近红外光谱分析技术 - 厦门大学化学化工学院
Chapter-12-红外光谱 厦门大学分析化学课件
H C CH2
12.1.6 定量分析
有利因素：红外吸收峰多，选择的余地大； 不利因素：
摩尔吸收系数小，灵敏度低； 吸收光程较难控制，测量误差大； 吸收峰受化学环境、溶剂效应的影响较大；
定量分析的依据：
朗伯-比尔定律
定量分析的方法：
吸收强度比较法、补偿法
(2) 样品池
近红外光谱取的透光材料：石英、玻璃
中红外光谱取的透光材料：KBr, CsI, NaCl…… 远红外光谱取的透光材料：KRS-5(TlBr+TlI)
(3) 检测器
真空热电偶: 不同导体构成回路时, 温差电动势与 辐射强度成正比。（适用色散型IR）
热释电检测器：（适用傅立叶变换IR）
TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应 与温度有关，温度高表面电荷减少(热释电)；
测量时间短：在不到1秒钟的时间内可以得到一 张谱图，比色散型光栅仪器快数百倍；可以用于 GC-IR联用。 分辨率高：波数精度达到0.01 cm-1 测量精度高：重复性可达0.1% 杂散光小：小于0.01% 灵敏度高：在短时间内可以进行多次扫描，多次 测量得到的信号进行累加，噪音可以降低，灵敏 度增大。 10-910-12 测定光谱范围：10000 cm-1 10 cm-1 仪器体积小巧。
2. 傅里叶变换红外光谱仪结构框图
干涉仪
样品室
检测器
光源
计算机
显示器 绘图仪
干涉图 FTS
光谱图
迈克尔干涉仪工作原理图
3. 傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点
原理：光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光， 通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅 立叶变换解析成普通的谱图。
特点：由于傅立叶变换红外吸收光谱仪可以在任 何时间内都能够获得辐射源的所有频率的所有信 息，同时消除色散型光栅仪器的狭缝对光谱能量 的限制，使光能的利用率大大提高，因此具有许 多优点。
近红外光谱分析技术原理
近红外光谱分析技术原理
近红外光谱分析技术是一种无损的分析方法，通过测量样品在近红外区域（780-2500 nm）的吸收和散射光谱来获取样品的信息。
这一区域的光波长范围对于化学成分、结构和物理状态的信息具有很高的灵敏度。
近红外光谱分析技术基于样品中的化学键或官能团在近红外区域的振动和转动引起的光吸收现象。
每个化学物质都有其独特的光谱特征，因此可以通过比对样品的光谱和已知物质的光谱数据库来确定样品的成分和含量。
近红外光谱分析技术具有以下几个优点：首先，非破坏性，不需要对样品进行任何物理或化学处理；其次，快速性，一般只需几秒钟或几分钟即可获得结果；再次，可靠性，结果准确性高，对于复杂的样品也有很好的适应性。
具体实施近红外光谱分析技术时，首先需要采集样品的光谱数据。
通常使用近红外光谱仪来进行测量，该仪器会发出一束近红外光束，经过样品后，光束中吸收的光将被检测器接收并转换成电信号。
然后，通过对比已知物质的光谱库，将样品的光谱与库中的光谱进行匹配和比对，以确定样品的成分和含量。
在近红外光谱分析技术中，还需要进行预处理和数据分析。
由于样品中存在吸收、散射、漫反射等干扰，需要对光谱数据进行预处理，如去除噪声、背景光等。
然后，使用统计学和化学计量学方法对处理后的数据进行分析和建模，以提取出样品中的信息和特征。
近红外光谱分析技术在农业、食品、制药、环境监测等领域有广泛的应用。
比如，在农业领域，可以用于农产品质量检测、土壤分析、农药残留检测等；在食品领域，可以用于食品成分分析、真伪鉴别等；在制药领域，可以用于药物质量控制、成分鉴别等。
近红外光谱基本原理
近红外光谱基本原理
近红外光谱是一种非常有用的分析技术，它利用近红外区域的光谱特征来识别和分析物质。
这种技术基于近红外区域波长范围内的光与样品相互作用的原理。
在近红外光谱中，样品通常处于固体、液体或气体的形态。
当近红外光照射到样品上时，样品中的分子会吸收或反射部分光线，产生特定的光谱图。
这个光谱图能够提供关于样品组成和结构的信息。
近红外光谱的基本原理是根据物质中的伸缩、弯曲和振动等分子振动模式来解释。
不同的化学物质具有不同的分子振动模式，因此它们会对近红外光产生不同的响应。
通过比较样品光谱与已知物质的光谱数据库，可以确定样品的成分。
近红外分析技术的优势在于它非常灵敏、快速和非破坏性。
由于近红外光具有较高的穿透能力，所以可以对样品进行非接触式的分析。
此外，近红外光谱还可以同时检测多个成分，大大提高了分析效率。
总的来说，近红外光谱是一种广泛应用于化学、生物、医药和食品等领域的分析技术。
它的基本原理是利用近红外光与样品相互作用的特性，通过分析样品的光谱图来确定样品的成分和结构。
这种技术具有灵敏、快速、非破坏性等优点，因此在实际应用中具有广泛的应用前景。
近红外光谱技术的原理要点 红外光谱操作规程
近红外光谱技术的原理要点红外光谱操作规程近红外光(Near Infrared，NIR)是介于可见光(ⅥS)和中红外光(MIR)之间的电磁波，按ASTM(美国试验和材料检测协会)定义是指波长在780～2526nm范围内的电磁波，习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780~1100nm)和近红外长波(1100~2526nm)两个区域。
近红外区域是人们早发现的非可见光区域。
近红外光谱(NIR)分析技术是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。
近红外光谱分析技术包括定性分析和定量分析，定性分析的目的是确定物质的组成与结构，而定量分析则是为了确定物质中某些组分的含量或是物质的品质属性的值。
与常用的化学分析方法不同，近红外光谱分析法是一种间接分析技术，是用统计的方法在样品待测属性值与近红外光谱数据之间建立一个关联模型(或称校正模型，Calibration Model)。
方法缺陷近红外光谱分析方法的缺陷是：(1)建立模型需要大量有代表性且化学值已知的样品。
这样，对小批量样品的分析用近红外就得不偿失。
(2)模型的维护也很麻烦，建立的模型并不能一劳永逸，仪器状态、样品代表性变化(如作物的新品种、产地)都会影响测定结果。
(3)模型转移问题尚未很好解决，每台仪器必须自己独立建模，模型不能通用。
(4)近红外对于样品数量比较少的分析也不适用，因为建模成本很高，样品数量少，测试费用很高。
技术要求近红外分析技术的一个重要特点就是技术本身的成套性，即必须同时具备三个条件：(1)各项性能长期稳定的近红外光谱仪，是保证数据具有良好再现性的基本要求；(2)功能齐全的化学计量学软件，是建立模型和分析的必要工具；(3)准确并适用范围足够宽的模型。
这三个条件的有机结合起来，才能为用户真正发挥作用。
因此，在购买仪器时必须对仪器提供的模型使用性有足够的认识，特别避免个别商家为推销仪器所做的过度宣传的不良诱导，为此付出代价的厂家有之，因此，一定要对厂家提供模型与情况有详细了解。
近红外光谱分析技术在石化油品分析中的应用分析
近红外光谱分析技术在石化油品分析中的应用分析作者：肖金玲来源：《科学与财富》2018年第22期摘要：近红外光谱分析技术在石油化工企业中有着广泛的应用，是对石油化工产品进行实时检测和快速分析测试非常理想的技术手段之一。
现代的近红外光谱分析技术有机地结合了红外光谱分析技术、基础分析技术与化学测量分析技术等三种测量技术，实现了高速高效地对各种化工化学样品进行组分、性能和质量的分析。
目前，石油化工炼油生产过程中，近红外光谱分析技术在油品分析过程中应用较为广泛，通过利用近红外光谱分析技术更准确地对油品成分和质量进行分析。
本文重点阐述了近红外光谱分析技术在石油化工油品分析中的应用，并简单介绍了近红外光谱分析技术的特点和分析原理。
关键词：近红外光谱；分析；油品分析；样品近红外光谱分析技术是石油化工企业生产过程中所必须依靠的重要分析技术之一，该技术已成为对有机化合物进行定性分析和结构分析的有力手段。
近红外光谱分析技术利用其具备高效节能、安全性高、无污染的优越性已经应用于各行各业，包括石油开采、化工产品生产领域，通过参考物理参数数值分析满足生产的需要。
近红外光谱分析技术具有被分析样品用量需求少、无污染、无破坏、快速、高效、绿色环保和成本低等特点，在短短的几秒时间内即可同时测量被分析有机物的十几种质量参数，有效地降低了化验分析设备的投资与维护费用，实现了分析过程的绿色化和测量信号的数字化，具有典型的现代化技术特征。
因此，在石油化工企业化验分析过程中，近红外光谱分析技术是实现对化工产品进行实时检测和快速分析测试的所必须依靠的重要的分析技术。
一、近红外光谱分析技术的分析原理由于红外光辐射的能量远远低于紫外光辐射的能量，因此，当红外光照射到需要进行分析的样品时，红外光辐射的能量不能引起分子中电子能级的跃迁，而只能被进行分析的样品分子吸收，引起分子振动能级和转动能级的跃迁。
由分子的振动能级和转动能级跃迁产生的连续吸收光谱称为红外吸收光谱。
近红外光谱分析技术的研究与应用
近 红外 光谱 分析技术 的研 究与应用
杨 琼 项 瑜 杨季冬 。
（ １ ．长 江师范学院化 学化 工学院，重庆涪 陵 ４ ０ ８ １ ０ ０ ） （ ２ ．重庆广播 电视 大学武隆分校 ，重庆 武隆 ４ ０ ８ ５ ０ ０ ） （ ３ ．重庆三峡 学院化 学与环境 工程 学院，重庆 万州 ４ ０ ４ １ ０ ０ ）
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ － ０ ２ － １ ８
形成 了近红外光谱分析技术与众不 同的特色 ， 目前也有很多人在致力于改变 这些劣势 为优势 的研究［ １ ３ － １ ４ 】 ．
作者简介：杨 琼 （ １ ９ ８ ０ － ） ，女，重庆酉阳 人，土家族，长江师范学院５ ６ 一 ） ，男，重庆丰都人，重庆三峡学院教授，博士， 博士生导师，主要研究分子光谱分析．
摘 要：基于重庆市高校创新团队 “ 近红外光谱检测技术研究及其应用”的建设与发展，重
点介绍 了近红 外光谱分析技术 的发展 ，研 究 了近红外光谱分析技术在三峡库 区特色资源的快速检
测 的应用．
关键词 ：近红外光谱；分析技术；研 究；应用
中图分类号 ：０ ６ ５ ７ ． ３ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ９ — ８ １ ３ ５（ ２ ０ １ ３ ）０ ３ — ０ ０ ８ ９ — ０ ３
１ 近红外光谱分析技术的发展沿革
近红外光谱（ ７ ８ ０ — ２ ５ ２ ６ ｉ ｒ ｍ） 是人类最 早发现 的非可见光谱段 ，距今 已有 ２ ０ ０多年．由于它是 Ｃ ． Ｘ （ Ｈ、Ｎ、 Ｏ、Ｓ ） 键 的倍频和组合频谱 ，光谱在这个谱段交互重 叠，异常繁杂 ，形似一锅 粥，所 以迟迟未 能发展成可 用 的光谱分析技术【 ｌ ｌ 【 。 ｌ ｌ ＿ ’ １ ． 加 ．随着光谱技术 的发展 ，近红外光谱分析仪器不断得到改进，结合化 学计量 学 的发展 ，尤其是计算机 的数据分析应用 ，才使得近红外光谱分析技术（ Ｎ ｅ ａ ｒ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ， 即Ｎ Ｉ Ｒ Ｓ ） 真正成为 了一种有效 的分析手段 ．２ ０世纪 ５ Ｏ年代初 ，Ｎ ｏ ｒ ｒ ｉ ｓ 等用近红外光谱漫反射技术测定了一些农 副 产 品的品质 （ 水分 ，蛋 白和脂肪等指标 ） ， 但 由于他们 用的仍 是传统 的光谱 定量分析方法 ，未能将近 红外 光 谱分析技术 的发展迅速推进［ ４ － 剐 ．三 十年 来，由于化学计量学有效提取数据，计算机迅 速进行数据分析 ，拓 展 了近红外光谱分析技术 的应用 ．现在 由光谱仪硬件和化学计量学软件组成的近红外光谱分析手段在农 副 产 品、食 品安全 、石油化工 、医药和环境等方面 的分析应用 日益扩展 ，方兴未艾【 ＿ ７ １ ９ 】 【 ８ 】 １ ． 近红外光谱分析 的优势在于 ：（ １ ）可用于快速分类鉴别和定量分析 ．只要将分析对象 的性质和组成与 近红外光谱建立相关 的定性和定量模型 ，就可 以快速重复鉴别和测量众多 的样 品；（ ２ ）可用于同时测定 多 种组分 ，通过计量模型 的优势可 同时测定复杂体系 中的多种组分 ；（ ３ ）可用于无损分析，近 红外光谱分析 可采取透射方式或漫反射方式 ，勿须破坏样 品，勿须添加试剂 ，因此是非常环境的分析方法；（ ４ ）利用光 纤探头可实现实 时在线远程分析 ［ １ ｏ ． 】 ．正是近红外光谱分析技术的这些优势逐步开发，使 得这项分析手段
2014117-近红外知识简介-胡伟
缺点： 1. 不适用于痕量分析； 2. 需要大量代表性样品进行化学分析建模，不适用于偶 然做一次的分析工作； 3. 精确度仍然不如标准方法。
二、近红外光谱分析过程
二、近红外光谱分析过程
2. 光谱预处理
对原始光谱的预处理可以减少样品状态、光的散射、杂 散光及仪器响应等导致的光谱基线漂移和光谱的不重复。[4]
SG—平滑 MSC—多元散射校正 1-Der—1阶求导 Det rending—去趋势化
SNV—变量标准化 SPA—连续投影算法 2-Der—2阶求导 WT—小波变换
有化学组分； （2）校正集中样品的浓度范围大于未知样品的浓度变化
范围； （3）组分浓度在整个变化范围内是均匀分布的。
2.通过现行标准方法测定校正样品的组成或性质。
二、近红外光谱分析过程
（二）测定样品的近红外光谱
影响近红外测定的因素： 1.测样附件的选择
（a） （b） （c） （d） （e） （f）
近红外光谱分析技术 基础知识简介
汇报人：胡 伟 导 师：刘 源 日 期： 2014.1.17
目录
1 近红外光谱分析原理 2 近红外光谱分析过程 3 近红外光谱分析技术的应用
一、近红外光谱原理
780~2526nm
10-3 10-2 10-1
1
10
102
103 104 105 106μm
X射线 紫外 可见 近红外 中红外 远红外 微波
射频
2×10×10-23 2×10-25 J
近红外光谱分析技术
“近红外光谱分析技术”资料合集目录一、近红外光谱分析技术在烟草化学指标定量分析中的应用二、近红外光谱分析技术在白芍中药配方颗粒制备过程中的应用研究三、我国近红外光谱分析技术的发展四、近红外光谱分析技术在食用植物油分析检测中的应用五、近红外光谱分析技术在发酵工艺中的应用研究六、近红外光谱分析技术及其在中药领域的应用进展近红外光谱分析技术在烟草化学指标定量分析中的应用近红外光谱分析技术（NIRS）在烟草化学指标定量分析中发挥着重要作用。
这种无损、快速、准确的分析技术为烟草行业的质量控制、产品研发和生产过程优化提供了新的可能性。
近红外光谱分析技术是一种基于分子振动光谱的定量分析方法，它利用近红外光（700-2500nm）与样品的分子相互作用，通过测量样品的吸收、反射或散射光的强度和波长分布，来获取样品的化学组成信息。
由于近红外光谱区域与有机分子中的C-H、N-H、O-H等键的振动频率相匹配，因此该技术可以有效地用于测定这些化合物的含量。
近红外光谱分析技术在烟草化学指标定量分析中的应用烟草化学成分预测：NIRS可以快速准确地预测烟草中的多种化学成分，如水分、总糖、还原糖、总氮、烟碱、氯等。
通过对这些成分的预测，可以帮助烟草生产商更好地控制产品质量，满足市场需求。
烟草种类鉴别：利用NIRS技术，可以通过对不同种类烟草的光谱特征进行分析，实现对烟草种类的准确鉴别。
这对于烟草行业的品种选育、产品分类和打击假烟等方面具有重要意义。
烟草质量评估：NIRS技术可以通过对烟草中特定化学成分的含量进行评估，实现对烟草质量的全面评估。
这有助于烟草生产商提高产品质量，增强市场竞争力。
烟草生产过程优化：NIRS技术可以实时监测烟草生产过程中的化学成分变化，帮助生产商及时调整工艺参数，优化生产过程，提高生产效率和产品质量。
近红外光谱分析技术在烟草化学指标定量分析中具有广泛的应用前景，它不仅可以提高烟草行业的生产效率和产品质量，还可以为烟草行业的创新发展提供技术支持。
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近红外光谱的常规分析方法
透分析 定量分析
近红外光谱分析仪器
按分光系统分类 固定波长滤光片型 光栅色散型 快速傅立叶变换型 声光可调滤光器 阵列检测型
近红外光谱技术的应用
食品 酒制品、饮料、调味品、乳制品、食用油、烘焙食品、肉类等 成分鉴别、产地鉴别、真伪鉴别
近红外光谱分析原理
• 近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振 性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生 的，记录的主要是含氢基团X-H（X=C、N、 O）振动的倍频和合频吸收。不同基团（如 甲基、亚甲基、苯环等）或同一基团在不 同化学环境中的近红外吸收波长与强度都 有明显差别，NIR光谱具有丰富的结构和组 成信息，非常适合用于碳氢有机物质的组 成与性质的测量。
定量分析
• 近红外光谱分析与其它吸收光谱按照比耳 定律作定量分析类似。作常规光谱定量分 析时，需要建立光谱参数与样品含量间的 关系（标准曲线）。但对复杂样品作近红 外光谱定量分析时，为了解决近红外谱区 重叠与谱图测定不稳定的问题，必须充分 应用全光谱的信息。
近红外光谱定量分析的流程与步骤
傅立叶近红外分析仪器
农牧
谷类作物、烟草、咖啡、水果、蔬菜、茶叶等 成分鉴别、成熟度、品质分级、品种鉴定、产地鉴别、真伪鉴别
石油炼制
原油、天然气、汽油等 成分鉴别、重整
近红外光谱分析技术的优缺点
优点：（1）快速，通常30秒内就可给出分析结果，可进行在线分析； （2）制样简单； （3）信息量大，可同时测定多组分；
（4）经定标建模后，无须用其他常规化学分析手段，不使用有毒有机 试剂，无污染；
分子的不同振动形式
对称伸缩振动---非对称伸缩振动---摇摆振动---摇摆振动---弯曲振动---剪切振动
不同化合物基团在近红外区的吸收谱带
透射光谱法
• 透射光谱法就是把待测样品置于作用光与 检测器之间，检测器所检测到的分析光是 作用光通过样品体与样品分子相互作用后 的光，若样品是透明的真溶液，则分析光 在样品中经过的路程一定，透射光的强度 与样品组分浓度由比耳定律决定。
反射光谱法
• 反射光谱分析时，检测器与光源置于待测 样品的同一侧，检测器检测到的分析光是 光源发出的作用光投射到物体后，以各种 方式反射回来的光。物体对光的反射分为 规则反射光（镜面反射）与漫反射。规则 反射光指在物体表面按入射角等于反射角 的反射定律发生的反射。漫反射是光投向 漫反射体（颗粒或粉末）后，在物体表面 或内部发生的方向不定的反射。
（5）非破坏性分析，可实现产品的无损质量检测；
（6）可使用光纤，从而可实现远程分析检测。
缺点：（1）建立模型需要大量有代表性且化学值已知的样品； （2）模型需要不断的维护改进 ； （3）近红外测定精度与参比分析精度直接相关，在参比方法精度 不够的情况下，无法得到满意结果。
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近红外光谱谱区示意图
定性分析
• 近红外光谱定性分析利用模式识别与聚类 的一些算法，主要用于鉴定。在模式识别 运算时需要有一组用于计算机“学习”的 样品集，通过计算机运算，得出学习样品 在数学空间的范围，对未知样品运算后， 若也在此范围内，则该样品属于学习样品 集类型，反之则否定。聚类运算时不需学 习样品集，它通过待分析样品的光谱特征， 根据光谱近似程度进行分类。
德国布鲁克公司在 2001 年推出的 真 正非接触式在线傅立叶近红外分析仪 器： MATRIX-E
近红外光谱分析技术
———分析化学领域 的“巨 人”
报告人：石晟
近红外光
• 近红外光（Near Infrared，NIR）是介 于可见光（VIS）和中红外光（MIR） 之间的电磁波，ASTM定义的近红外光 谱区的波长范围为780~2526nm，习 惯上又将近红外区分为近红外短波 （780~1100nm）和近红外长波 （1100~2526nm）两个区域。