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近红外光谱分析及其应用的简单介绍

2008-10-13 09:36
逆光飞舞
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    近红外区域按ASTM定义是指波长在780~2526nm范围内的电磁波,是人们最早发现的非可见光区域。由于物质在该谱区的倍频和合频吸收信号弱,谱带重叠,解析复杂,受当时的技术水平限制,近红外光谱“沉睡”了近一个半世纪。近年来,分析化学领域迅猛发展的高新分析技术,越来越引起国内外分析专家的注目,在分析化学领域被誉为分析“巨人”,它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。

 

    近红外光谱分析的应用领域:

 

    近红外光谱主要是反映与C-H、O-H、N-H、S-H等基团有关的样品结构、组成、性质的信息,因此分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物和混合物。加之其独有的诸多优点,决定了它应用领域的广阔,使其在许多行业中都能发挥重要作用。主要的应用领域包括:石油及石油化工、农业、烟草、食品、饮料、制药、有机化工、精细化工、生命科学、医学临床、纺织、造纸、化妆品、地理地质、航空、遥感、质量监督、环境保护等领域。在石化领域可测定油品的辛烷值、十六烷值、闪点、冰点、凝固点、馏程等;在农业领域可以测定谷物的蛋白质、氨基酸、醣、脂肪、纤维、水分等内部组份含量与硬度等性质;在医药领域可以测定药品中的有效成分、组成和含量;亦可进行样品的种类鉴别,如酒类和香水的真假辨别,环保废弃物的分检等。

 

    近红外光谱分析的特点:

 

    近红外光谱分析应用方式的特点:近红外光谱的工作谱区信息量丰富,对样品有较强的透过能力。近红外光谱分析能在几秒钟内对被测样品完成一次光谱的采集测量,瞬间即可依靠数学模型完成其多项性能指标的测定。分析过程不产生污染、不消耗其它材料、不破坏样品,分析重现性好、成本低;可以实现快速分析、绿色分析、廉价分析,具有“多、快、好、省”的特点。尤其是在复杂物、天然物的无损、微损分析、在线分析、原位分析、瞬间分析等领域具有常规分析无法比拟的优点。

 

    近红外光谱分析技术对于适时的质量监控与大量样品分析是十分经济且快速的,由于建立近红外光谱方法之前须投入大量人力、物力和财力才能得到一个准确的校正模型。因此近红外光谱分析对于没有相应的数学模型、零星样品的分析不太适用。

 

    近红外光谱分析技术属于应用数学模型的间接分析,是二级的分析技术;一般不适合做实验室高精度,高稳定性分析;近红外光谱分析也不适合做微量分析。

 

    近红外光谱分析与常规光谱分析方法的不同

 

    通常可以把基本紫外、可见光谱分析和红外光谱分析等称为常规光谱分析,近红外光谱分析由于谱区信息的不同,方法和仪器的不同使其与常规光谱分析有很大的差别。

 

    近红外光谱分析谱区的不同

 

    近红外谱区的波长介于可见光与中红外光之间,该谱区的分析兼备了中红外谱区信息量丰富的优点与可见谱区使用方便的优点。

 

    与中红外谱区一样,近红外光谱分析利用分子振动的信息,但本谱区主要是振动的倍频与合频信息,此谱区分析几乎可以实现所有与含氢基团有关的样品化学性质、物理性质,某些生物性质等多项目分析或同时分析,被认为是一种“具有解决全球农业分析潜力”的当代分析方法。

 

   与紫外、可见、中红外谱区相比,物质对近红外谱区吸收的能力较弱,该谱区可以透入样品内部,取得样品内部的信息,因此近红外光谱分析样品可以不需要或者只要少量的物理前处理,便可用于各种快速分析,尤其适用于复杂样品的无损分析。

 

     近红外光谱分析方法的不同

 

    常规光谱分析一般要求样品通过前处理,使组分和浓度调整后再进行分析。仪器测试结果只是给出样品对某一波长吸光度,吸光度和待测量(如浓度)间的关系是简单的线性关系;常规光谱分析只要仪器给出准确的吸光度,即可由用户自行建立的个性化工作曲线(属于各台仪器特定分析方法的)得到待测量。

 

    近红外光谱分析是在复杂、重叠、变动的背景下提取弱信息,复杂样品近红外光谱和待测量间的关系是复杂的间接关系;近红外光谱分析必须借助化学计量学方法用全部波长点和待测量进行多元关联,建立光谱与待测量间关系的数学模型,依靠数学模型由光谱计算样品的待测量。近红外光谱分析仪器不仅要给出吸光度,还须捆绑数学模型才能得到待测量。

 

    近红外光谱分析仪器的不同

 

    常规光谱分析一般由用户自备标样后测定标准曲线或工作曲线。每种工作曲线只相对于某台仪器使用,这种分析属于相对分析,相对分析可以通过个性化的工作曲线校正仪器与方法的某些系统偏差,因而对仪器的精确度要求较高;相对于仪器的波长、吸光度准确度的要求较低。

 

    近红外光谱分析依靠捆绑的数学模型,直接计算出样品的待测量,这种分析属于绝对分析,绝对分析对仪器的准确度与精确度要求较高。但用户可以对不经过前处理的样品直接分析待测量。

 

    近红外光谱分析建立数学模型的过程比较复杂、烦琐,为了避免用户自行建立个性化数学模型,厂家必须克服仪器的台间差异,为仪器捆绑统一的数学模型。近红外光谱分析仪器要求整合精密、稳定的硬件和软件、数学模型;并需要资源、分析方法与分析经验等条件的集合才能实现,是一种难度较大的分析技术。


 

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