淺談近紅外光譜分析技術(shù)

　　現(xiàn)代近紅外光譜（NIR）分析技術(shù)是近年來分析化學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展的高新分析技術(shù)，越來越引起國內(nèi)外分析專家的注目，在分析化學(xué)領(lǐng)域被譽為分析“巨人”，它的出現(xiàn)可以說帶來了又一次分析技術(shù)的革命。

　　近紅外區(qū)域按ASTM定義是指波長在780～2526nm范圍內(nèi)的電磁波，是人們最早發(fā)現(xiàn)的非可見光區(qū)域。由于物質(zhì)在該譜區(qū)的倍頻和合頻吸收信號弱，譜帶重疊，解析復(fù)雜，受當(dāng)時的技術(shù)水平限制，近紅外光譜“沉睡” 了近一個半世紀(jì)。直到20世紀(jì)50年代，隨著商品化儀器的出現(xiàn)及Norris等人所做的大量工作，使得近紅外光譜技術(shù)曾經(jīng)在農(nóng)副產(chǎn)品分析中得到廣泛應(yīng)用。到60年代中后期，隨著各種新的分析技術(shù)的出現(xiàn)，加之經(jīng)典近紅外光譜分析技術(shù)暴露出的靈敏度低、抗干擾性差的弱點，使人們淡漠了該技術(shù)在分析測試中的應(yīng)用，從此，近紅外光譜進(jìn)入了一個沉默的時期。80年代后期，隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，帶動了分析儀器的數(shù)字化和化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展，通過化學(xué)計量學(xué)方法在解決光譜信息提取和背景干擾方面取得的良好效果，加之近紅外光譜在測樣技術(shù)上所獨有的特點，使人們重新認(rèn)識了近紅外光譜的價值，近紅外光譜在各領(lǐng)域中的應(yīng)用研究陸續(xù)展開。進(jìn)入90年代，近紅外光譜在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用全面展開，有關(guān)近紅外光譜的研究及應(yīng)用文獻(xiàn)幾乎呈指數(shù)增長，成為發(fā)展最快、最引人注目的一門獨立的分析技術(shù)。由于近紅外光在常規(guī)光纖中具有良好的傳輸特性，使近紅外光譜在在線分析領(lǐng)域也得到了很好的應(yīng)用，并取得良好的社會效益和經(jīng)濟效益，從此近紅外光譜技術(shù)進(jìn)入一個快速發(fā)展的新時期。

　　我國對近紅外光譜技術(shù)的研究及應(yīng)用起步較晚，除一些專業(yè)分析工作人員以外，近紅外光譜分析技術(shù)還鮮為人知。但1995年以來已受到了多方面的關(guān)注，并在儀器的研制、軟件開發(fā)、基礎(chǔ)研究和應(yīng)用等方面取得了較為可喜的成果。但是目前國內(nèi)能夠提供整套近紅外光譜分析技術(shù)（近紅外光譜分析儀器、化學(xué)計量學(xué)軟件、應(yīng)用模型）的公司仍是寥寥無幾。隨著中國加入WTO及經(jīng)濟全球化的浪潮，國外許多大型分析儀器生產(chǎn)商紛紛登陸中國，想在第一時間占領(lǐng)中國的近紅外光譜分析儀器市場。由此也可以看出近紅外光譜分析技術(shù)在分析界炙手可熱的發(fā)展趨勢。在不久的未來，近紅外光譜分析技術(shù)在分析界必將為更多的人所認(rèn)識和接受。

　　現(xiàn)代近紅外光譜分析是將光譜測量技術(shù)、計算機技術(shù)、化學(xué)計量學(xué)技術(shù)與基礎(chǔ)測試技術(shù)的有機結(jié)合。是將近紅外光譜所反映的樣品基團、組成或物態(tài)信息與用標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)可的參比方法測得的組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)采用化學(xué)計量學(xué)技術(shù)建立校正模型，然后通過對未知樣品光譜的測定和建立的校正模型來快速預(yù)測其組成或性質(zhì)的一種分析方法。

　　與常規(guī)分析技術(shù)不同，近紅外光譜是一種間接分析技術(shù)，必須通過建立校正模型（標(biāo)定模型）來實現(xiàn)對未知樣品的定性或定量分析。具體的分析過程主要包括以下幾個步驟：一是選擇有代表性的樣品并測量其近紅外光譜；二是采用標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)可的參考方法測定所關(guān)心的組分或性質(zhì)數(shù)據(jù)；三是將測量的光譜和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計量方法建立校正模型；四是未知樣品組分或性質(zhì)的測定。由近紅外光譜分析技術(shù)的工作過程可見，現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)包括了近紅外光譜儀、化學(xué)計量學(xué)軟件和應(yīng)用模型三部分。三者的有機結(jié)合才能滿足快速分析的技術(shù)要求，是缺一不可的。

　　與傳統(tǒng)分析技術(shù)相比，近紅外光譜分析技術(shù)具有諸多優(yōu)點，它能在幾分鐘內(nèi)，僅通過對被測樣品完成一次近紅外光譜的采集測量，即可完成其多項性能指標(biāo)的測定（最多可達(dá)十余項指標(biāo)）。光譜測量時不需要對分析樣品進(jìn)行前處理；分析過程中不消耗其它材料或破壞樣品；分析重現(xiàn)性好、成本低。對于經(jīng)常的質(zhì)量監(jiān)控是十分經(jīng)濟且快速的，但對于偶然做一兩次的分析或分散性樣品的分析則不太適用。因為建立近紅外光譜方法之前必須投入一定的人力、物力和財力才能得到一個準(zhǔn)確的校正模型。

　　近紅外光譜主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化學(xué)鍵的信息，因此分析范圍幾乎可覆蓋所有的有機化合物和混合物。加之其獨有的諸多優(yōu)點，決定了它應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊，使其在國民經(jīng)濟發(fā)展的許多行業(yè)中都能發(fā)揮積極作用，并逐漸扮演著不可或缺的角色。主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括：石油及石油化工、基本有機化工、精細(xì)化工、冶金、生命科學(xué)、制藥、醫(yī)學(xué)臨床、農(nóng)業(yè)、食品、飲料、煙草、紡織、造紙、化妝品、質(zhì)量監(jiān)督、環(huán)境保護、高校及科研院所等。在石化領(lǐng)域可測定油品的辛烷值、族組成、十六烷值、閃點、冰點、凝固點、餾程、MTBE含量等；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可以測定谷物的蛋白質(zhì)、糖、脂肪、纖維、水分含量等；在醫(yī)藥領(lǐng)域可以測定藥品中有效成分，組成和含量；亦可進(jìn)行樣品的種類鑒別，如酒類和香水的真假辨別，環(huán)保廢棄物的分檢等。

　　相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，近紅外光譜分析技術(shù)這一先進(jìn)的技術(shù)必將得到廣泛的認(rèn)同和應(yīng)用。