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近紅外光譜分析技術(shù) 分析化學(xué)領(lǐng)域的 巨人 報(bào)告人 何永剛 近紅外光 近紅外光 NearInfrared NIR 是介于可見光 VIS 和中紅外光 MIR 之間的電磁波 ASTM定義的近紅外光譜區(qū)的波長范圍為780 2526nm 習(xí)慣上又將近紅外區(qū)分為近紅外短波 780 1100nm 和近紅外長波 1100 2526nm 兩個(gè)區(qū)域 近紅外光譜分析原理 近紅外光譜主要是由于分子振動(dòng)的非諧振性使分子振動(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 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)的測量 透射光譜法 反射光譜法 近紅外光譜的常規(guī)分析方法 定性分析 定量分析 近紅外光譜分析技術(shù) 按分光系統(tǒng)分類 固定波長濾光片型 光柵色散型 快速傅立葉變換型 聲光可調(diào)濾光器 陣列檢測型 近紅外光譜分析儀器 食品酒制品 飲料 調(diào)味品 乳制品 食用油 烘焙食品 肉類等成分鑒別 產(chǎn)地鑒別 真?zhèn)舞b別 農(nóng)牧谷類作物 煙草 咖啡 水果 蔬菜 茶葉等成分鑒別 成熟度 品質(zhì)分級(jí) 品種鑒定 產(chǎn)地鑒別 真?zhèn)舞b別 石油煉制原油 天然氣 汽油等成分鑒別 重整 近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用 優(yōu)點(diǎn) 1 快速 通常30秒內(nèi)就可給出分析結(jié)果 可進(jìn)行在線分析 2 制樣簡單 3 信息量大 可同時(shí)測定多組分 4 經(jīng)定標(biāo)建模后 無須用其他常規(guī)化學(xué)分析手段 不使用有毒有機(jī)試劑 無污染 5 非破壞性分析 可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的無損質(zhì)量檢測 6 可使用光纖 從而可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分析檢測 缺點(diǎn) 1 建立模型需要大量有代表性且化學(xué)值已知的樣品 2 模型需要不斷的維護(hù)改進(jìn) 3 近紅外測定精度與參比分析精度直接相關(guān) 在參比方法精度不夠的情況下 無法得到滿意結(jié)果 近紅外光譜分析技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 謝謝觀看 近紅外光譜譜區(qū)示意圖 分子的不同振動(dòng)形式 對(duì)稱伸縮振動(dòng) 非對(duì)稱伸縮振動(dòng) 搖擺振動(dòng) 搖擺振動(dòng) 彎曲振動(dòng) 剪切振動(dòng) 不同化合物基團(tuán)在近紅外區(qū)的吸收譜帶 透射光譜法 透射光譜法就是把待測樣品置于作用光與檢測器之間 檢測器所檢測到的分析光是作用光通過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 反射光譜法 反射光譜分析時(shí) 檢測器與光源置于待測樣品的同一側(cè) 檢測器檢測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?后 在物體表面或內(nèi)部發(fā)生的方向不定的反射 定性分析 近紅外光譜定性分析利用模式識(shí)別與聚類的一些算法 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)樣品集類型 反之則否定 聚類運(yùn)算時(shí)不需學(xué)習(xí)樣品集 它通過待分析樣品的光譜特征 根據(jù)光譜近似程度進(jìn)行分類 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)重疊與譜圖測定不穩(wěn)定的問題 必須充分應(yīng)用全光譜的信息 近紅外光譜定量分析的流程與步驟 傅立葉近紅外分析儀器 德國布魯克公司在2001年推出的真正非接觸式在線傅立葉近紅外分析儀器 MATRIX E