo)的測定（zui多可達(dá)十余項(xiàng)指標(biāo)）。光譜測量時(shí)不需要對(duì)分析樣品進(jìn)行前處理；分析過程中不消耗其它材料或破壞樣品；分析重現(xiàn)性好、成本低。因?yàn)榻⒔t外光譜方法之前必須投入一定的人力、物力和財(cái)力才能得到一個(gè)準(zhǔn)確的校正模型。

無前處理、無污染、方便快捷

     近紅外光線具有很強(qiáng)的穿透能力,在檢測樣品時(shí),不需要進(jìn)行任何前處理,可以穿透玻璃和塑料。

包裝進(jìn)行直接檢測,也不需要任何化學(xué)試劑。和常規(guī)分析方法相比,既不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,又可以節(jié)約大量的試劑費(fèi)用。近紅外儀器的測定時(shí)間短,幾分鐘甚至幾秒鐘就可以完成測試,并打印出結(jié)果。

無破壞性

     無破壞性是近紅外技術(shù)一大優(yōu)點(diǎn),根據(jù)這一優(yōu)點(diǎn),近紅外技術(shù)可以用于果蔬原料及成品的無損檢測。在果品貯藏庫中安裝近紅外裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)果蔬的自動(dòng)檢測,節(jié)省大量的人力和物力。

在線檢測

      由于近紅外技術(shù)能夠及時(shí)快捷的對(duì)樣品進(jìn)行檢測,在生產(chǎn)中,可以在生產(chǎn)流水線上配置近紅外裝置,對(duì)原料和成品及半成品進(jìn)行連續(xù)再現(xiàn)檢測,有利于及時(shí)地發(fā)現(xiàn)原料及產(chǎn)品品質(zhì)的變化,便于及時(shí)調(diào)控,維持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。光纖導(dǎo)管和光纖探頭的開發(fā)應(yīng)用使遠(yuǎn)距離檢測成為現(xiàn)實(shí)。且遠(yuǎn)距離檢測技術(shù)特別適用于污染嚴(yán)重、高壓、高溫等對(duì)人體和儀器有損害的環(huán)境應(yīng)用,為近紅外網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

多組分同時(shí)檢測

       多組分同時(shí)測定,是近紅外技術(shù)得以大力推廣的主要原因。在同一模式下,可以同時(shí)測定多種組分,比如在測小麥的模式中,可以同時(shí)測定其蛋白質(zhì)含量、水分含量、硬度、沉淀值、快速混合比等指標(biāo),這樣大大簡化了測定操作。不同的組分對(duì)測定結(jié)果都有一定的影響,因?yàn)樵跍y定過程中,其它組分對(duì)近紅外光線也有吸收。

測定速度快

     近紅外光譜的信息必須由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析一個(gè)樣品取得光譜數(shù)據(jù)后可以立即得到定性或定量分析結(jié)果整個(gè)過程可以在不到2min內(nèi)完成而且可以通過樣品的一張光譜計(jì)算出樣品的各種組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)。

投資及操作費(fèi)用低

       近紅外光譜儀的光學(xué)材料為一般的石英或玻璃儀器價(jià)格低操作空間小樣品大多數(shù)不需要預(yù)處理投資及操作費(fèi)用較低而且儀器的高度自動(dòng)化降低了操作者的技能要求。

      當(dāng)然，近紅外光譜分析也有其固有的缺點(diǎn)：首先，它的測試靈敏度比較低，相對(duì)誤差比較大；其次，由于是一種間接測量手段，需要用參考方法(一般是化學(xué)分析方法)獲取一定數(shù)量的樣品數(shù)據(jù)，因此測量精度永遠(yuǎn)不能達(dá)到該參考方法的測量精度，建立模型也需要一定的化學(xué)計(jì)量學(xué)知識(shí)、費(fèi)用以及時(shí)間；zui后，近紅外光潛的測量范圍，只適合對(duì)含氫基團(tuán)的組分或與這些組分相關(guān)的屬性進(jìn)行測定，而且組分的含量一般應(yīng)大于0.1%才能用近紅外進(jìn)行測定。對(duì)于經(jīng)常的質(zhì)量監(jiān)控是十分經(jīng)濟(jì)且快速的，但對(duì)于偶然做一兩次的分析或分散性樣品的分析則不太適用。因?yàn)榻⒔t外光譜方法之前，必須投入一定的人力、物力和財(cái)力，才能得到一個(gè)準(zhǔn)確的校正模型。