簡介

       現(xiàn)代近紅外光譜（NIR）分析技術(shù)是近段時間來分析化學(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弱，譜帶重疊，解析復(fù)雜，受當(dāng)時的技術(shù)水平限制，近紅外光譜“沉睡” 了近一個半世紀(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，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)入了一個沉默的時期。80年代后期，隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，帶動了分析儀器的數(shù)字化和化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展，通過化學(xué)計量學(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，使人們重新認(rèn)識了近紅外光譜的價值，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，并取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，從此近紅外光譜技術(shù)進(jìn)入一個快速發(fā)展的新時期。

        我國對近紅外光譜技術(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。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)識和接受。

       現(xiàn)代近紅外光譜分析是將光譜測量技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、化學(xué)計量學(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)計量學(xué)技術(shù)建立校正模型，然后通過對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）來實現(xiàn)對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，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、冰點、凝固點、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

  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，它能在幾分鐘內(nèi)，僅通過對被測樣品完成一次近紅外光譜的采集測量，即可完成其多項性能指標(biāo)的測定（zui多可達(dá)十余項指標(biāo)）。光譜測量時不需要對分析樣品進(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。因為建立近紅外光譜方法之前必須投入一定的人力、物力和財力才能得到一個準(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,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,既不會對環(huán)境造成污染,又可以節(jié)約大量的試劑費用。近紅外儀器的測定時間短,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,根據(jù)這一優(yōu)點,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)能夠及時快捷的對樣品進(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,有利于及時地發(fā)現(xiàn)原料及產(chǎn)品品質(zhì)的變化,便于及時調(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。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)。

多組分同時檢測

       多組分同時測定,是近紅外技術(shù)得以大力推廣的主要原因。在同一模式下,可以同時測定多種組分,比如在測小麥的模式中,可以同時測定其蛋白質(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。不同的組分對測定結(jié)果都有一定的影響,因為在測定過程中,其它組分對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算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析一個樣品取得光譜數(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算出樣品的各種組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)。

投資及操作費用低

       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)處理投資及操作費用較低而且儀器的高度自動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：首先，它的測試靈敏度比較低，相對誤差比較大；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)計量學(xué)知識、費用以及時間；zui后，近紅外光潛的測量范圍，只適合對含氫基團(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。對于經(jīng)常的質(zhì)量監(jiān)控是十分經(jīng)濟(jì)且快速的，但對于偶然做一兩次的分析或分散性樣品的分析則不太適用。因為建立近紅外光譜方法之前，必須投入一定的人力、物力和財力，才能得到一個準(zhǔn)確的校正模型。