NIR 近红外光谱技术
近红外光谱法
附录XIXK 近红外分光光度法指导原则
2
NIR的特点
❖分析速度快，分析效率高 ❖适用的样品范围广（液体、固体、半固体和
胶状体） ❖样品一般不需要预处理，分析成本较低 ❖测试重现性好 ❖不破坏样品，应用在活体分析和医药临床领
域 ❖不适合痕量分析以及分散性样品的分析
3
二、ห้องสมุดไป่ตู้本原理
❖漫透射光谱法：适用于能对光产生散射效 应的样品的分析，比尔定律不适用。（如 乳液体系）
❖漫反射光谱法：几乎适用于各类样品的分 析，如不透明、固体、半固体样品的分析。
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NIR光谱仪
❖光源：溴钨灯、发光二极管 ❖分光系统：滤光片、光栅、干涉仪、声光可调滤
光器 ❖载样器件：
液体样品：石英或玻璃样品池 固体样品：积分球或特定的漫反射载样器件 光纤：定位或在线分析中 ❖检测器 ❖数据处理分析系统
K mix K1 K 2 K n 1C1 2C2 nCn
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❖ 近红外漫反射光谱不具备光谱吸光度的加和性。 ❖ 近红外漫反射光谱不能像经典多组分分析那样通
过光谱吸光度的加和性建立并解联立方程组，解 得各组分的浓度）来实现多组分分析。
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三、 近红外漫光谱分析中常用的计算方法
❖ 对特定的样品体系，近红外光谱特征峰的分析需要 通过对光谱的处理减少以至消除各方面因素对光谱 信息的干扰，再从差别甚微的光谱信息中提取样品 的定性或定量信息。
43
测定方法： 透射光谱法和反射光谱法
1
通过测定被测物质在近红外谱区的特征光谱并利用适 宜的化学计量学方法提取相关信息后，对被测物质进 行定性、定量分析的一种分析技术。
近红外分光光度法具有快速、准确、对样品无破坏的 检测特性，可广泛应用于药品的理化分析、包括“离 线”供试品的检测和直接对“在线”样品进行检测
现代近红外光谱技术及应用进展
现代近红外光谱技术及应用进展一、本文概述近红外光谱（Near-Infrared Spectroscopy，NIRS）是一种基于物质对近红外光的吸收和散射特性的分析技术。
近年来，随着光谱仪器设备的不断改进和计算机技术的飞速发展，现代近红外光谱技术在分析化学、生物医学、农业食品等领域的应用日益广泛。
本文旨在综述现代近红外光谱技术的最新进展，特别是在仪器设备、数据处理方法、化学计量学以及应用领域的最新发展。
文章首先介绍了近红外光谱的基本原理和技术特点，然后重点论述了现代近红外光谱技术在不同领域的应用实例和取得的成果，最后展望了未来发展方向和潜在应用前景。
通过本文的阐述，旨在为读者提供一个全面、深入的现代近红外光谱技术及应用进展的概述。
二、现代近红外光谱技术的理论基础现代近红外光谱技术，作为一种高效、无损的分析手段，其理论基础源自电磁辐射与物质相互作用的原理。
近红外光谱区域通常是指波长在780 nm至2500 nm范围内的电磁波，其能量恰好对应于分子振动和转动能级间的跃迁。
因此，当近红外光通过物质时，分子中的化学键和官能团会吸收特定波长的光，产生振动和转动跃迁，从而形成独特的光谱。
现代近红外光谱技术的理论基础主要包括量子力学、分子振动理论和光谱学原理。
量子力学为近红外光谱提供了分子内部电子状态和行为的基本描述，而分子振动理论则详细阐述了分子在不同能级间的跃迁过程。
光谱学原理则将这些理论应用于实际的光谱测量和分析中，通过测量物质对近红外光的吸收、反射或透射特性，来获取物质的结构和组成信息。
现代近红外光谱技术还涉及到光谱预处理、化学计量学方法以及光谱解析等多个方面。
光谱预处理包括平滑、去噪、归一化等步骤，旨在提高光谱的质量和稳定性。
化学计量学方法则通过多元统计分析、机器学习等手段，实现对光谱数据的深入挖掘和信息提取。
光谱解析则依赖于专业的光谱数据库和算法，对光谱进行定性和定量分析，从而确定物质中的成分和含量。
近红外光谱(NIR)分析技术的应用
近红外光谱<NIR>分析技术的应用近红外光谱分析是近20年来发展最为迅速的高新技术之一,该技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低,不破坏样品,不消耗化学试剂,不污染环境等优点,因此该技术受到越来越多人的青睐.一、近红外光谱的工作原理有机物以及部分无机物分子中各种含氢基团在受到近红外线照射时,被激发产生共振,同时吸收一部分光的能量,测量其对光的吸收情况,可以得到极为复杂的红外图谱,这种图谱表示被测物质的特征.不同物质在近红外区域有丰富的吸收光谱,每种成分都有特定的吸收特征.因此,NIR能反映物质的组成和结构信息,从而可以作为获取信息的一种有效载体.二、近红外光谱仪的应用NIR分析技术的测量过程分为校正和预测两部分〔如图一所示〕,<1>校正：①选择校正样品集,①对校正样品集分别测得其光谱数据和理化基础数据,①将光谱数据和基础数据,用适当的化学计量方法建立校正模型；<2>预测：采集未知样品的光谱数据,与校正模型相对应,计算出样品的组分.由此可知,建立一个准确的校正模型是近红外光谱分析技术应用中的重中之重.图一2.1定标建模2.1.1 为什么要建立近红外校正模型2.1.1.1 建立近红外校正模型的最终目标是获得一个长期稳定的和可预测的模型.2.1.1.2 近红外光谱分析是间接的〔第二手〕分析方法,所以①需要定标样品集；①利用定标样品集的参比分析数据与近红外光谱建立校正模型；③近红外分析准确度与参比方法数据准确度高度相关；④近红外分析精度一般优于参比方法分析精度.2.1.2 模型的建立与验证步骤2.1.2.1 扫描样品近红外光谱准确扫描校正样品集中各个样品规范的近红外光谱：为了克服近红外光谱测定的不稳定性的困难,必须严格控制包括制样、装样、测试条件、仪器参数等测量参数在内的测量条件.利用该校正校品集建立的数学模型,也只能适用于按这个的测量条件所测量光谱的样品.2.1.2.2 测定样品成分〔定量〕按照标准方法〔如饲料中的粗蛋白GB/T6432、水分GB/T6435、粗脂肪GB/T6433〕准确测定样品集中每个样品的各种待测成分或性质<称为参考数据>.这些值测定的精确度是近红外光谱运用数学模型进行定量分析精确度的理论极限.2.1.2.3 建立数据对应关系通过2.1.2.1所得光谱与2.1.2.2所得不同性质参数的参考数据相关联,使光谱图和其参考数据之间形成一一对应映射的关系,从而建立一个带参考数据的光谱文件.2.1.2.4 剔除异常值2.1.2.3建立的光谱文件中,样品参考值与光谱有可能由于各种随机的原因而有较严重的失真,这些样品的测定值称为异常值.为保证所建数学模型的可靠性,在建立模型时应当剔除这些异常值.2.1.2.5 建立模型选择算法、确定模型的参数、建立、检验与评价数字模型：常用的算法有逐步回归分析、偏最小二乘法、主成分回归分析等.这些算法的基本思想是应用近红外光谱的全光谱的信息,以解决近红外光谱的谱峰重叠与复杂背景的影响.2.1.2.6 模型验证用外部证实法检验和评价数学模型,以检验数学模型在时间空间上的稳定性.可以用另外几批独立的、待测量已知的检验样品集,用数学模型预测计算检验集中各样品的待测值；对实际值与预测值作线性相关,并用相关系数和预测标准差来表示预测效果.2.2 模型维护与扩展2.2.1 为什么要维护与扩展校正模型建立一个校正模型通常是从一个小的光谱数据库开始的.数据库小,模型的适用范围就必然受到限制.这也就意味着要想使一个模型更加稳定、适用范围更加宽广,就需要不断地对模型的数据库进行扩充.2.2.2 扩展校正模型步骤通过扫描光谱与实验数据建立具有数据对应关系的光谱文件,再使用该文件对旧方程进行扩展,形成新方程,并对新方程进行验证.2.3 具体例子分析2.3.1 方程选择使用改进偏最小二乘法<MPLS>建立校正模型,为消除光谱信号的基线漂移,随机噪音及颗粒度不均匀引起的散射,光谱采用三种去散射处理和三种导数处理结合,共9中光谱预处理方法.三种去散射处理包括无散射<None>,标准正态变量校正结合去除趋势校正<SNVD>,加权多元去散射校正<WMSC>；三种导数处理包括1,2,2,1; 1,4,4,1; 2,4,4,1,个数值依次代表导数处理阶数,导数数据间隔,平滑点数及二次平滑点数.模型建立过程中,定标集被分成6个交互验证组,以最小交互验证标准差<SECV>确定最佳主因子数.异常值判断与剔除是影响模型预测效果的关键因素.方程采用两轮异常值剔除过程,剔除光谱异常值<GH≥10>及化学异常值<T≥2.5>.以最高交互验证决定系数<1-VR>和最低SECV值确定最佳校正模型.如图二所示,蛋白最佳方程应为SNVD+2,4,4,1处理得到的.图二2.3.2 外部验证校正模型建立后,除用自身最高交互验证决定系数<1-VR>和最低SECV值衡量外,还需要用外部检验的方法来评价模型的可靠性,以保证模型在实际使用中的效果.选取已知样品对模型进行验证,如下图所示,样品〔粗蛋白〕预测值准确度较高,基本达到了分析要求〔表一可见,样品预测值与参考值误差较小；图三为蛋白化学值与预测值之间相关散点图,其中预测标准偏差<Sep>为0.447,系统偏差<Bias>为-0.059,相关系数<R>为0.957〕.表一图三三、近红外光谱分析技术的不足3.1 近红外光谱分析的灵敏度相对较低,不能用于微量分析.这主要是因为近红外光谱作为分子振动的非谐振吸收跃迁几率较低一般近红外倍频和合频谱带强度是其基频吸收的十万分之一.所以对组分的分析而言,其含量一般应大于0.1%才适合采用近红外光谱分析技术.当然这个数值并不是理论限值,随着近红外分析技术的不断发展,相信它的最小检出限还将会有所突破.3.2 分析必须要依赖模型,对模型的建立要求较高,投入较大.预测结果的准确性与校正模型建立的质量有很大关系,因此,建立校正模型一般需要有经验的专业人员和来源丰富的有代表性的大量样品,并配备精确的化学分析手段.3.3 模型传递技术尚不成熟.目前,由于校正模型受限于各种测量条件,只能适应一定的时间和空间范围,如果能建立成熟的模型传递,使在一台仪器上建立的定性或定量校正模型可靠地移植到其他相同或类似的仪器上使用,就能减少建模所需的时间和费用.四、结束语尽管近红外检测分析技术目前还有些许不足,但随着计算机技术、光谱学和化学计量学的快速发展和相互融合,该技术预测能力及预测精度等将得到进一步提高,建模难度也将进一步下降.当今粮食生产、食品安全和市场检查管理部门等各方面要求更使得需要深入研究近红外光谱检测技术,并在实践中得以普遍应用.今后,近红外光谱检测分析技术会拥有更广阔的应用前景.。
近红外光谱(NIR)分析技术的应用
近红外光谱(NIR)分析技术的应用近红外光谱(NIR)分析技术的应用近红外光谱分析是近20年来发展最为迅速的高新技术之一，该技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。
一、近红外光谱的工作原理有机物以及部分无机物分子中各种含氢基团在受到近红外线照射时，被激发产生共振，同时吸收一部分光的能量，测量其对光的吸收情况，可以得到极为复杂的红外图谱，这种图谱表示被测物质的特征。
不同物质在近红外区域有丰富的吸收光谱，每种成分都有特定的吸收特征。
因此，NIR能反映物质的组成和结构信息，从而可以作为获取信息的一种有效载体。
二、近红外光谱仪的应用NIR分析技术的测量过程分为校正和预测两部分（如图一所示），(1)校正：①选择校正样品集，②对校正样品集分别测得其光谱数据和理化基础数据，③将光谱数据和基础数据，用适当的化学计量方法建立校正模型；(2)预测：采集未知样品的光谱数据，与校正模型相对应，计算出样品的组分。
由此可知，建立一个准确的校正模型是近红外光谱分析技术应用中的重中之重。
图一2.1 定标建模2.1.1 为什么要建立近红外校正模型2.1.1.1 建立近红外校正模型的最终目标是获得一个长期稳定的和可预测的模型。
2.1.1.2 近红外光谱分析是间接的（第二手）分析方法，所以①需要定标样品集；②利用定标样品集的参比分析数据与近红外光谱建立校正模型；③近红外分析准确度与参比方法数据准确度高度相关；④近红外分析精度一般优于参比方法分析精度。
2.1.2 模型的建立与验证步骤2.1.2.1 扫描样品近红外光谱准确扫描校正样品集中各个样品规范的近红外光谱：为了克服近红外光谱测定的不稳定性的困难，必须严格控制包括制样、装样、测试条件、仪器参数等测量参数在内的测量条件。
利用该校正校品集建立的数学模型，也只能适用于按这个的测量条件所测量光谱的样品。
近红外光谱技术在中药材鉴定中的应用研究
近红外光谱技术在中药材鉴定中的应用研究
近红外光谱技术（NIR）是一种快速、非破坏性分析方法，已被广泛应用于中药材鉴定领域。
本文旨在介绍NIR在中药材鉴定中的应用研究进展，包括光谱预处理、化学计量学方法以及NIR与其他技术的结合应用等方面。
1.光谱预处理
在NIR分析中，光谱预处理是十分重要的一步，能够消除光谱噪声、增强光谱信号以及降低光谱干扰等。
目前在中药材鉴定中，常用的光谱预处理方法包括：1）二次多项式基线校正法；2）标准正交化校正法；3）对数变换法；4）标准正交化变量选择法等。
在光谱预处理方面，研究人员还对传统的预处理方法进行了改进及优化，如基线校正方法和统计分析模型等。
2.化学计量学方法
化学计量学方法根据已知的化学计量学模型建立预测模型，从而实现物质定性定量分析。
在中药材鉴定中，常用的化学计量学方法包括主成分分析（PCA）、偏最小二乘回归（PLS）以及支持向量机（SVM）等。
其中，PLS是最常用的一种化学计量学方法，在实际应用中已被广泛采用。
3.NIR与其他技术的结合应用
在中药材鉴定中，为了得到更加准确的分析结果，研究人员还结合了其他技术，如近红外光谱和色谱联用、近红外光谱和质谱联用、近红外光谱和形态学特征联用等。
其中，近红外光谱和液相色谱联用已被广泛应用于中药材的定性和定量分析中，取得了优秀的分析结果。
总之，NIR技术在中药材鉴定中的应用研究已取得重要进展，对保证中药材的质量、安全和有效性具有重大意义。
未来，研究人员将进一步深入探索NIR在中药材鉴定中的应用，为中药材的质量控制和生产提供更加有效的技术支持。
NIRS近红外光谱成像介绍
主要内容
2
什么是近红外光学成像技术（NIRS）？ 近红外光学成像技术在运动科学中的应用？
Nature研究介绍：
Zama, T., & Shimada, S. (2015). Simultaneous measurement of electroencephalography and nearinfrared spectroscopy during voluntary motor preparation. Scientific Reports, 5, 16438. IF: 5.58
图1 近红外光谱技术原理示意图
前额区探测器：
4
测量前额叶皮层的 血流动力学反应
全脑探测器：
测量全脑不同区域的 血流动力学反应
什么是近红外光学成像技术 （NIRS）？
5
NIRS 技术得到运动中氧化血红蛋白（oxy-Hb）信号，是判断 个体执行任务的大脑加工活动监控的一个检测指标。
图2 不同疾病的NIRS脑血流特征
Байду номын сангаас
近红外光学成像技术在运动 科学中的应用？
7
运动疲劳
己有研究发现，运动疲劳状态下，运动员的体能和认知功 能会下降，表现出大脑血流量和含氧量的变化(Bhambhani et al, 2007; Subudhi et al, 2008)。
Bhambhani Y, Malik R, Mookedee S. Cerebral oxygenation declines at exercise intensities above the respiratory compensation threshold. Physiol Neurobiol, 2007, 56(2):196-202 Subudhi AW, Lorenz MC, Fulco CS, Roach RC. Cerebrovascular responses to incremental exercise during hypobaric hypoxia: Effect of oxygenation on maximal performance. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2008, 294(1): 164-171
近红外光谱信号分析及评价方法研究
近红外光谱信号分析及评价方法研究近红外光谱（NIR）是一种非常重要的分析技术，已被广泛应用于各个领域。
NIR光谱是指在近红外区域（约700-2500nm）的光谱，它可以提供样品的化学和结构信息。
NIR光谱可以被用来定量或定性分析样品的成分、物理和化学属性。
本文将介绍近红外光谱信号分析及评价方法的研究。
一、近红外光谱信号分析方法NIR光谱信号分析是将NIR光谱信号处理为更简单、更易于识别的形式的技术。
这个过程通常包括数据采集、预处理、变量选择、建模和验证等步骤。
1. 数据采集NIR光谱仪是用于获取NIR光谱信号的仪器。
NIR光谱仪的选择应基于采样需要和目的。
数据采集的质量对NIR光谱信号分析的结果至关重要。
2. 预处理数据预处理包括信号平滑、去基线、标准化和波长选择等处理。
这些操作可以减少噪声、增加信噪比、去除传感器和光源造成的影响、降低多重共线性等。
3. 变量选择变量选择是通过筛选和删除原始变量，得到更少而有效的变量，以提高模型的预测精度。
变量选择的方法包括前向选择、后向删除、主成分分析等。
4. 建模建模是通过分析已知样本数据来建立模型，以便预测未知样本的结果。
建模的方法包括偏最小二乘法、支持向量机、偏最小二乘判别分析等。
5. 验证验证是评价建模结果的一种方法，可通过交叉验证、留一交叉验证、外部验证等来完成。
验证可以检查建模过程中存在的问题，同时也可以确定模型的准确性。
二、近红外光谱信号评价方法NIR光谱信号的评价通常包括两个方面：定量和定性分析。
1. 定量分析NIR光谱定量分析是识别和测量样品中化学成分的量。
它的优点是飞快的采集速度、不需要样品准备、不需要危险化学品、不破坏原样品，同时也具有高准确性、高精度和高可靠性。
应用定量分析可以通过测量样品中的主要成分，来判断物质的含量、品质和认证等问题。
2. 定性分析NIR光谱定性分析是确定样品中的化学和结构信息。
定性分析可以用于识别和鉴别样品，为化学品、食品、药品等制造商提供质量控制的手段。
近红外光谱的应用
近红外光谱的应用近红外光谱（NIR）是一种广泛应用于许多领域的分析技术。
该技术利用了近红外光波段（780-2500纳米）的吸收、散射和反射特性，可以提供有关物质的组成、结构和性质的信息。
由于其非破坏性、无需样品处理的特点，近红外光谱在药物制造、食品安全、环境监测、农业生产等方面得到了广泛应用。
一、药物制造近红外光谱在药物制造过程中起着重要作用。
通过分析药物样品的光谱特征，可以检测药物的成分、含量、纯度和稳定性，确保药物质量符合要求。
同时，它还可以快速检测原料药的质量，提高生产效率和监控药物生产过程中的变异性。
二、食品安全近红外光谱在食品安全领域的应用越来越广泛。
通过光谱的分析，可以检测食品中的营养成分、添加剂、重金属和农药等有害物质。
这种无损检测方法可以大大提高食品质量检测的速度和准确性，确保食品安全，保护消费者的健康。
三、环境监测NIR光谱技术在环境监测中的应用主要包括大气污染监测、水质监测和土壤分析。
通过分析光谱数据，可以快速检测大气中的有害气体、水体中的污染物和土壤中的养分含量。
这种方法无需对样品进行预处理，可以实时监测环境参数，帮助保护环境和预警环境污染。
四、农业生产NIR光谱技术在农业生产中的应用主要包括农作物品种鉴定、土壤肥力评价和农产品质量检测等。
通过分析农产品或土壤样品的光谱特征，可以识别农作物品种、评价土壤的营养状况，提供农业生产的决策依据。
此外，还可以通过检测农产品的水分含量和营养成分，评估农产品的品质和质量。
总结起来，近红外光谱技术在药物制造、食品安全、环境监测和农业生产中具有广泛的应用前景。
随着仪器技术的不断发展，近红外光谱的应用范围将进一步扩大，并在更多领域中发挥其优势。
近红外光谱技术
近红外光谱技术
近红外光(Near Infrared，NIR)是介于可见光(Vis)和中红外(MIR)之间的电磁辐射波，美国材料检测协会(ASTM）将近红外光谱区定义为780-2526nm的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。
近红外光谱区与有机分子中含氢基团(OH、NH、CH)振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。
近红外光谱技术星测信号的数字化和分析过程的绿色化又使其具有
典型的时代特征，近年来，近红外光谱技术已成为发展最快，最引人注目的光谱分析技术。
近红外分析原理
近红外分析原理近红外（NIR）光谱分析技术是一种非破坏性的分析方法，广泛应用于食品、药品、化妆品、农业、环境监测等领域。
本文将介绍近红外分析的原理，并探讨其在实际应用中的优势和挑战。
一、近红外光谱分析原理概述近红外光谱（NIR）是指介于可见光和红外光之间的电磁波。
与红外光谱相比，近红外波长范围更窄，通常介于700纳米到2500纳米之间。
近红外光具有高穿透性和强信号特征，在吸收、散射和反射过程中具有特定的光学特性。
二、近红外分析原理详解近红外分析是基于样品对近红外光的吸收特性进行定性和定量分析的方法。
当近红外光照射样品时，部分光会被样品吸收，而另一部分光会穿透并被探测器测量。
吸收的光谱特征与样品的物理化学性质相关联，可以通过建立光谱库或数学模型来解释和预测样品的成分、质量和特性。
近红外分析方法通常分为定性分析和定量分析两种。
1. 定性分析：通过比较待测样品的光谱特征与已知物质的光谱库相匹配，确定样品的成分或特性。
近红外光谱能够捕捉到物质的结构、键合和官能团等信息，通过光谱匹配可以快速准确地鉴别样品。
2. 定量分析：利用数学建模方法，通过建立样本的光谱与含量之间的定量关系，预测未知样品的含量。
这种方法需要建立多元线性回归模型或偏最小二乘回归模型，进行定量分析。
三、近红外光谱分析的优势和挑战近红外分析具有以下优势：1. 非破坏性：近红外光谱分析无需对样品进行处理或破坏性试验，可以保持样品的完整性。
2. 快速性：近红外光谱仪器操作简便，数据获取快速，可以在短时间内获得大量样品的光谱数据。
3. 多样性：近红外光谱可以应用于多种样品类型，包括液体、固体和气体等。
4. 多组分分析：近红外分析可以同时检测多个组分，提高分析效率。
然而，近红外光谱分析技术也存在一些挑战：1. 样品干扰：样品的颜色、湿度、温度等因素可能对近红外光谱产生影响，需要进行校正和修正。
2. 光学路径：样品的形状和厚度可能会对光谱信号的强度和形状产生影响，需要考虑样品的光学路径。
近红外光谱术
近红外光谱术
近红外光谱术（Near-Infrared Spectroscopy，NIRS）是一种用于分析物质成分的技术，利用近红外区域（波长约700至2500纳米）的光谱特性。
这项技术适用于多个领域，包括化学、生物学、医学和农业。
工作原理：
光吸收：分析物质对特定波长的光的吸收或反射具有特定的光谱特性。
近红外光谱利用物质在近红外范围内的吸收、散射和透射等特性进行分析。
化学成分：不同化学成分对近红外光有不同的吸收特性，因此通过测量样品对光的吸收和散射程度，可以推断物质的化学组成。
光谱图谱：将不同波长的光通过样品后所得到的吸收谱或反射谱称为光谱图谱。
这些图谱提供了样品中各种化学成分的信息。
应用领域：
医学与生物学：NIRS广泛应用于医学领域，如血氧监测、脑功能研究、组织血流量监测等。
在生物学研究中也可用于监测生物体内代谢产物的变化。
食品与农业：用于检测食品中的成分，例如脂肪、蛋白质和水分含量，或者检测农作物的生长情况和成熟度。
化学工业与制药：可用于监测反应过程中的物质转化，评估反应的进展情况或产品的纯度。
优势与局限：
优势：非破坏性、快速、高效、可在线实时监测、无需样品预处理。
局限性：对光线的散射和吸收比较敏感，需要消除干扰光源，而且样品的复杂性和表面特性可能影响光谱结果的准确性。
近红外光谱术是一项多功能的分析技术，对于快速、实时、非破坏性地获取样品化学信息具有广泛的应用前景。
近红外光谱基础
近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy，NIRS）是一种常用的光谱分析技术，它利用近红外光的吸收和散射特性，对样品中的有机分子和无机物质进行快速、无损的分析。
近红外光谱技术在多个领域都有广泛的应用，如农业、食品、医药、化工等。
近红外光谱的基础主要包括以下几个方面：光谱原理：近红外光是指波长在700-2500纳米的电磁波，具有较高的能量。
在近红外区域，样品中的有机分子和无机物质的电子跃迁主要以n-π和π-π跃迁为主，因此对样品中的有机分子和无机物质具有较好的吸收特性。
此外，近红外光在样品中的散射特性也可以被用来进行样品的分析。
仪器设备：近红外光谱仪器主要由光源、单色器、样品池、检测器等组成。
其中，光源一般采用近红外发光二极管或激光器；单色器一般采用光栅或滤光片；样品池一般采用石英或玻璃材质；检测器一般采用硅光电二极管或铟镓砷化物（InGaAs）检测器。
数据处理技术：近红外光谱数据一般需要进行预处理和数据分析。
预处理主要包括背景消除、平滑处理、基线校正等，以提高光谱数据的精度和信噪比。
数据分析主要包括谱图解析、谱图比较、定量分析和定性分析等。
谱图解析主要是对谱图进行峰识别和归属，定量分析主要是利用谱图中的特征峰对样品中的组分进行定量分析，而定性分析则是利用谱图比较等方法对未知样品进行归属和分类。
应用领域：近红外光谱技术在多个领域都有广泛的应用，如农业、食品、医药、化工等。
例如，在农业领域中，可以利用近红外光谱技术对作物中的氮、磷、钾等营养成分进行快速、无损的检测；在食品领域中，可以利用近红外光谱技术对食品中的脂肪、蛋白质、糖分等成分进行快速、无损的检测；在医药领域中，可以利用近红外光谱技术对药物的有效成分进行快速、无损的检测；在化工领域中，可以利用近红外光谱技术对化工产品中的有机物、无机物进行快速、无损的检测。
总之，近红外光谱技术是一种快速、无损的分析技术，具有广泛的应用前景。
近红外光谱(nir)分选技术在塑料分选领域的应用
近红外光谱(nir)分选技术在塑料分选领域的应用
近红外光谱(nir)分选技术在塑料分选领域的应用：
1. 什么是近红外光谱(nir)分选技术？
近红外光谱(nir)分选技术是将样品置于光束中，分析样品所反射或透过的光谱，据此确定各组分的成份、含量及状态的一种分析技术。
2. 如何应用近红外光谱(nir)分选技术在塑料分选领域？
将塑料样品与不同种类的塑料进行比对，通过近红外光谱(nir)分选技术，可以快速区分出不同种类的色料，类别和品质。
3. 近红外光谱(nir)分选技术在塑料分选领域的优势是什么？
与传统方法相比，近红外光谱(nir)分选技术可以在几秒钟内对物料进行准确检测和分选，提高塑料分选的速度和精准度，并且不需要使用任
何有害化学物质，符合环保要求。
4. 近红外光谱(nir)分选技术在塑料分选领域的应用前景是怎样的？
近红外光谱(nir)分选技术在塑料分选领域的应用前景非常广阔。
随着工
业应用的不断推广和技术的不断改进，这种技术在塑料分选领域的应用前景将越来越广阔，未来前景无限。
近红外光谱的主要技术特点
近红外光谱的主要技术特点近红外光谱（NIR）是一种分析物质成分、结构和性质的科学技术。
它具有非侵入性、非破坏性和快速分析等优势。
近年来，NIR技术在农业、食品、化工、制药、环保等领域得到广泛应用。
本文就近红外光谱的主要技术特点进行探讨。
波长范围广NIR波长范围约为780 ~ 2500 nm，这个范围涵盖了紫外线、可见光和近红外线。
NIR区域的光谱数据呈现出许多的谷、峰、肩峰和平台，反映出样品中所包含的化学组分和结构信息。
由于样品中各种化学键的振动方式不同，所以相应的光谱峰也会呈现出不同的位置和形态。
信噪比高NIR技术具有很高的信噪比，这是因为近红外光的穿透能力较强，即使通过较厚的样品，也能得到较好的光谱数据。
此外，NIR分析的样品常为固体和液体，与传统光谱分析相比，无需样品前处理、无需消耗试剂，不仅可以保证采样的代表性，同时也能保证较佳的信噪比，减少了仪器检测误差。
精度高NIR技术可以对样品中的有机物、肥料、农药和化工原料等进行快速的非破坏性检测，而且具有高精度。
在光谱图中，NIR区域的光谱峰宽度较大，峰面台阶较平滑，因此它所反映的成分信息是全面而准确的。
此外，NIR技术可以对多种成分进行同时分析，相比传统化学分析方法，不仅速度更快，而且准确度也更高。
全谱扫描NIR技术的主要设备是一种称为近红外光谱仪的仪器，可以进行全谱扫描。
全谱扫描要求在分析时覆盖尽可能大的波长范围，这样可以更全面地获取样品信息。
近红外光谱仪可以根据实验要求设置多种扫描模式，调节仪器的参考光和采集光，使得数据采集更加稳定，且更有规律可循。
数据处理NIR光谱仪可以输出大量的光谱数据，但光谱数据并不一定能够直接反映出样品的有用信息。
因此，在NIR光谱检测中，数据处理也至关重要。
常用的数据处理方法包括常规分析、多元统计分析、偏最小二乘回归、支持向量机等。
这些方法能够有效地提取样品中所包含的信息，进行样品分类、定量分析、反演分析等。
结论总体而言，近红外光谱技术具有波长范围广、信噪比高、精度高、全谱扫描和数据处理等特点。
近红外光谱仪的那些技术优点
近红外光谱仪的那些技术优点近红外光谱仪（NIR）是一种非常常用的光谱分析技术，能够快速、无损地分析样品中的成分和性质。
相比于其他光谱分析技术，NIR有一些明显的优点。
下面我们就来总结一下近红外光谱仪的那些技术优点。
1. 非破坏性检测NIR技术是一种非破坏性的检测方法，可以对样品进行无损检测，不会破坏样品的组分和性质。
这个特点非常重要，因为在很多情况下，样品的质量和特性都是需要被保护和维护的。
例如，对于药品和食品等易受污染的样品，使用NIR技术进行检测，不仅能够保证样品的质量和安全，还可以减少样品浪费。
2. 快速分析与传统的化学分析技术相比，NIR技术是一种非常快速的分析技术。
由于该技术不需要进行样品的前处理和样品的分离纯化等工序，因此可以在短时间内完成大量的检测工作。
尤其是对于大批量的样品测试来说，NIR技术的快速检测优势更加明显。
3. 高灵敏度NIR技术对样品中微小成分的检测灵敏度非常高，可以检测出样品中的微量物质，并且可以精准测量样品中各个成分的含量。
这对于药品生产、食品加工等行业来说，非常重要。
同时，NIR技术的精确度也非常高，可以在检测结果中排除噪声和干扰因素，有效提高了测试的准确性和可靠性。
4. 适应性广NIR技术适用于多种样品类型和多种应用领域，包括药品、食品、化学品、农业和环境等，广泛应用于质量控制、工艺控制、成分分析、探测等领域。
此外，该技术还可以适用于多种样品状态，包括液态、固态和气态等。
5. 可重复性好NIR技术的检测结果具有很好的可重复性，即无论在何时、何地进行检测，都能够得到准确可靠的结果。
与传统的化学分析技术相比，NIR技术不受环境和实验条件的限制，可以重复测试得到同样准确的结果。
这对于质量控制和工艺改进来说，具有非常重要的意义。
结论总体来说，NIR技术在光谱分析领域中具有很多优点，包括非破坏性、快速分析、高灵敏度、适应性广和可重复性好等。
这些优点使得该技术得到了广泛的应用，并且在未来也将继续得到广泛的关注和研究。
近红外与中红外光谱分析的区别
近红外与中红外光谱分析的区别
近红外光谱（NIR）与中红外光谱（MIR）是两种常见的光谱分析技术，它们有以下区别：
1.检测原理不同：NIR和MIR所检测的光波段不同。
NIR波段是780-2500nm之间，MIR波段是400-4000cm-1之间。
NIR是通过分析样品在这个波段内吸收或散射的光来进行分析；而MIR则是通过分析在这个波段内样品分子的振动来进行分析。
2.样品处理方式不同：NIR对于样品的要求比MIR更为宽松，因为它可以透过较厚的样品进行分析，无需进行特殊的样品制备操作。
而MIR 则需要将样品制备成透明、均匀、薄膜状以进行分析。
3.灵敏度不同：由于MIR分析的是化学键振动，因此对化学键的种类和数目都有高要求，具有很高的特异性和灵敏度。
而NIR则不能提供如此高的特异性和灵敏度，但是可以提供样本的整体信息，包括物质组成和所处环境等。
4.应用领域不同：NIR常用于食品、药品、化工、农业等领域中的快速定性和定量分析，MIR则更多用于制药、有机化学、材料科学等领域中的高灵敏度定性及定量分析。
综上所述，NIR和MIR各自有着独特的分析优势和适用范围。
在实际应用中，需要根据具体的样品类型和分析要求来选择合适的技术。
近红外光谱测定氧浓度
近红外光谱测定氧浓度
近红外光谱（NIR）是一种用于分析化学成分的非破坏性技术，可以应用于气体、液体和固体样品的分析。
在测定氧浓度方面，NIR 光谱可以通过分析样品吸收、反射或透射近红外光的方式来确定氧气的浓度。
首先，NIR光谱测定氧浓度的原理是基于样品对近红外光的吸收特性。
氧气在近红外光谱范围内也会表现出特定的吸收特性，因此可以利用这一特性来测定氧气的浓度。
通过将样品暴露在近红外光下，测量光谱图像并分析样品对光的吸收情况，就可以推断出氧气的浓度。
其次，NIR光谱测定氧浓度的方法可以采用基于化学计量学模型的定量分析方法。
通过建立标准曲线或者使用化学计量学方法，将样品的光谱特征与氧气浓度建立数学关系，从而实现对氧气浓度的准确测定。
此外，NIR光谱测定氧浓度的优点之一是其非破坏性，可以在不破坏样品的情况下进行测定，适用于对样品保持完整性的要求高的场合。
同时，NIR光谱测定速度快，操作简便，可以实现实时监
测和快速分析，因此在工业生产和环境监测中具有广泛的应用前景。
需要注意的是，NIR光谱测定氧浓度也存在一些局限性，比如
受到水汽、温度等环境因素的影响，需要对测量条件进行严格控制。
此外，样品的表面状态、形态等因素也会对测定结果产生影响，需
要进行适当的样品处理和校正。
综上所述，近红外光谱测定氧浓度是一种非常有前景的分析技术，可以通过样品对近红外光的吸收特性来准确测定氧气的浓度，
具有快速、非破坏性等优点，但也需要注意环境因素和样品状态对
测定结果的影响。
近红外光谱技术NIR
2、理论依据
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C－H、O－H、N－H、S －H、P－H等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。所以近红外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 性质测量。
近红外测量值
异曲同工，但效率天壤之别!
NIR分析数据准确度判 别方法
1、分别用两种分析方法（近 红外/标准）测定同一样品。
2、检验这两种测定结果的偏 差是否符合标准分析方法的误 差要求。
NIR
传统方法
4、NIR的局限性
不擅长测定微量成分（小于0.1%）；
不适合分散性样品的测定（由于模型）。
三、基本原理
3、NIR技术内涵
NIR技术是光谱测量技术、计算机技术、化 学计量学技术与基础测试技术的有机结合。是将 近红外光谱所反映的样品基团、组成或物态信息 与标准或认可的参比方法测得的组成或性质数据 采用化学计量学技术建立校正模型，然后通过对 未知样品光谱的测定和建立的校正模型来快速预 测其组成或性质的间接分析方法。
研究工作，引发了NIR在石化工业中的广泛 应用，尤其是在线NIR更充分展现了NIR分 析技术的先进性和经济价值；
1990年以后，NIR在农业和石化快速发 展的同时，也迅速进入诸如化工、制药、食 品、轻工等领域； 在应用过程中发现很多问题，如测量方 式，准确性，测量精度，模型传递等，为解 决这些问题又推动了NIR在仪器制造技术和 软件技术方面的深入发展，经过近十年的应 用与发展里程，NIR已经接近成熟发展期， 在各应用领域确立了其重要地位，成为分析 仪器家族中的新军种。
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• 利用AOTF-NIR技术 • 组成信息如油、蛋白 质、淀粉、水分、低/ 高油酸含量同时被测 量，并依据分析结果 进行分拣 • 最快60粒种子/分钟的 分拣能力。
NIR 快速品质分析仪
• 样品可全方位旋转作 多面测定，解决混合 不均匀问题 • 完成样品的测定小于 2min。
便携式
我校的NIR仪
甘草质量传统评价方法： 甘草的分类判别传统的方法是目视 评价甘草的优劣指标－甘草酸含量，使用色谱法， 费时，不适合大量检测和在线质量控制。
甘草道地性判别－定性
样本采集：不同产地、不同生境、不同部位
样本前处理
光谱采集 模型建立、评价：主成分分析 SIMCA (训练集，验证集) 未知样品定性
甘草的NIR光谱
PCA分析结果
不同产地、不同生 境和甘草不同部位的样 品在主成分空间得到了 很好的分离。
SIMCA 模型判别结果
甘草中甘草酸含量近红外测定
模型建立 标准分析方法（色谱法）; 近红外光谱采集; 模型（PLS）建立（校正集，验证集）、评价. 分析样品 未知样品光谱采集， 调用模型预测， 预测结果
NIR光谱分析技术的应用领域
Raw Material ID
Process Monitoring
QC Lab
Final Product Testing
NIR 技术在食品领域中的应用
专用食品质量控制近红外 光谱仪－油品分析仪
• 全新的数字式光栅透射检 测技术 • 在1-2分钟内，即可准确 测定出油脂中碘价、游离 脂肪酸、磷值等多项指标 。 • 取代了传统的油脂厂化验 手段，从而实现了油脂厂 生产过程的实时监控
主要内容
近红外光谱技术基础
（原理，特点，历史，采样技术）
近红外光谱的应用，基于近红外光谱分析原理
所开发的食品专用检测仪器简介
NIR仪器简介 近红外光谱在食品、药品工业中的应用实例
Part
1 近红外光谱技术基础
近红外光谱区域
电 磁 波 谱
Radio Medium Short Long UV Cosmic Gamma X IR Micro UHF
甘草酸定量分析结果
以HPLC 分析数据为基础建立PLS校正模型
（2）干燥过程在线检测
药物材料的干燥过程 实时 NIR 结果
NIR 特点总结
优点
1.非侵入式采样，不破坏样品 2.对固体、液体样本需很少的样品 前处理或不需前处理 3.测定速度快 4.不消耗试剂 5.一次采样可同时测定多个组分 6.可以测定物理参数，如固体粒径 1.选择性差 2.建立NIR 模型通常是依靠经验 3.建立精确，稳健的模型较困难 4.校正模型需考虑样品化学成分和物 理特性的双重影响 5.建立定量模型需依靠其它看考方法 6.灵敏度差
透射型系列分析仪
• 采用大面积全息光栅扫 描、透射检测技术 • 完全整粒无损测试；快 速分析（只需1分钟） • 同时检测多项指标
肉类分析仪
• 采用近红外全光栅透射 技术 • 主要用于各类肉类加工 厂进行原料定价、生产 控制以及成品控制 • 同时适用于各超市、商 场、肉类贸易商进行质 量检测。
近红外选种机
Diffuse Reflectance
近红外采样技术
NIR –AOTF采样
NIR –AOTF采样
•Currently working to calibrate NIR for use in wineries.
•Potential calibrations for EtOH, wine acids and total phenolics.
尼龙纤维的 NIR 光谱
吸收度
1.0
合频
0.8
一级倍频
0.6 0.4 0.2 0.0 700 1000 1300 1600 1900
2200~
1690－1755
二级倍频
三级倍频 845-878
1127-1270
2200
2500
波长 (nm)
C-H 键 振动强度
近红外采样技术
• Transmission
甘草GAP种植质量控制 (自然科学基金和福建省中药材 重点项目)
甘草的分类判别及定量研究－甘草简介
東北甘草
新疆甘草
甘肅甘草
寧夏甘草 青海甘草
內蒙甘草
2000多年的历史 食品添加剂 我国是甘草生产大国，内蒙古、甘肃、新疆、青海 甘草的生境 不同部位药用价值不同
项目中拟用近红外光谱 道地性快速判别 甘草酸含量快速测定
药片分析
积分球
透射
光纤
透射分析
• 液体或薄膜 • 适用于不同的样品 管、样品皿、样品 卡等 • 温度可控
积分球
• • • • • 固体 粉末 悬浊液 用于积分球漫反射测量 内部参考背景自动采集
药片分析
Part
3 应 用 实 例
近红外光谱定量分析的一般流程与步骤
（1）近红外在甘草质量控制中的应用
–Liquid analysis
• Quantitative • Qualitative
–Films –Tablets –Semi-srating Sphere Module
• Diffuse reflectance
–Powders –Solids –Tablets –Fibers –Pastes –Suspensions with high solids contents –Opaque semisolids
缺点
7.适合过程分析，在线实时监测
7.建立模型耗费大
UV——分子外层价电子
能级的跃迁(电子光谱）
IR——分子振动和转动
能级的跃迁 (振转光谱）
Ultra violet
Vis
Near
Infrared
Mid Far
1
400
750
2500
16000
1000000
nm
• The NIR spectrum extends from ≈ 760nm – 2500nm.
近红外光区是分子在中红外光区振动转动基频的倍频或合频
近红外发展历史
1800，The First NIR Spectrum recorded (Herschel) 20世纪50年代，Karl Norris，近红外之父 Wetzel in 1983 deemed it a“ sleeper among spectroscopic technique” on account of its high potential, but scant use (D.L.Wetzel,Anal.Chem.55(1983)1165A); 80年代以后，随着计算机技术、化学计量学技术及仪器分析技 术的发展和应用，人们重新认识了近红外光谱的价值，并使其 发展成为了一门独立的分析技术，1988年成立了国际近红外光 谱协会（CNIRS）。 Mclure in1994 published a paper entitled “the giant is running strong” because of its increasing number of applications in different fields (W.F.Mclure, Anal. Chem. 66(1994)43A) Davies in 1998, putting forward future possible advances and applications, aptly described its potential as taking it “from sleeping technique to the morning star of spectroscopy” (T.Davies, Analusis
Part 2
应 用
NIR光谱分析技术的应用领域
1950年代，近红外光谱技术的发展是在农产品中的应用开 始的，最早的应用是农副产品中 水分的测定，以后又用 于谷物及饲料中的蛋白、水分、纤维、糖分及脂肪等项目 分析，且都取得了满意的结果。 1977年，NIR测定烟草中尼古丁含量和有关烟草中糖、水 分、甲醇及总氮含量的测定。 1978年，NIR 测定羊毛上的脂类 1982年，NIR 开始在制药工业中应用，目前在制药工业应 用已十分成熟，并在等待NIR作为标准方法的实现 1985年，在高聚物中应用被接受 1989年，在石油化工领域应用，90年代中期近红外光谱结 合光导纤维在石油加工过程中实现在线控制分析，并取得 了明显经济效益。 80年年代中后期，在食品工业（尤其是奶制品及饮料、酒 类等），木材加工，生命科学以及天体科学研究才不断得 到人们的重视及应用。
NIR分析与常规方法对比
Near-Infrared vs. HPLC
以药片分析为例
50 Samples - 5 lots x 10 tablets/lot
◇
HPLC
分析时间：16小时 有机溶剂消耗量：4.8 L 产生的污染物量：9.6 L
◇
Near-Infrared
分析时间：1.5小时 有机溶剂消耗量：0 L 产生的污染物量：0 L
近红外光谱技术
引言
近红外光谱技术：
Quality Control at the Speed of Light 如光速般快的质量管理技术
引言
“For many applications it will be the only analytical base… The scan takes a matter of a minute or so, where analytically, it would take days to do something like that, and you wouldn’t have the reliability of the data.” Thomas Layloff - USFDA “对于许多应用领域来说，NIR是唯一只需要花费一分 钟的时间就可以完成其它方法需要花费几天才能完成 的任务的分析方法……” Thomas Layloff ——美国FDA