什么是近红外光谱？近红外光谱分析原理

近红外光谱主要是由于分子振动的泛频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、S）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。那么，什么是近红外光谱呢？本文简单介绍了近红外光谱及其分析原理。

什么是近红外光谱

近红外光谱（Near Infrared Spectrum，简称NIRS）是一种介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波。根据美国材料检测协会（ASTM）的定义，近红外光谱区的波长范围在780至2526纳米之间。这一区域的光谱主要对应于有机分子中含氢基团（如C-H、O-H、N-H等）振动的倍频和合频吸收，因此，通过扫描样品的近红外光谱，我们可以获得关于样品中有机分子含氢基团的特征信息。

近红外光谱技术因其独特优势而备受青睐。这项技术具有快速、高效、准确、成本较低、不破坏样品、不消耗化学试剂、不污染环境等优点。它广泛应用于农业、食品、医药、化工等多个领域。例如，在农业中，近红外光谱技术可用于土壤分析、作物识别以及农产品品质检测；在食品工业中，可用于预测食品的营养成分、水分含量、脂肪含量等关键指标；在医药领域，则可用于药物分析、制剂质量控制等方面。

近红外光谱技术的核心设备是近红外光谱仪，其中最先进的是傅里叶变换近红外光谱仪（FT-NIR）。这种光谱仪通过光源发出宽谱带光线，经过干涉仪后形成干涉光，再与样品相互作用，产生吸收、散射或反射等光学现象。检测器记录这些光学现象产生的光强度变化，并将其转化为电信号，最终由数据处理器进行处理和分析，得到样品的近红外光谱图。

随着红外仪器技术的不断发展，近红外光谱技术也在不断完善和拓展其应用领域。它已成为分析化学领域的一种重要手段，并继续在各个行业中发挥着重要作用。

近红外光谱分析原理

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。