你了解近紅外光譜分析技術嗎?

近紅外光譜技術(NIR)是一種高效快速的現代分析技術，它綜合運用了計算機技術、光譜技術和化學計量學等多個學科的最新研究成果，以其獨特的優勢在多個領域得到了日益廣泛的應用，并已逐漸得到大眾的普遍接受和官方的認可。近紅外光譜分析儀的誕生給這項分析技術的應用提供了一個便捷快速的測試分析平臺。

理論依據

光譜范圍：光譜的近紅外區域(NIR)是介于可見光(VIS)和中紅外(MIR)之間的電磁輻射波，美國材料檢測協會(ASTM)將近紅外光譜區定義為780-2526nm的區域，是人們在吸收光譜中發現的第一個非可見光區。習慣上又將近紅外區分為近紅外短波(780~1100nm)和近紅外長波(1100~2526nm)兩個區域。

光譜的產生：近紅外光譜主要是由于分子振動的非諧振性使分子振動從基態向高能級躍遷時產生的，記錄的主要是含氫基團X-H(C-H、O-H、N-H、S-H、P-H等)振動的倍頻和合頻吸收。不同基團(如甲基、亞甲基、苯環等)或同一基團在不同化學環境中的近紅外吸收波長與強度都有明顯差別。所以近紅外光譜具有豐富的結構和組成信息，非常適合用于碳氫有機物質的組成性質測量。

分子的不同振動形式

搖擺振動---彎曲振動---剪切振動

對稱伸縮振動---非對稱伸縮振動---搖擺振動

關于建模

現代近紅外光譜分析是將光譜測量技術、計算機技術、化學計量學技術與基礎測試技術的有機結合。是將近紅外光譜所反映的樣品基團、組成或物態信息與用標準或認可的參比方法測得的組成或性質數據采用化學計量學技術建立校正模型，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測其組成或性質的一種分析方法。

與常規分析技術不同，近紅外光譜是一種間接分析技術，必須通過建立校正模型(標定模型)來實現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，如果做定性分析模型，收集的樣品一般需要20個左右。如果做定量分析模型，收集的樣品一般需要50～80個。當然對于變異較大的樣品，這個數量可能要增加3~5倍。一個成熟的青貯或者羊草模型要幾千個樣本的積累。收集的樣本要保證具有代表性，例如不同的品質、產地和季節等，也就是能夠涵蓋所期望的變化范圍;

二是采用標準或認可的參考方法測定所關心的組分或性質數據，這里要注意的是保證掃描的樣品和檢測的樣品一致性，盡量保證所有掃描樣品全部(鮮樣烘干)粉碎，然后隨機取樣做檢測分析;

三是將測量的光譜和基礎數據，用適當的化學計量方法建立校正模型，目前商業軟件已經做得很成熟了，集成了不同化學計量學方法，幫助我們篩選光譜和數據，建立模型，評價模型的好壞;

四是未知樣品組分或性質的測定，驗證和升級模型。模型建成不是一勞永逸的事，模型建成初期，由于數據庫較小，檢測精度和試用范圍都會受到限制。這也就意味著要想使一個模型更加穩定、適用范圍更加寬廣，就需要不斷地對模型的數據庫進行擴充。檢測過程中，一般通過計算馬氏距離或其它方法進行模型的適用性判斷。如果該樣本不在原來模型的范圍內，則這個樣品稱為界外點。如果該界外點不是遠離原來的模型，則可以將該樣品重新包括到原來的訓練集中，重新建立模型，以便適用更大范圍的樣品。這樣便完成了一次模型的擴充，久而久之，模型在使用過程中不斷地得到擴充，那么在分析過程中出現界外點的情況就會越來越少了。

由近紅外光譜分析技術的工作過程可見，現代近紅外光譜分析技術包括了近紅外光譜儀、化學計量學軟件和應用模型三部分。三者的有機結合才能滿足快速分析的技術要求，是缺一不可的。

審核編輯黃宇