分子光谱分析
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生物分子的光谱学分析
生物分子的光谱学分析光谱学是一门研究物质在电磁波谱区吸收、发射、散射等现象的学科。
在生物科学领域，光谱学是一项重要的手段，可以帮助研究者了解生物分子的结构和功能。
本文将介绍几种常见的生物分子光谱学分析方法，包括红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱和紫外光谱。
一、红外光谱红外光谱是研究物质分子振动和转动的光谱学方法。
红外光谱图能够反映出不同波数下样品分子中的振动和转动状态，从而确定分子结构和化学键的类型。
在生物分子研究中，红外光谱技术广泛应用于蛋白质、核酸、多糖和其他生物分子的研究。
通过红外光谱，可以确定生物分子的结构、构象和组成。
例如，红外光谱可用来确定蛋白质的二级结构，通过测量蛋白质的频率区域来捕捉螺旋、折叠和延伸构象所产生的光谱特征。
同时，红外光谱还可以用来检测分子内的氢键以及某些氨基酸的含量。
这些信息对于了解蛋白质的折叠、稳定性和功能至关重要。
二、拉曼光谱拉曼光谱是一种反映物质分子振动和转动信息的非破坏性光谱学方法。
拉曼光谱通过测量样品与激光光束相互作用的散射光谱来研究样品的分子结构与化学键的类型。
与红外光谱不同，拉曼光谱使用可见或近红外激光与样品相互作用，故有更好的空间分辨率和更小的选型效应。
在生物分子研究中，拉曼光谱可用来确定蛋白质、核酸和多糖的三维结构、二级结构及其组成成分。
最近，拉曼光谱已成为生物分子高效直观的表征方法之一。
拉曼光谱可以消除流的影响，即对生物分子进行研究时分子固定位置不变时的分子振动行为，这与其他方法不同。
此外，由于可见和近红外光是拉曼光谱的激发源，所以样品的浓度不影响其结果，这使得拉曼光谱成为一种理想的组成分析技术。
三、荧光光谱荧光光谱是生物分子的激发发射光谱，指的是在样品受到辐射时，样品吸收光能量并排放出发光，常被用于研究DNA、RNA、蛋白质和细胞等生物大分子的结构、功能和活性。
荧光光谱是一种比较灵敏的分析技术，荧光分子对光的响应很敏锐。
在荧光光谱中，荧光发生最强的波长，也就是荧光峰的位置和强度是研究者需要关注的重点。
《分子光谱分析》课件
对未来学习的建议与展望
深入学习光谱分析理论
掌握先进的光谱分析技术
建议学习者进一步深入学习光谱分析的理 论基础，理解各种光谱分析方法的物理机 制和术和 新方法，了解并掌握最新的光谱分析技术 。
加强实验技能训练
拓展光谱分析应用领域
建议学习者多进行实验操作，提高实验技 能和数据分析能力，培养解决实际问题的 能力。
03
学习如何利用分子光谱分析技术 解决实际问题，培养实验设计和 数据分析的能力。
04
了解分子光谱分析在科研和工业 生产中的应用，培养解决实际问 题的能力。
02
分子光谱分析的基本原理
光的吸收和发射
光的吸收
当光子与分子相互作用时，如果光子的能量与分子某能级差相等，则该能级上 的电子可发生跃迁，从低能级跃迁到高能级，分子吸收光子并吸收能量。
原子光谱
由原子能级间的跃迁产生，包括线状光谱和连续光谱。
分子光谱
由分子振动和转动能级间的跃迁产生，包括带状光谱和漫散光谱。
03
分子光谱分析的实验技术
实验设备与仪器
红外光谱仪
用于测量分子振动和旋转的频率，从而推 断分子的结构和性质。
紫外可见光谱仪
用于测量分子电子跃迁的频率，从而推断 分子的电子结构和性质。
04
分子光谱分析的应用
在化学研究中的应用
化学反应机理研究
通过分子光谱分析，可以 研究化学反应过程中分子 结构和振动、转动变化， 从而揭示化学反应机理。
化学合成过程监控
在化学合成过程中，利用 分子光谱分析可以实时监 测反应进程，指导反应条 件优化和产物纯度控制。
化合物结构鉴定
分子光谱分析能够提供化 合物的特征光谱，通过比 对标准谱库可以确定化合
分子光谱分析Chapter03
H3C N H3 C HO O O
4’-N,N-二甲基氨基 羟基黄酮 二甲基氨基-3-羟基黄酮 二甲基氨基 (ICT, 氢键 氢键)
（2）分子激发时偶极矩越大，该荧光分子对溶剂极性变化 ）分子激发时偶极矩越大， 越敏感。 越敏感。 （3）一些例子： ）一些例子： Ethidium Bromide与DNA结合后， 引起激发光谱向红 结合后， 与 结合后 移和荧光量子产率大幅度增加； 移和荧光量子产率大幅度增加； 1-苯氨基 萘磺酸在水中量子产率仅为 苯氨基-8-萘磺酸在水中量子产率仅为 苯氨基 萘磺酸在水中量子产率仅为0.002，与蛋白 ， 结合后量子产率增大到0.4，光谱位移100nm以上； 以上； 结合后量子产率增大到 ，光谱位移 以上 6-丙酰基 （二甲基氨基）-萘在环己烷中发射波长为 丙酰基-2-（二甲基氨基） 萘在环己烷中发射波长为 丙酰基 392nm，在水中为 ，在水中为523nm，位移极大。 ，位移极大。 因为正负电荷分别分布在氨基和羰基上， 因为正负电荷分别分布在氨基和羰基上 ， 这种电荷分 离导致偶极矩变化巨大。 一般来说，在氨基上接上支链， 离导致偶极矩变化巨大 。 一般来说 ， 在氨基上接上支链 ， 尤其是芳香族取代会增加荧光体对溶剂极性的敏感性。 尤其是芳香族取代会增加荧光体对溶剂极性的敏感性。
H2N N C2H5
NH2
+
应用： 应用： 1. 探测未知微环境极性 探测未知微环境极性; 2.判断是否存在特殊溶剂效应 判断是否存在特殊溶剂效应; 判断是否存在特殊溶剂效应 3.定性估计 µ*-µ)的大小 定性估计(µ µ 的大小. 定性估计 的大小 举例： 举例： 1.荧光探针法研究各种表面活性剂胶束微环境 荧光探针法研究各种表面活性剂胶束微环境 (郑用熙 郑用熙:Microchim Acta, 1992, 106:3-9.) 郑用熙 b-CD和SDS有协同增敏 二氨基萘 荧光的作用 和 有协同增敏2,3二氨基萘 荧光的作用. 有协同增敏 二氨基萘-Se荧光的作用 强度变化:b-CD+SDS > SDS (5-6倍) > H2O (30倍) 强度变化 倍 倍 光谱变化:H 光谱变化 2O(650nm)⇒SDS⇒b-CD⇒SDS+b-CD⇒CH(567nm) ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ 可以证明b-CD的cavity 极性小于 的 极性小于SDS胶束环境 胶束环境. 可以证明 胶束环境
4’-N,N-二甲基氨基 羟基黄酮 二甲基氨基-3-羟基黄酮 二甲基氨基 (ICT, 氢键 氢键)
（2）分子激发时偶极矩越大，该荧光分子对溶剂极性变化 ）分子激发时偶极矩越大， 越敏感。 越敏感。 （3）一些例子： ）一些例子： Ethidium Bromide与DNA结合后， 引起激发光谱向红 结合后， 与 结合后 移和荧光量子产率大幅度增加； 移和荧光量子产率大幅度增加； 1-苯氨基 萘磺酸在水中量子产率仅为 苯氨基-8-萘磺酸在水中量子产率仅为 苯氨基 萘磺酸在水中量子产率仅为0.002，与蛋白 ， 结合后量子产率增大到0.4，光谱位移100nm以上； 以上； 结合后量子产率增大到 ，光谱位移 以上 6-丙酰基 （二甲基氨基）-萘在环己烷中发射波长为 丙酰基-2-（二甲基氨基） 萘在环己烷中发射波长为 丙酰基 392nm，在水中为 ，在水中为523nm，位移极大。 ，位移极大。 因为正负电荷分别分布在氨基和羰基上， 因为正负电荷分别分布在氨基和羰基上 ， 这种电荷分 离导致偶极矩变化巨大。 一般来说，在氨基上接上支链， 离导致偶极矩变化巨大 。 一般来说 ， 在氨基上接上支链 ， 尤其是芳香族取代会增加荧光体对溶剂极性的敏感性。 尤其是芳香族取代会增加荧光体对溶剂极性的敏感性。
H2N N C2H5
NH2
+
应用： 应用： 1. 探测未知微环境极性 探测未知微环境极性; 2.判断是否存在特殊溶剂效应 判断是否存在特殊溶剂效应; 判断是否存在特殊溶剂效应 3.定性估计 µ*-µ)的大小 定性估计(µ µ 的大小. 定性估计 的大小 举例： 举例： 1.荧光探针法研究各种表面活性剂胶束微环境 荧光探针法研究各种表面活性剂胶束微环境 (郑用熙 郑用熙:Microchim Acta, 1992, 106:3-9.) 郑用熙 b-CD和SDS有协同增敏 二氨基萘 荧光的作用 和 有协同增敏2,3二氨基萘 荧光的作用. 有协同增敏 二氨基萘-Se荧光的作用 强度变化:b-CD+SDS > SDS (5-6倍) > H2O (30倍) 强度变化 倍 倍 光谱变化:H 光谱变化 2O(650nm)⇒SDS⇒b-CD⇒SDS+b-CD⇒CH(567nm) ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ 可以证明b-CD的cavity 极性小于 的 极性小于SDS胶束环境 胶束环境. 可以证明 胶束环境
分子光谱法
2、
跃迁
处于成键轨道上的 电子跃迁到 反键轨道上，称
为
跃迁。
跃迁吸收峰的波长在20nm附近，其特征是吸 收强度大（ ＞104）。
不饱和有机物，如具有
或
、
等基
团的有机化合物都会产生
跃迁。
第八章 分子光谱法
3、
跃迁
含有杂原子的不饱和基团，如C=O、C=S、N=N等化
合物，其未成键轨道中的n电子吸收能量后，向 反
第八章 分子光谱法
三、分子吸收光谱的基本原理 由光吸收定律及光与物质的相互作用可知，任何一种 物质对不同波长的光的吸收程度都是不相同的。
以溶液为例，将各种不同波长的单色光依次通过一定 浓度和液层厚度的某有色溶液，测量每一波长下该有 色溶液对光的吸收程度（即吸光度），然后以波长为 横坐标，以吸光度为纵坐标作图，即可得一曲线。该 曲线称为吸收曲线或吸收光谱。
分子光谱法分为吸收光谱法（如红外吸收光谱法、紫 外及可见吸收光谱法等）、发射光谱法（如荧光光谱 法）及散射光谱法（如拉曼光谱）三种基本类型。
在一般情况下，分子处于基态，当光与物质发生相互作用时，分子 吸收光能，从低能级跃迁到高能级产生吸收光谱。若分子从高能级 回复到低能级则释放出光能，形成发射光谱。散射光谱是光被物质 散射时，分子内能级的跃迁改变散射光频率而产生的。
第八章 分子光谱法
二、分子吸收光谱中的跃迁类型 化合物分子中主要还有三种类型的价电子，即形成单 键的 电子、形成双键或三键的 电子及未成键的n电子 （也称为p电子）。根据分子轨道理论，分子中这三 种电子的成键和反键分子轨道能级高低顺序为：
分子中不同轨道的价电子具有不同的能量，处于较低能级 的价电子吸收一定能量后，可跃迁到较高能级。在紫外可见光区，吸收光谱主要由 跃迁产生。
分子光谱分析Chapter01
0.3 Differences between emission and absorption of radiation 吸光：基态→电子各激发态跃迁 吸光：基态→电子各激发态跃迁; 发射： υ 发射：S1(υ=0)→S0(υ=i)的辐射跃迁 υ 的辐射跃迁;
分别携带被观察物体的激发态或基态信息 信息， 分别携带被观察物体的激发态或基态信息，可以从不同侧面 激发态 了解物质的内部结构。 了解物质的内部结构。
发光概述?chp1荧光分析?principleoffluorimetry荧光的原理?thefluorescencemechanism荧光方法?characteristicsoffluorescencespectrum荧光光谱特性?fluorescencedecayandlifetime荧光衰减和寿命?quantumyield量子产率?fluorescenceintensity荧光强度01发光现象luminescentphenomena煤气燃烧蓝色火焰炽热铁丝黄色火焰煤气燃烧蓝色火焰炽热铁丝黄色火焰发光介绍introductiontoluminescence荧光灯管电激发发光白炽灯泡发光汞灯365nm3brcarbazole奇特磷光奇特磷光ex363nm光棒化学反应发光汞灯365nmfonkos菌悬浮液takenfromdrternuraevenmanysinglecelledorganismsarebioluminescent
二、发光的类型 (Type of luminescence )？ • Photoluminescence (光致发光 光致发光): 光致发光 Fluorescence/Fluorimetry; Phosphorescence/Phosphorimetry; • Chemiluminescence (化学发光 化学发光); 化学发光 • Bioluminescence (生物发光 生物发光); 生物发光 • Radioluminescence (辐射发光 辐射发光); 辐射发光 • Electroluminescence(电致发光 电致发光); 电致发光 • Sonoluminescence(声致发光 声致发光); 声致发光
分子光谱分析实例模板
稳定的红色络合物，于波长532nm处有最大吸 光度。
采气体积2m3，定容体积25.0mL，使用光程 10mm比色皿，本方法的检出浓度为1.0×104mg/m3。
仪器
玻璃漏斗Φ2.5cm。 中流量采样器。 烟尘采样器。 过滤乙烯滤膜，玻璃纤维滤膜。 玻璃纤维滤筒。
计算
镉（Cd , mg / m3） (W W0 ) St Vnd 1000 Sa
适用于饮用水、地表水、生活污水和废 水中硼的测定。
仪器
分光光度计，10mm比色皿。 恒温水浴锅：温度为55℃±3℃。 聚乙烯烧杯：50mL。标准系列和水样所用全部蒸
发皿，其大小、形状均应用相同，为塑料容器。 搅拌：塑料棒或在玻璃棒外套以聚乙烯管，并使管
端封闭，其长短和蒸发皿相适应。
计算
由于一定波长的红外线可被二氧化碳选择吸收， 在一定浓度范围内二氧化碳对红外线吸收的强度 于二氧化碳的浓度成正比，故可对水样总碳（TC） 和无机碳（IC）进行定量测定。
总碳与无机碳的差值，即为总有机碳（TOC）。
（2）直接法测定总有机碳
将水样酸化后曝气，将无机碳酸盐分解生成二 氧化碳驱除，再注入高温燃烧管中，可直接测定 总有机碳。
容量瓶：50mL、100mL和1000mL。 玻璃砂芯漏斗：G-1型40mL。 采样瓶：玻璃瓶。
计算
总萃取物量 水样中总萃取物量C1（mg/L）按下式计算：
C1
[X
A1,2930
Y
A1,2960
Z ( A1,3030
A1,2930
/
F )] V0 D l VW L
式中：X、Y、Z、F——校正系数；
石油类中所含的芳烃类虽较烷烃类少，但其毒 性要大得多。
（二）红外分光光度法（A）
分子光谱分析实验报告
一、实验目的1. 理解分子荧光光谱分析的基本原理和操作方法；2. 掌握荧光光谱仪器的组成及各部分作用；3. 分析影响荧光强度的内部结构因素和外部环境因素；4. 了解光谱分析法的应用范围。
二、实验原理分子荧光光谱分析是利用某些物质分子受光照射时所发生的荧光的特性和强度，进行物质的定性分析或定量分析的方法。
当分子吸收紫外和可见光后，电子跃迁到激发态，随后以发射辐射的方式释放能量，再回到基态。
如果发射的波长与吸收的波长相同或不同，这种现象称为光致发光，其中最常见的光致发光现象是荧光和磷光。
荧光光谱分析主要包括激发光谱、发射光谱、同步光谱和三维荧光光谱。
激发光谱表示激发光波长与荧光强度之间的关系，发射光谱表示荧光光波长与荧光强度之间的关系。
同步光谱是指激发光波长和发射光波长同时改变时，荧光强度的变化情况。
三维荧光光谱是指在三维坐标系中，激发光波长、发射光波长和荧光强度之间的关系。
影响荧光强度的因素包括内部结构因素和外部环境因素。
内部结构因素主要包括分子的共轭程度、取代基、分子结构等。
外部环境因素主要包括溶剂、温度、pH值、浓度等。
三、实验内容与步骤1. 实验仪器与试剂：荧光光谱仪、激发光源、样品池、标准样品、溶剂等。
2. 实验步骤：（1）将荧光光谱仪开机预热，调整好仪器参数；（2）将标准样品放入样品池，调整样品池位置；（3）设置激发光波长，进行激发光谱扫描；（4）设置发射光波长，进行发射光谱扫描；（5）设置同步光谱参数，进行同步光谱扫描；（6）设置三维荧光光谱参数，进行三维荧光光谱扫描；（7）记录实验数据，分析数据，得出结论。
四、实验结果与分析1. 激发光谱扫描结果显示，标准样品在特定波长范围内有明显的荧光峰，说明该样品在该波长范围内具有荧光特性。
2. 发射光谱扫描结果显示，标准样品在激发光波长下具有明显的发射峰，说明该样品在该激发光波长下具有荧光发射特性。
3. 同步光谱扫描结果显示，激发光波长和发射光波长同时改变时，荧光强度也随之变化，说明激发光波长和发射光波长对荧光强度有显著影响。
仪器分析原理4分子电子光谱分析
* 轨道
(d)
s轨道 重叠
p轨道 重叠
未成键电子称为非键电子或n电子。
有机化合物分析吸收紫外-可见辐射后，主要涉及两种 类型的电子跃迁：
(1) 成键轨道和反键轨道之间的跃迁 σ→σ*、π→π*
(2) 非键电子激发到反键轨道的跃迁
n→σ*、n→π*
*
反键
* * *
反键
* *
能量 n
n
n 非键
成键
原因: 极性溶剂使π、π*轨道和n电子的能级都下降，但
是n电子由于与极性溶剂形成氢键，使n电子基态的能
量降低更多(稳定)，所以，n→π*能量差增加，吸收带
紫移，而π→π*跃迁能量差变小，所以，吸收带红移。
如图：
无溶剂效应
*
E1 E2
能量
n
溶剂效应
*
E1' E2'
n
溶剂的选择 ： (1) 尽量选择极性低的溶剂； (2) 能很好地溶解被测物，并且有良好的化学和 光化学稳定性； (3) 溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。
§4.1.2 金属配合物的吸收带 (有机显色剂与金属配合物)
电荷转移跃迁
金属配合物的吸收
配位场跃迁
键合跃迁
1. 电荷转移跃迁 配合物由配合中心离子M和配位体L组成。配合物分子吸 收辐射后，分子中的电子从主要定域在金属离子M的轨 道上转移到配位体的轨道上，或按相反方向转移，这种 跃迁叫做电荷转移，产生的光谱为电荷转移光谱。
2020/6/2
3. 非平行光束引起的偏离 非平行光使入射角增大，反射光的强度随之而增加，从而 增加了反射分数，使吸光度增大，产生正偏差。 另外，非平行使光程增加引起的系统误差(正偏差)。
(d)
s轨道 重叠
p轨道 重叠
未成键电子称为非键电子或n电子。
有机化合物分析吸收紫外-可见辐射后，主要涉及两种 类型的电子跃迁：
(1) 成键轨道和反键轨道之间的跃迁 σ→σ*、π→π*
(2) 非键电子激发到反键轨道的跃迁
n→σ*、n→π*
*
反键
* * *
反键
* *
能量 n
n
n 非键
成键
原因: 极性溶剂使π、π*轨道和n电子的能级都下降，但
是n电子由于与极性溶剂形成氢键，使n电子基态的能
量降低更多(稳定)，所以，n→π*能量差增加，吸收带
紫移，而π→π*跃迁能量差变小，所以，吸收带红移。
如图：
无溶剂效应
*
E1 E2
能量
n
溶剂效应
*
E1' E2'
n
溶剂的选择 ： (1) 尽量选择极性低的溶剂； (2) 能很好地溶解被测物，并且有良好的化学和 光化学稳定性； (3) 溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。
§4.1.2 金属配合物的吸收带 (有机显色剂与金属配合物)
电荷转移跃迁
金属配合物的吸收
配位场跃迁
键合跃迁
1. 电荷转移跃迁 配合物由配合中心离子M和配位体L组成。配合物分子吸 收辐射后，分子中的电子从主要定域在金属离子M的轨 道上转移到配位体的轨道上，或按相反方向转移，这种 跃迁叫做电荷转移，产生的光谱为电荷转移光谱。
2020/6/2
3. 非平行光束引起的偏离 非平行光使入射角增大，反射光的强度随之而增加，从而 增加了反射分数，使吸光度增大，产生正偏差。 另外，非平行使光程增加引起的系统误差(正偏差)。
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FT IR仪器应用—医药鉴别
人血白蛋白鉴别
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
20世纪80年代
20世纪90年代
机械光栅扫描； 阵列式光谱仪； FT-NIR； PLS
21世纪初
数字光栅扫描技术； 高精度FT技术； MEMS技术； 改进的PLS； ANN； 模型传递效果更好； 网络化模型管理；
仪器
滤光片光谱仪；
化学计量学 MLR 方法
模型
模型种类少； 模型传输性差； 应用范围有限；
主成分分解
PLS建模方法
PLS建模方法
建模
PLS建模第一步，做矩阵分解，其模型为： X=TP+E Y=UQ+F 其中T和U分别为X矩阵和Y矩阵的得分矩阵，P和Q分别为X矩阵和 Y矩阵的主成分矩阵，E和F分别为用PLS模型拟合X和Y时所引进的误差。 PLS建模第二步，将T和U作线性回归 U=TB B为关联系数矩阵
MLR（多元线性回归） PCR（主成分回归） PLS（偏最小二建模方法
挑选数个波长的吸光度值X与Y，求出Y与X系数b。
求出b后，采集未知样品光谱X，即可计算未知样品浓度Y
PLS建模方法
MLR主要用于简单样品，在近红外应用中适应于滤光片式型仪器 常用的NIR建模方法为PLS方法 首先介绍主成分分解
近红外区包含以下化学键的基频振动信息的合频与倍频： C-H, N-H, O-H, S-H, C=O, C=C 倍频吸光系数比中红外基频振动弱数十倍。
近红外光谱的检测方式
漫反射
透射
近红外检测技术
丰富的 模型
近红外 检测技术 化学计量学 软件
高精度 仪器
近红外光谱分析过程
近红外技术发展趋势
近红外、红外与拉曼光谱
近红外光谱谱峰重叠， 需要化学计量学方法 进行解析， 适用于定量分析
红外、
红外和拉曼光谱 具有分子指纹信息， 适合物质定性判定
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
拉曼光谱技术及应用
近红外光谱的原理
通过分子吸收近红外区域的光而产生光谱
近红外光谱的原理
预测 X未知=T未知P校正 Y未知=T未知B校正Q校正
PLS建模方法特点
既可以使用全部光谱数据又可以使用部分光谱数据 把数据分解和回归融合在一起 PLS方法比较适用于处理变量多而样本数少建模问题 对于非线性体系和质量参数之间相互干扰的数据回归效果优于多 元线性回归方法
NIR分析模型评价指标
近红外光谱定量分析基础
透射检测理论基础：
郎伯—比尔定律
漫反射检测理论基础：
Kubelka-Muk方程
吸光度与样品浓度呈线性比例关系
近红外光谱定量分析基础
Y 表示样品浓度（组分含量） X 表示吸光度 b 表示系数
近红外光谱定量分析基础
关键是如何求出 系数b 近红外光谱重叠严重、复杂度高，决定近红外光谱 分析必须使用多元信息处理技术
近红外光谱的应用
粮食、油料、饲料、食品……
近红外 育种检测 育种
近红外 收购检测 收购
近红外 储藏品质检测 储藏
原料 油脂检测
榨油加工
面粉加工
近红外 面粉检测 近红外 饲料检测
近红外 地沟油检测
油品流通
饲料原料
饲料
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
拉曼光谱技术及应用
红外光谱仪器TruDefender FT
检测指标
水分、蛋白、脂肪 水分、蛋白、脂肪 水分、碘值、酸价 水分、蛋白、脂肪、灰分、纤维、氨基酸
饲料成品
各类谷物 粮食行业 谷物加工产品 石化行业 纺织行业 水果行业 各类燃油 纤维布料 各种水果
水分、蛋白、脂肪、灰分、纤维
水分、蛋白、脂肪 水分、蛋白、脂肪、灰分、淀粉 馏程、馏点、组分含量、抗爆指数 定性判别布料成分、布料成分含量 糖度、酸度、硬度
近红外光谱
中低强度吸收 可以使用光纤
拉曼光谱
弱散射 可以使用光纤
基团吸收重叠少
可提供指纹信息 特殊光学材料
基团吸收重叠严重
指纹信息少 石英玻璃、蓝宝石
光谱重叠不严重
可提供指纹信息 石英玻璃、蓝宝石
需要制样
检测样品厚度有限 有破坏 不能穿透包装 环境影响大
仅需很少制样
光可深入样品内部 非破坏性 某些情况可穿透包装 不能分析含量低的成分
模型种类更加丰富； 可实现模型传递；
仪器分光检测
光栅扫描式分光 连续光谱 仪器精度高
光栅分光阵列检测 连续光谱 稳定性好
FT变换检测 连续光谱 仪器精度高
近红外光谱分析仪器
仪器考察关键指标
波长范围 波长准确性 波长重复性 分辨率 吸光度噪声（信噪比）
N SD SEC RC RV SEP
建模样品个数 建模样品集方差 建模标准偏差 建模相关系数 交互验证相关系数 预测标准偏差
Mean 建模样品集平均浓度
SECV 交互验证标准偏差
RPD
近红外光谱的应用
行业领域 检测对象
油料原料 油脂行业 油粕产品 油脂 饲料原料 饲料行业
分子光谱分析技术
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
拉曼光谱技术及应用
电磁波与光
左边波现象明显，能量弱；右边粒子性明显，能量强
电磁波与光谱分类
光谱形成方式分类
发射光谱 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）、 X射线荧光光谱法（XFS）、分子荧光光谱法（MFS）等
吸收光谱
紫外－可见光谱（UV-Vis）、原子吸收光谱（AAS）、 红外光谱（IR）、近红外光谱（NIR）、核磁共振（NMR）等 联合散射 拉曼散射光谱（Raman）
光学技术---分子光谱
光谱产生基础：光的波粒二象性 光谱产生机理：分子吸收特定频率光子产生红外和近红外光谱 分子与光子发生非弹性碰撞产生拉曼光谱
拉曼光谱技术及应用
拉曼光谱仪器-TruScan
手持式拉曼光谱仪
原辅料鉴别 包装塑料鉴别 成品确认/打假
拉曼光谱检测原理
拉曼散射 具有量子效应 可被解析
拉曼光谱应用
物料定性鉴别---可鉴别内容物和包装材料 物料打假鉴别工作
拉曼光谱应用适用性
红外、近红外、拉曼光谱比较
红外光谱
强吸收 光纤不适用
仅需很少制样
检测样品表面 非破坏性 某些情况可穿透包装 不能分析荧光和黑色样品
650 - 4000 cm-1 @ 4 cm-1 分辨率 单次反射金刚石衰减全反射ATR 坚固稳健-温度、振动、坠落、防水
FT 检测方式
FT IR仪器应用—医药鉴别
人血白蛋白鉴别
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
20世纪80年代
20世纪90年代
机械光栅扫描； 阵列式光谱仪； FT-NIR； PLS
21世纪初
数字光栅扫描技术； 高精度FT技术； MEMS技术； 改进的PLS； ANN； 模型传递效果更好； 网络化模型管理；
仪器
滤光片光谱仪；
化学计量学 MLR 方法
模型
模型种类少； 模型传输性差； 应用范围有限；
主成分分解
PLS建模方法
PLS建模方法
建模
PLS建模第一步，做矩阵分解，其模型为： X=TP+E Y=UQ+F 其中T和U分别为X矩阵和Y矩阵的得分矩阵，P和Q分别为X矩阵和 Y矩阵的主成分矩阵，E和F分别为用PLS模型拟合X和Y时所引进的误差。 PLS建模第二步，将T和U作线性回归 U=TB B为关联系数矩阵
MLR（多元线性回归） PCR（主成分回归） PLS（偏最小二建模方法
挑选数个波长的吸光度值X与Y，求出Y与X系数b。
求出b后，采集未知样品光谱X，即可计算未知样品浓度Y
PLS建模方法
MLR主要用于简单样品，在近红外应用中适应于滤光片式型仪器 常用的NIR建模方法为PLS方法 首先介绍主成分分解
近红外区包含以下化学键的基频振动信息的合频与倍频： C-H, N-H, O-H, S-H, C=O, C=C 倍频吸光系数比中红外基频振动弱数十倍。
近红外光谱的检测方式
漫反射
透射
近红外检测技术
丰富的 模型
近红外 检测技术 化学计量学 软件
高精度 仪器
近红外光谱分析过程
近红外技术发展趋势
近红外、红外与拉曼光谱
近红外光谱谱峰重叠， 需要化学计量学方法 进行解析， 适用于定量分析
红外、
红外和拉曼光谱 具有分子指纹信息， 适合物质定性判定
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
拉曼光谱技术及应用
近红外光谱的原理
通过分子吸收近红外区域的光而产生光谱
近红外光谱的原理
预测 X未知=T未知P校正 Y未知=T未知B校正Q校正
PLS建模方法特点
既可以使用全部光谱数据又可以使用部分光谱数据 把数据分解和回归融合在一起 PLS方法比较适用于处理变量多而样本数少建模问题 对于非线性体系和质量参数之间相互干扰的数据回归效果优于多 元线性回归方法
NIR分析模型评价指标
近红外光谱定量分析基础
透射检测理论基础：
郎伯—比尔定律
漫反射检测理论基础：
Kubelka-Muk方程
吸光度与样品浓度呈线性比例关系
近红外光谱定量分析基础
Y 表示样品浓度（组分含量） X 表示吸光度 b 表示系数
近红外光谱定量分析基础
关键是如何求出 系数b 近红外光谱重叠严重、复杂度高，决定近红外光谱 分析必须使用多元信息处理技术
近红外光谱的应用
粮食、油料、饲料、食品……
近红外 育种检测 育种
近红外 收购检测 收购
近红外 储藏品质检测 储藏
原料 油脂检测
榨油加工
面粉加工
近红外 面粉检测 近红外 饲料检测
近红外 地沟油检测
油品流通
饲料原料
饲料
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
拉曼光谱技术及应用
红外光谱仪器TruDefender FT
检测指标
水分、蛋白、脂肪 水分、蛋白、脂肪 水分、碘值、酸价 水分、蛋白、脂肪、灰分、纤维、氨基酸
饲料成品
各类谷物 粮食行业 谷物加工产品 石化行业 纺织行业 水果行业 各类燃油 纤维布料 各种水果
水分、蛋白、脂肪、灰分、纤维
水分、蛋白、脂肪 水分、蛋白、脂肪、灰分、淀粉 馏程、馏点、组分含量、抗爆指数 定性判别布料成分、布料成分含量 糖度、酸度、硬度
近红外光谱
中低强度吸收 可以使用光纤
拉曼光谱
弱散射 可以使用光纤
基团吸收重叠少
可提供指纹信息 特殊光学材料
基团吸收重叠严重
指纹信息少 石英玻璃、蓝宝石
光谱重叠不严重
可提供指纹信息 石英玻璃、蓝宝石
需要制样
检测样品厚度有限 有破坏 不能穿透包装 环境影响大
仅需很少制样
光可深入样品内部 非破坏性 某些情况可穿透包装 不能分析含量低的成分
模型种类更加丰富； 可实现模型传递；
仪器分光检测
光栅扫描式分光 连续光谱 仪器精度高
光栅分光阵列检测 连续光谱 稳定性好
FT变换检测 连续光谱 仪器精度高
近红外光谱分析仪器
仪器考察关键指标
波长范围 波长准确性 波长重复性 分辨率 吸光度噪声（信噪比）
N SD SEC RC RV SEP
建模样品个数 建模样品集方差 建模标准偏差 建模相关系数 交互验证相关系数 预测标准偏差
Mean 建模样品集平均浓度
SECV 交互验证标准偏差
RPD
近红外光谱的应用
行业领域 检测对象
油料原料 油脂行业 油粕产品 油脂 饲料原料 饲料行业
分子光谱分析技术
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
拉曼光谱技术及应用
电磁波与光
左边波现象明显，能量弱；右边粒子性明显，能量强
电磁波与光谱分类
光谱形成方式分类
发射光谱 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）、 X射线荧光光谱法（XFS）、分子荧光光谱法（MFS）等
吸收光谱
紫外－可见光谱（UV-Vis）、原子吸收光谱（AAS）、 红外光谱（IR）、近红外光谱（NIR）、核磁共振（NMR）等 联合散射 拉曼散射光谱（Raman）
光学技术---分子光谱
光谱产生基础：光的波粒二象性 光谱产生机理：分子吸收特定频率光子产生红外和近红外光谱 分子与光子发生非弹性碰撞产生拉曼光谱
拉曼光谱技术及应用
拉曼光谱仪器-TruScan
手持式拉曼光谱仪
原辅料鉴别 包装塑料鉴别 成品确认/打假
拉曼光谱检测原理
拉曼散射 具有量子效应 可被解析
拉曼光谱应用
物料定性鉴别---可鉴别内容物和包装材料 物料打假鉴别工作
拉曼光谱应用适用性
红外、近红外、拉曼光谱比较
红外光谱
强吸收 光纤不适用
仅需很少制样
检测样品表面 非破坏性 某些情况可穿透包装 不能分析荧光和黑色样品