近紅外與中紅外光譜分析的區別

　　近紅外光(NIR)是介于可見(jiàn)區和中紅外區間的電磁波，不同文獻中對其波長(cháng)范圍的劃分不盡相同，美國試驗和材料協(xié)會(huì )（ASTM）規定為700 nm至2500 nm。NIR常被化分為短波近紅外(SW-NIR)和長(cháng)波近紅外(LW-NIR),其波段范圍分別為700—1100 nm和1100—2500 nm。

　　1800年，Herschel 首次發(fā)現了NIR光譜區;1900年前后，NIR光譜儀器使用玻璃棱鏡和膠片記錄器，其光譜范圍局限于700 nm—1600 nm。50年代的商品NIR光譜儀使用硫化鉛光敏電阻作檢測器，其波長(cháng)范圍能延伸至3000 nm，能用于定量分析，但，由于NIR消光系數低和譜帶寬而解析困難，該技術(shù)并沒(méi)有獲得廣泛應用。60年代，Karl Norris 使用漫反射技術(shù)對麥子水分、蛋白和脂肪含量進(jìn)行研究，發(fā)現NIR光譜用于常規分析的實(shí)用價(jià)值。隨計算機發(fā)展和化學(xué)計量學(xué)（Chemometrics)誕生，NIR和化學(xué)計量學(xué)結合產(chǎn)生了現代NIR光譜學(xué)。NIR最先應用于農業(yè)領(lǐng)域。80年代，光譜儀器制作和計算機技術(shù)水平有了大的提高，NIR被廣泛應用于在工業(yè)和其它領(lǐng)域。近幾屆匹司堡分析儀器會(huì )議上，NIR已成為紅外光譜分析報道的熱點(diǎn)。NIR在線(xiàn)分析應用給石化工業(yè)帶來(lái)了巨大經(jīng)濟效益，更是引人注目。

　　根據紅外輻射在地球大氣層中的傳輸特性，通常分為近紅外（0.75μm到3μm）、中紅外（3μm到30μm）、遠紅外（30μm到1000μm）。

　　主要區別是波長(cháng)不同，應用領(lǐng)域不同。

　　紅外吸收光譜法是定性鑒定化合物及其結構的重要方法之一,在生物學(xué)、化學(xué)和環(huán)境科學(xué)等研究領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用。無(wú)論樣品是固體、液體和氣體，純物質(zhì)還是混合物，有機物還是無(wú)機物，都可以進(jìn)行紅外分析。紅外光譜法廣泛應用于高分子材料、礦物、食品、環(huán)境、纖維、染料、粘合劑、油漆、毒物、藥物等諸多方面，在未知化合物剖析方面具有獨到之處。

　?。∟IR）分析技術(shù)是近年來(lái)分析化學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展的高新分析技術(shù)，越來(lái)越引起國內外分析專(zhuān)家的注目，在分析化學(xué)領(lǐng)域被譽(yù)為分析“巨人”，它的出現可以說(shuō)帶來(lái)了又一次分析技術(shù)的革命。

　　近紅外區域按ASTM定義是指波長(cháng)在780～2526nm范圍內的電磁波，是人們最早發(fā)現的非可見(jiàn)光區域。由于物質(zhì)在該譜區的倍頻和合頻吸收信號弱，譜帶重疊，解析復雜，受當時(shí)的技術(shù)水平限制，近紅外光譜“沉睡” 了近一個(gè)半世紀。直到20世紀50年代，隨著(zhù)商品化儀器的出現及Norris等人所做的大量工作，使得近紅外光譜技術(shù)曾經(jīng)在農副產(chǎn)品分析中得到廣泛應用。到60年代中后期，隨著(zhù)各種新的分析技術(shù)的出現，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(zhù)計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了分析儀器的數字化和化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展，通過(guò)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)上所獨有的特點(diǎn)，使人們重新認識了近紅外光譜的價(jià)值，近紅外光譜在各領(lǐng)域中的應用研究陸續展開(kāi)。進(jìn)入90年代，近紅外光譜在工業(yè)領(lǐng)域中的應用全面展開(kāi)，有關(guān)近紅外光譜的研究及應用文獻幾乎呈指數增長(cháng)，成為發(fā)展最快、最引人注目的一門(mén)獨立的分析技術(shù)。由于近紅外光在常規光纖中具有良好的傳輸特性，使近紅外光譜在在線(xiàn)分析領(lǐng)域也得到了很好的應用，并取得良好的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益，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。

　　我國對近紅外光譜技術(shù)的研究及應用起步較晚，除一些專(zhuān)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(lái)已受到了多方面的關(guān)注，并在儀器的研制、軟件開(kāi)發(fā)、基礎研究和應用等方面取得了較為可喜的成果。但是目前國內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、應用模型）的公司仍是寥寥無(wú)幾。隨著(zhù)中國加入WTO及經(jīng)濟全球化的浪潮，國外許多大型分析儀器生產(chǎn)商紛紛登陸中國，想在第一時(shí)間占領(lǐng)中國的近紅外光譜分析儀器市場(chǎng)。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(lái)，近紅外光譜分析技術(shù)在分析界必將為更多的人所認識和接受。

　　現代近紅外光譜分析是將光譜測量技術(shù)、計算機技術(shù)、化學(xué)計量學(xué)技術(shù)與基礎測試技術(shù)的有機結合。是將近紅外光譜所反映的樣品基團、組成或物態(tài)信息與用標準或認可的參比方法測得的組成或性質(zhì)數據采用化學(xué)計量學(xué)技術(shù)建立校正模型，然后通過(guò)對未知樣品光譜的測定和建立的校正模型來(lái)快速預測其組成或性質(zhì)的一種分析方法。

　　與常規分析技術(shù)不同，近紅外光譜是一種間接分析技術(shù)，必須通過(guò)建立校正模型（標定模型）來(lái)實(shí)現對未知樣品的定性或定量分析。具體的分析過(guò)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；二是采用標準或認可的參考方法測定所關(guān)心的組分或性質(zhì)數據；三是將測量的光譜和基礎數據，用適當的化學(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(guò)程可見(jiàn)，現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)軟件和應用模型三部分。三者的有機結合才能滿(mǎn)足快速分析的技術(shù)要求，是缺一不可的。

　　與傳統分析技術(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，僅通過(guò)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的測定（最多可達十余項指標）。光譜測量時(shí)不需要對分析樣品進(jìn)行前處理；分析過(guò)程中不消耗其它材料或破壞樣品；分析重現性好、成本低。對于經(jīng)常的質(zhì)量監控是十分經(jīng)濟且快速的，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(gè)準確的校正模型。

　　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化合物和混合物。加之其獨有的諸多優(yōu)點(diǎn)，決定了它應用領(lǐng)域的廣闊，使其在國民經(jīng)濟發(fā)展的許多行業(yè)中都能發(fā)揮積極作用，并逐漸扮演著(zhù)不可或缺的角色。主要的應用領(lǐng)域包括：石油及石油化工、基本有機化工、精細化工、冶金、生命科學(xué)、制藥、醫學(xué)臨床、農業(yè)、食品、飲料、煙草、紡織、造紙、化妝品、質(zhì)量監督、環(huán)境保護、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(lèi)鑒別，如酒類(lèi)和香水的真假辨別，環(huán)保廢棄物的分檢等。

　　相信隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，近紅外光譜分析技術(shù)這一先進(jìn)的技術(shù)必將得到廣泛的認同和應用。