近红外光谱
近红外光谱波长范围
近红外光谱波长范围
稿子一
嗨，亲爱的朋友们！今天咱们来聊聊近红外光谱波长范围这个有点神秘又有趣的话题。
你知道吗？近红外光谱的波长范围大概在 780 纳米到 2500 纳米之间呢。
这就像是一个隐藏的魔法区间，有着好多神奇的用处。
比如说在农业领域，通过这个波长范围，可以检测农作物的水分含量、蛋白质含量啥的。
就好像给农作物做了一次超级详细的“体检”，农民伯伯们就能更好地照顾它们啦。
在制药行业也很厉害哦！能快速分析药品的成分和质量，保证咱们吃的药都是安全有效的。
还有食品检测，瞧瞧那些超市里的水果、肉类，说不定都经过了近红外光谱的检测，让咱们吃得放心。
这个波长范围就像一个小小的魔法世界，虽然我们看不见摸不着，但它却在默默地为我们的生活服务，是不是很神奇呀？
哎呀，一说起这个我就停不下来，真希望更多的人能了解近红外光谱波长范围的奇妙之处！
稿子二
嘿，小伙伴们！今天咱们来扯扯近红外光谱波长范围的那些事儿。
先来说说这个范围到底是啥，大概是 780 纳米到 2500 纳米哟。
想象一下，这个范围里的光线就像一群小精灵，在各种领域大显身手。
在化工行业，能帮助检测材料的纯度和成分，让生产出来的东西质量杠杠的。
对于石油行业也很重要呢，能分析石油产品的品质，让我们开车的时候更安心。
还有在纺织业，能判断布料的材质和质量，让我们穿上更舒服漂亮的衣服。
而且哦，在医学诊断中也有它的身影，比如检测人体组织的成分和健康状况。
近红外光谱波长范围虽然听起来有点专业，但是它真的和我们的生活息息相关，默默地为我们的生活增添便利和保障。
怎么样，是不是觉得这个看似深奥的东西其实也挺有趣的？。
光谱仪近红外
光谱仪近红外指的是一类光谱仪器，用于检测和分析近红外波段的光谱信息。
近红外波段通常包括700纳米到2500纳米的范围。
近红外光谱仪通过测量物质在近红外光波段的吸收、散射或透射等特性，获取样品的光谱数据，并进一步分析和解释。
近红外光谱具有许多应用领域，包括但不限于以下几个方面：
1.化学分析：近红外光谱仪可以用于化学成分分析、质量控制、反应动力学等方面的研究。
通过检测样品在近红外波段的吸收特性，可以识别和定量分析化合物的种类和含量。
2.农业和食品领域：近红外光谱仪可用于农作物和食品品质的分析。
例如，可以通过近红外光谱技术判断水果的成熟度、检测农产品中的营养成分、预测食品的新鲜度等。
3.药物和生物医学研究：近红外光谱可用于医药领域的药物分析和生物医学研究。
例如，可以通过近红外光谱检测药物的纯度、质量等；同时，在生物医学研究中，近红外光谱被用作非侵入性的、实时的生物体监测工具。
4.环境监测：近红外光谱仪可以用于水质、空气质量、土壤污染等环境领域的监测和分析，帮助评估环境中的污染物含量和类型。
近红外光谱仪的使用使得对物质的分析更加简便、高效、准确，广泛应用于科学研究、工业生产、环境监测等领域。
_近红外光谱解析实用指南_
_近红外光谱解析实用指南_近红外光谱解析是一种非常常用的分析技术，可用于定性和定量分析。
本指南旨在向读者介绍近红外光谱解析的基本原理、仪器设备、样品制备和数据分析方法。
一、基本原理近红外光谱是指在800至2500纳米波长范围内的光谱。
近红外光谱的原理是利用样品中分子振动和拉伸产生的光谱吸收特征来推测样品的成分和属性。
这些光谱特征是由于化学键振动、倾角、水合作用等引起的。
二、仪器设备近红外光谱仪是近红外光谱解析的关键设备。
现在市场上常见的仪器一般采用光栅技术，具有高分辨率和高精度。
仪器的重要参数包括光源、光路、检测器和光谱仪。
选择合适的仪器要考虑样品类型、分析要求和预算。
三、样品制备样品制备对于近红外光谱解析至关重要。
样品制备的目的是使样品以均匀、透明、薄膜形式呈现在仪器上。
常用的样品制备方法包括将样品粉碎后与固体粉末混合，或将液体样品稀释后滴在红外透明基底上。
四、数据分析方法近红外光谱解析的数据处理过程包括光谱校正、预处理、模型建立和模型验证等步骤。
首先，需进行光谱校正，如仪器平滑、波长校准和零点校准等。
接下来，进行样品的预处理，包括去噪、光谱标准化和特征选择等。
然后，构建合适的模型，可以采用主成分分析、偏最小二乘法或支持向量机等方法。
最后，进行模型验证和检验，评估模型的准确度和鲁棒性。
近红外光谱解析的应用非常广泛，涉及农业、食品、化学、药品、生物医学等领域。
它可以用于农产品质量检测、食品成分分析、药品质量控制等。
近红外光谱解析具有快速、非破坏性、准确度高等优点，因此备受研究者和工程师的青睐。
总结起来，近红外光谱解析是一种有效的分析技术，具有广泛的应用前景。
通过正确选择仪器设备，合理制备样品，以及采用科学的数据处理方法，可以实现准确、快速和可靠的分析结果。
希望本指南能够为读者提供有关近红外光谱解析的基本知识和实用指导。
近红外光谱分析的原理
近红外光谱分析的原理
近红外光谱分析是通过测量样品在近红外光谱范围内的吸收和散射特性来获取样品组成和质量信息的一种分析方法。
近红外光谱范围一般为780~2500纳米，其具有许多优点，如快速、
非破坏性、不需样品预处理等。
该方法是基于近红外光与物质发生相互作用的原理。
近红外光是指波长较长、能量较低的可见光和红外光之间的光谱范围，该范围内的光与样品中的化学键、官能团和分子振动等发生相互作用，在吸收、散射和透射等过程中产生特征性的光谱信号。
在近红外光谱分析中，首先需要对待测样品和标准样品进行光谱测量，获取它们的近红外光谱图。
然后，通过数学处理方法，建立样品的近红外光谱与其组成或质量参数之间的关系模型，这个模型通常使用光学模型或化学模型来描述。
常用的数学处理方法包括主成分分析（PCA）、偏最小二乘回归（PLS）和支持向量机（SVM）等。
这些方法可以提取光谱图中的特征信息，建立预测模型，并对新样品进行定性或定量分析。
通过近红外光谱分析，可以实现对物质成分、含量和性质等多个参数的快速、准确测定。
近年来，近红外光谱分析在农业、食品、医药、环境等领域得到广泛应用，为产品质量控制、过程监测和研发提供了有效的手段。
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
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三、近红外光谱定量及定性分析
3.1近红外光谱的定量分析
3.2近红外光谱的定性分析
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3.1近红外光谱的定量分析
近红外光谱的定量分析就利用化学分析 数据和近红外光谱数据建立模型，确定 模型参数，然后以这个模型去定量预测 某些信息（如浓度）的方法。
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定量分析过程具体步骤如下：
1．选择足够多的且有代表性的样品组成校 正集； ２．通过现行标准方法测定校正模型样品 的组成或性质； ３．测定校正模型样品的近红外光谱；
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1.3近红外光谱分析技术的特点
1）分析速度快，测量过程大多可在1min 内完成。因此在日常分析中，包括了样 品准备等工作时间，在5min以内即可得 到数据。近红外光谱分析技术的另一个 特点是通过样品的一张光谱，可以测得 各种性质或组成。 2)适用的样品范围广，通过相应的测样器 件可以直接测量液体、固体、半固体和 胶状体等不同物态的样品光谱。
近红外光谱记录的是分子中单个化学键 的基频振动的倍频和合频信息，它常常 受含氢基团X-H（X-C、N、O）的倍频 和合频的重叠主导，所以在近红外光谱 范围内，测量的主要是含氢基团X-H振动 的倍频和合频吸收。
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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测量。 但在NIR区域，吸收强度弱，灵敏度相对 较低，吸收带较宽且重叠严重。因此， 依靠传统的建立工作曲线方法进行定量 分析是十分困难的，化学计量学的发展 为这一问题的解决奠定了数学基础。
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虽然建立模型所使用的样本数目很有限， 但通过化学计量学处理得到的模型应具有 较强的普适性。对于建立模型所使用的校 正方法，视样品光谱与待分析的性质关系 不同而异，常用的有多元线性回归、主成 分回归、偏最小二乘法、人工神经网络和 拓扑方法等
近红外光谱分析原理
近红外光谱分析原理近红外光谱分析是一种常用的无损检测技术，通过测量样品在近红外光波段的吸收和反射特性，来分析和鉴定物质的成分和性质。
本文将详细介绍近红外光谱分析的原理及其应用。
一、原理概述近红外光波长范围通常被定义为从780纳米到2500纳米，相对于可见光波长而言，在这一范围内物质对光的吸收较小。
近红外光谱分析利用了样品在这一波长范围内的吸收特性，通过测量样品对不同波长光的吸收程度来确定样品的成分和性质。
二、光谱仪构成近红外光谱仪通常由光源、样品接口、分光器、检测器和数据处理系统等组成。
光源产生近红外光，样品接口将光传递到样品上，并接收样品反射或透射的光信号。
分光器将光信号按照波长进行分离，并送入检测器进行信号检测。
最后，数据处理系统对检测到的光谱信号进行处理和分析。
三、样品制备近红外光谱分析的样品制备通常较为简单，大部分样品可以直接使用而无需特殊处理。
对于液体样品，可以直接放入透明的试剂盒或玻璃杯中进行测量；对于固体样品，通常需研磨成粉末或制备成透明的薄片，以确保光线可以透过样品进行测量。
四、光谱采集与分析光谱采集是近红外光谱分析的核心步骤，通过扫描一定波长范围内的光信号，得到样品在每个波长下的吸收光谱。
光谱分析可以通过两种方式进行：定性分析和定量分析。
定性分析通过与已知光谱库进行比对，判断样品的成分和特征。
光谱库中包含了不同物质的已知光谱特征，在采集到的光谱与光谱库进行匹配后，可以确定样品中是否含有特定物质。
定量分析则是通过建立样品的光谱特征与样品成分之间的数学模型，来估计或测定样品中的化学成分含量。
通常使用统计学方法和化学计量学模型进行定量分析。
五、应用领域近红外光谱分析在许多领域中得到广泛的应用。
例如，在农业中，可以通过近红外光谱分析检测农产品中的水分、蛋白质、糖分等成分，用于判断产品的质量和品种；在药品制造中，可以利用近红外光谱分析检测药品中的有效成分含量，用于质量控制；在环境监测中，可以通过近红外光谱分析检测土壤和水体中的污染物含量，用于环境保护等。
近红外光谱的原理及应用
近红外光谱的原理及应用前言近红外光谱是一种非破坏性的分析技术，被广泛应用于物质组分的测定、质量控制和环境监测等领域。
本文将介绍近红外光谱的原理及其在不同领域的应用。
一、近红外光谱的原理近红外光谱是指在波长范围为700 nm到2500 nm之间的光线所显示的谱图。
其原理基于物质吸收、散射和反射的特性。
近红外光谱仪通过收集样品对近红外光的吸收、散射或反射来获得样品的光谱信息。
其原理可简单总结为以下几个步骤：1.光源发出宽谱带光线，经过透镜或光纤导入光谱仪中。
2.经过光栅或棱镜的分光作用，将光线分解成不同波长的光，形成光谱。
3.样品与光谱仪中的探测器之间形成一个封闭的光学系统。
4.样品与光线相互作用，发生吸收、散射或反射。
这些相互作用引起光强度的变化。
5.光谱仪中的探测器记录这种光强度的变化，从而得到样品的光谱图。
二、近红外光谱的应用近红外光谱因其快速、非破坏性和高效的特点，在许多领域都有广泛的应用。
以下是近红外光谱在不同领域的应用示例：1. 食品行业•食品成分分析：近红外光谱可以用于分析食品中的脂肪、蛋白质、糖类等成分的含量，从而用于质量控制和产品检测。
这种非破坏性的分析方法可以避免传统化学分析所需的样品处理和分解过程。
•食品质量检测：通过比对样品近红外光谱与标准样品的光谱，可以检测食品中的变质程度、添加剂是否合格等质量指标。
2. 化工行业•原料组分分析：近红外光谱可以用于化工原料的成分分析，通过建立光谱与成分之间的关系模型，可以快速准确地确定原料的组分及其含量。
•反应过程监测：近红外光谱可以在线监测化工反应过程中的物质变化，实时掌握反应过程的动态信息，从而进行优化和调控。
3. 医药领域•药品质量控制：近红外光谱可以用于药品质量的快速检测和分析。
通过建立药品光谱与其成分、含量之间的关系模型，可以对药品进行快速准确的质量控制。
•药物研发：近红外光谱可以用于药物研发过程中的原料药分析、反应过程监测等，加快药物研发的速度和效率。
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国外利用近红外光谱在土壤方面的研究起 步较早，取得了不少成就。目前，有很多 国家在进行这方面的研究。 近红外光谱技术在土壤科学的早期主要应 用于测量土壤中水分的含量，但随着研究 的不断深入，所测量的成分也迅速增加， 逐渐发展到氮磷钾及各种矿物质的测量， 并且取得了较好的效果。 国内的研究起步相对较晚，但发展非常迅 速，特别是国家提出精细农业的发展思路 后，众多的科研机构和高等院校积极地开 展了这方面的工作，并取得了一定的成绩。
对于中短期土壤变量参数，象N、P、K、 有机质、土壤水分等，这些参数时空性变 异性大，应及时获得生长期作物养分丰缺 情况。这是确定基肥、追肥使用量的基础。 然而，传统的土壤成分含量检测多以化学 方法为主，存在检测速度慢，实时性差等 缺点。而近红外光谱技术（NIRS）是一种 利用物质的某些官能团如C-H、O-H、N-H 等对外光的选择性吸收而快速估测物质中 某一项或几项成分含量的测量技术，具有 分析速度快，效率高，且对样品无需预处 理等优点。
二、土壤近红外测定的基本原理
1.近红外光谱的产生 近红外光谱定量分析技术就是利用近红外光 源对物质进行照射，然后对携带该物质信息的反 射光或投射光等进行分析，从而快速估测出该物 质中某一项或几项成分含量的测量技术。物质的 近红外光谱信息主要是分子内部含氢基团分子的 振动的倍频与合频吸收信息。根据朗伯-比尔吸 收定律，随着样品成分组成或者结构的变化，其 光谱特征也将发生变化。这就是近红外光谱技术 分析技术的理论基础。
术，但是事实并非如此简单。每一种物质都具有 很多的NIRS吸收峰，每种物质对光谱的吸收都 与其他物质重叠在一起，这造成了NIRS分析的 难度。 NIRS谱区主要是含有H基团如C-H，N-H， O-H等伸缩振动的各级倍频和这些基团的伸缩振 动与弯曲振动的合频吸收，这是NIRS定量分析 的化学基础。由于分子合频的组合方式很多，因 此NIRS谱区谱峰重叠非常严重，谱峰比较宽， 一般无法确定谱峰对应的基团。但是由于这些基 团是有机物中最重要的一些基团，NIRS谱区丰 富的结构和组成信息是NIRS分析应用广泛的基 础。
3、土壤中全氮的近红外光谱分析 按照全氮含量的均匀分布，从30 个样品 中，筛选出20个样品。其中16个样本建立 校正样品集，4个样品作为未知样品组成的 预测样品集，由于近红外光谱分析信息源的 特点，使得原始光谱中含有与样品组成无关 的信息，从而使得近红外光谱变得复杂、重 叠等，ห้องสมุดไป่ตู้以必须对光谱进行预处理。采用多 点平均（10个点一次平均）对光谱做平滑处 理，然后采用一阶导数对光谱进行处理。将 导数后的每个波长的吸光度和全氮量进行相 关，相关系数如图所示。
土壤样品的近红外反射光谱图如图所示， 它采用的是美国布鲁克公司生产的 VECTER/22 型傅立叶近红外光谱仪扫描 得到的，它配有积分球附件，光纤探头和 旋转样品杯。
波长与全氮含量的相关图
从上图中可以看出，在8 200~10 300 cm-1 范围内，全氮的相关性最好因此， 在此范围内选择相关系数高于0.5的波长参 与建立校正模型。采用多元线性回归方法 建立校正模型，模型的维数与其所建立全 氮数学模型的关系如表所示。
三、校正模型的建立
1、近红外光谱分析的流程 近红外光谱分析技术是一种间接的分析技 术，需要建立一个校正模型，通过校正模型的建 立，实现对未知样品的定性或定量分析。在模型 建立过程中，若已知待测样品的光谱数据，想由 此获得样品的化学值，就要建立起光谱数据与化 学值的相关关系，这个过程叫做定标。定标建立 的光谱数据和化学值得对应关系称为校正模型， 利用校正模型对未知样品进行分析，称为预测。
提要
研究背景 土壤近红外测定的基本原理 校正模型的建立和实验分析 系统的设计
一、背景
20世纪后半期，世界农业高速发展，出了 依靠生物技术和耕地面积、灌溉面积的扩 大外，基本上是在化肥与农药等化学品和 矿物能源的大量投入条件下获得的。 在土壤数据和作物营养实时数据的采集方 面，对于长期相对稳定的土壤变量参数， 象土壤质地、地形、地貌、微量元素含量 等，可一次分析长期受益或多年后再对这 些参数做抽样复测，在我国可引用原土壤 普查数据做参考。
根据光的电磁波理论，近红外光就是 指波长在780~2526nm范围的电磁波。根 据不同的波长划分为不同的区域，每个波 段都有其特点，紫外区主要用于基团分析， 可见光主要用于表观分析，中红外区主要 用于官能团分析等，而近红外区则主要用 于成分分析。 在光能辐射时，可以引起分子键发生两 种变化，即当光能与分子振动不匹配时， 不能引起近红外区的吸收；当光能与分子 振动相匹配时，引起近红外区的吸收。
当光能与X-H的分子振动匹配时，被吸收的 能量使分子键两端的原子振动加剧产生能级跃迁， 包括基频跃迁、倍频跃迁和合频跃迁，从而在近 红外区产生不同的吸收带。 2.近红外分析的化学基础 正如人们常见到的，不同的物质在可见光区 段显示不同的颜色一样，不同的物质在近红外光 谱区段具有不同的近红外光谱。如水分就具有与 蛋白质、淀粉和脂肪不同的光谱。 如果每一种物质在近红外光谱区的特征吸收， 那么NIRS技术可能是一种非常好的分析技
用于物质成分含量检测的近红外光谱 定量分析的步骤可以归结为：a、校正模 型训练集样品的选择；b、测量光谱数据； c、用标准方法测定样品物化性质；d、光 谱的预处理；e、建立校正模型；f、校正 模型的验证。其中主要工作是d、e、f。分 析的流程框图如下图所示。
2、样品采集与预处理 采集土壤表层（0~25cm）样本，采集 的土壤样品经过风干、磨碎、过筛，得到 为2mm的土壤样品，并且土壤成分的含量 已经标定。在进行近红外光谱分析时，将 颗粒为2mm的土样品成分分为两份，一份 用于化学分析，一份用于近红外分析。 土壤的常规分析在化学实验室进行，对 30个土壤样品逐一进行有机质和全氮的测 定。土壤中全氮用定氮仪测定，有机质用 流动分析仪测定，测定结果如表所示。