近红外光谱设备基础知识

什么是近红外光谱仪？

近红外光谱仪是一种分析仪器，用于分析通过照射近红外光所获得的吸收和透射光谱。

近红外光的特点是吸收率极低于中红外和远红外，允许无损检测，无需预处理如碎片化。 它能快速测量含水量和组分，广泛应用于化学和食品等领域。

近红外光谱设备的应用

近红外光谱设备使得无需预处理即可进行无损检测。 它被用于多个领域分析物质的含水量和成分。 主要应用领域和用途的例子包括：

• 研发：物质结构分析及化学反应监测

• 食品：分析水分、脂肪和蛋白质等食品成分，并进行质量控制

• 药品和化学品（如聚合物）：原材料验证及产品均匀性评估

• 农业：作物组成分析

近红外光谱分析是测量、原材料验收测试和各种制造环境中质量控制的有用设备。

近红外光谱装置原理

1. 近红外光谱学

近红外光（英文：Near-infrared，NIR）指的波长一般为800~2500纳米（波号12500~4000厘米）-1）指的是该区域的光。 该区域正好位于可见光和中红外光范围之间。

红外光谱和近红外光谱是观察分子振动引起的红外吸收的分析技术。 由于分子内连接原子的键根据键类型表现出不同的拉伸和收缩振动，通过观察吸收红外辐射的波数，可以确定官能团的类型。

分子通过吸收红外光从基态跃迁到激发态，此时存在三种过渡态：

• 基音：基态与激发态之间的跃迁，具有单一量子数为1。

• 泛音：基态与激发态之间的跃迁，其中只有一个量子数至少为2。

• 键音：基态与两个或多个至少有一个量子数激发态之间的跃迁。

在近红外光谱中，仅处理谐波和耦合声。 由于许多泛音和组合声音会重叠，使得带的分配变得困难，分析采用群频的概念进行。

2. 近红外光谱设备的特性

近红外光谱设备的特点是需要样品预处理，能够测量样品的原始状态。

探测器测量样品吸收（或反射）红外光减少的量。 由此得到的红外光谱（红外吸收光谱）即为被照射红外的波数（单位：厘米）-1，发音为Kaiser）作为水平轴，透射率%T作为垂直轴。

在定量分析中，校准曲线是利用统计方法创建的。 主成分回归分析和偏最小二乘回归常被用作创建校准曲线的定量模型。

近红外光谱仪的类型

近红外光谱仪器包括色散和傅里叶变换（FT-NIR）类型。 通常，傅里叶变换类型最为常用。

1. 分散式类型

在色散近红外光谱仪中，光谱仪中使用衍射光栅，光线穿过样品后被色散，探测器依次探测每个波长。

2. 傅里叶变换（FT-NIR）

在傅里叶变换近红外光谱（FT-NIR）中，干涉波通过干涉仪产生并照射到样品上。 在同时以非色散方式检测所有波长后，计算机上进行傅里叶变换以计算每个波长分量。