近紅外光譜主要是由于分子振動(dòng)的泛頻使分子振動(dòng)從基態(tài)向高能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，記錄的主要是含氫基團(tuán)X-H（X=C、N、O、S）振動(dòng)的倍頻和合頻吸收。不同基團(tuán)（如甲基、亞甲基、苯環(huán)等）或同一基團(tuán)在不同化學(xué)環(huán)境中的近紅外吸收波長(zhǎng)與強(qiáng)度都有明顯差別，NIR光譜具有豐富的結(jié)構(gòu)和組成信息，非常適合用于碳?xì)溆袡C(jī)物質(zhì)的組成與性質(zhì)的測(cè)量。那么，什么是近紅外光譜呢？本文簡(jiǎn)單介紹了近紅外光譜及其分析原理。

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什么是近紅外光譜

近紅外光譜（Near Infrared Spectrum，簡(jiǎn)稱NIRS）是一種介于可見(jiàn)光（Vis）和中紅外（MIR）之間的電磁輻射波。根據(jù)美國(guó)材料檢測(cè)協(xié)會(huì)（ASTM）的定義，近紅外光譜區(qū)的波長(zhǎng)范圍在780至2526納米之間。這一區(qū)域的光譜主要對(duì)應(yīng)于有機(jī)分子中含氫基團(tuán)（如C-H、O-H、N-H等）振動(dòng)的倍頻和合頻吸收，因此，通過(guò)掃描樣品的近紅外光譜，我們可以獲得關(guān)于樣品中有機(jī)分子含氫基團(tuán)的特征信息。

近紅外光譜技術(shù)因其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而備受青睞。這項(xiàng)技術(shù)具有快速、高效、準(zhǔn)確、成本較低、不破壞樣品、不消耗化學(xué)試劑、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、化工等多個(gè)領(lǐng)域。例如，在農(nóng)業(yè)中，近紅外光譜技術(shù)可用于土壤分析、作物識(shí)別以及農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)；在食品工業(yè)中，可用于預(yù)測(cè)食品的營(yíng)養(yǎng)成分、水分含量、脂肪含量等關(guān)鍵指標(biāo)；在醫(yī)藥領(lǐng)域，則可用于藥物分析、制劑質(zhì)量控制等方面。

近紅外光譜技術(shù)的核心設(shè)備是近紅外光譜儀，其中最先進(jìn)的是傅里葉變換近紅外光譜儀（FT-NIR）。這種光譜儀通過(guò)光源發(fā)出寬譜帶光線，經(jīng)過(guò)干涉儀后形成干涉光，再與樣品相互作用，產(chǎn)生吸收、散射或反射等光學(xué)現(xiàn)象。檢測(cè)器記錄這些光學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生的光強(qiáng)度變化，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最終由數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行處理和分析，得到樣品的近紅外光譜圖。

隨著紅外儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，近紅外光譜技術(shù)也在不斷完善和拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。它已成為分析化學(xué)領(lǐng)域的一種重要手段，并繼續(xù)在各個(gè)行業(yè)中發(fā)揮著重要作用。

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近紅外光譜分析原理

1.?定性分析

近紅外光譜定性分析利用模式識(shí)別與聚類(lèi)的一些算法，主要用于鑒定。在模式識(shí)別運(yùn)算時(shí)需要有一組用于計(jì)算機(jī)“學(xué)習(xí)”的樣品集，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算，得出學(xué)習(xí)樣品在數(shù)學(xué)空間的范圍，對(duì)未知樣品運(yùn)算后，若也在此范圍內(nèi)，則該樣品屬于學(xué)習(xí)樣品集類(lèi)型，反之則否定。聚類(lèi)運(yùn)算時(shí)不需學(xué)習(xí)樣品集，它通過(guò)待分析樣品的光譜特征，根據(jù)光譜近似程度進(jìn)行分類(lèi)。

2.?定量分析

近紅外光譜分析與其它吸收光譜按照比耳定律作定量分析類(lèi)似。作常規(guī)光譜定量分析時(shí)，需要建立光譜參數(shù)與樣品含量間的關(guān)系（標(biāo)準(zhǔn)曲線）。但對(duì)復(fù)雜樣品作近紅外光譜定量分析時(shí)，為了解決近紅外譜區(qū)重疊與譜圖測(cè)定不穩(wěn)定的問(wèn)題，必須充分應(yīng)用全光譜的信息。

3.?透射光譜法

透射光譜法就是把待測(cè)樣品置于作用光與檢測(cè)器之間，檢測(cè)器所檢測(cè)到的分析光是作用光通過(guò)樣品體與樣品分子相互作用后的光，若樣品是透明的真溶液，則分析光在樣品中經(jīng)過(guò)的路程一定，透射光的強(qiáng)度與樣品組分濃度由比耳定律決定。

4.?反射光譜法

反射光譜分析時(shí)，檢測(cè)器與光源置于待測(cè)樣品的同一側(cè)，檢測(cè)器檢測(cè)到的分析光是光源發(fā)出的作用光投射到物體后，以各種方式反射回來(lái)的光。物體對(duì)光的反射分為規(guī)則反射光（鏡面反射）與漫反射。規(guī)則反射光指在物體表面按入射角等于反射角的反射定律發(fā)生的反射。漫反射是光投向漫反射體（顆?；蚍勰┖螅谖矬w表面或內(nèi)部發(fā)生的方向不定的反射。

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