在线近红外光谱分析仪的研制及应用
近红外光谱分析的原理技术与应用
近红外光谱分析的原理技术与应用引言近红外光谱分析是一种非破坏性、快速、准确的分析技术，广泛应用于食品、医药、化妆品、环境监测等领域。
本文将介绍近红外光谱分析的原理、技术和应用。
近红外光谱分析的原理近红外光谱分析利用物质吸收或反射近红外光时产生的特征光谱来分析物质的成分和性质。
近红外光谱分析主要基于以下两个原理：1.分子振动吸收原理：物质中的化学键振动会引起近红外光的吸收，吸收峰的位置与化学键的特异性有关。
2.红外光与物质的相互作用原理：物质吸收了红外光后，其分子内部发生改变，从而产生特征的近红外光谱。
近红外光谱分析的技术近红外光谱分析的技术主要包括光源、光谱仪和数据处理三个方面。
光源常用的光源有白炽灯、光电二极管和激光等。
其中白炽灯发射连续谱，适用于宽波长范围的分析；光电二极管具有快速响应和高稳定性，常用于近红外光谱分析仪器；激光具有较高的亮度和窄的波长范围，适用于特定波长范围的分析。
光谱仪常用的光谱仪有分光镜、光栅和红外线摄像机等。
分光镜通过将近红外光谱聚焦到光栅上，并通过旋转光栅来选择不同波长光线；光栅则将不同波长的光线分散成不同的角度形成光谱；红外线摄像机可通过感应近红外光谱并将其转换成数字信号。
数据处理近红外光谱分析的数据处理通常包括预处理、特征提取和模型建立等步骤。
预处理常用的方法有光谱校正、光谱平滑和光谱标准化等；特征提取可使用主成分分析、偏最小二乘回归等方法；模型建立则可以采用多元回归分析、支持向量机等模型进行建立。
近红外光谱分析的应用近红外光谱分析在多个领域具有广泛应用，以下为几个常见的应用示例：•食品质量检测：近红外光谱分析可用于检测食品中的营养成分、添加剂和污染物等，以保证食品的安全和质量。
•药物分析：近红外光谱分析可用于药品的成分分析、质量控制以及伪药的鉴定等。
•化妆品分析：近红外光谱分析可用于分析化妆品中的成分、性质和质量，以确保产品的合规性和安全性。
•环境监测：近红外光谱分析可用于监测土壤、水质和大气中的污染物，以帮助保护环境和预防环境污染。
近红外光谱分析技术的研究与应用_杨琼
DOI:10.13743/ki.issn.1009-8135.2013.03.010杨 琼1 项 瑜2 杨季冬3 *（1．长江师范学院化学化工学院，重庆涪陵 408100）（2．重庆广播电视大学武隆分校，重庆武隆 408500）（3．重庆三峡学院化学与环境工程学院，重庆万州 404100）摘要：基于重庆市高校创新团队“近红外光谱检测技术研究及其应用”的建设与发展，重点介绍了近红外光谱分析技术的发展，研究了近红外光谱分析技术在三峡库区特色资源的快速检测的应用．关键词：近红外光谱；分析技术；研究；应用中图分类号：O657.33文献标识码：A文章编号：1009-8135（2013）03-0089-031 近红外光谱分析技术的发展沿革近红外光谱(780~2526 nm)是人类最早发现的非可见光谱段，距今已有200多年．由于它是C-X(H、N、O、S)键的倍频和组合频谱，光谱在这个谱段交互重叠，异常繁杂，形似一锅粥，所以迟迟未能发展成可用的光谱分析技术[1][2-3]1-5,1-10．随着光谱技术的发展，近红外光谱分析仪器不断得到改进，结合化学计量学的发展，尤其是计算机的数据分析应用，才使得近红外光谱分析技术(Near Infrared Spectroscopy, 即NIRS)真正成为了一种有效的分析手段．20世纪50年代初，Norris等用近红外光谱漫反射技术测定了一些农副产品的品质（水分，蛋白和脂肪等指标），但由于他们用的仍是传统的光谱定量分析方法，未能将近红外光谱分析技术的发展迅速推进[4-6]．三十年来，由于化学计量学有效提取数据，计算机迅速进行数据分析，拓展了近红外光谱分析技术的应用．现在由光谱仪硬件和化学计量学软件组成的近红外光谱分析手段在农副产品、食品安全、石油化工、医药和环境等方面的分析应用日益扩展，方兴未艾[7,9][8]7．近红外光谱分析的优势在于：（1）可用于快速分类鉴别和定量分析．只要将分析对象的性质和组成与近红外光谱建立相关的定性和定量模型，就可以快速重复鉴别和测量众多的样品；（2）可用于同时测定多种组分，通过计量模型的优势可同时测定复杂体系中的多种组分；（3）可用于无损分析，近红外光谱分析可采取透射方式或漫反射方式，勿须破坏样品，勿须添加试剂，因此是非常环境的分析方法；（4）利用光纤探头可实现实时在线远程分析[10-12]．正是近红外光谱分析技术的这些优势逐步开发，使得这项分析手段得到更为广泛的拓展．近红外光谱分析的劣势在于：（1）近红外光谱分析必须建立数理模型，方能进行有效地快速分析，所以它属于二次分析方法；（2）由于近红外光谱区域的光吸收较弱，渗透力较强，故其检测限只能在千分之一以上，适于常微量分．该技术尽管存在这些劣势，为克服这些劣势的研究仍在不断深入．其实这些劣势形成了近红外光谱分析技术与众不同的特色，目前也有很多人在致力于改变这些劣势为优势的研究[13-14]．收稿日期：2013-02-18作者简介：杨琼（1980-），女，重庆酉阳人，土家族，长江师范学院讲师，硕士研究生，主要研究分子光谱分析.通讯作者：杨季冬（1956-），男，重庆丰都人，重庆三峡学院教授，博士，博士生导师，主要研究分子光谱分析.-89--90-2 “近红外光谱检测技术研究及其应用”创新团队的建设与发展重庆市高校科技创新团队“近红外光谱检测技术研究及其应用”是由西南大学、长江师范学院、重庆三峡学院、太极集团、涪陵乌江榨菜集团、涪陵区科委和环保局联合组建的“产学研政”协同创新体．实验基地设在长江师范学院和重庆三峡学院，由杨季冬教授领衔建设．目前该团队共有教授6人，高级工程师2人，副教授2人，博士5人，硕士10人．实验室主要开展分子光谱分析研究，拥有近红外、中红外、拉曼、紫外和荧光光谱仪器，以及高效液相色谱、电化学分析系统、化学发光分析仪等重要分析手段，同时还挂靠西南大学光谱分析研究实验室，可借助拓展分子光谱分析的尖高端分析仪器范围．经过多年的努力攀登，与太极集团和涪陵乌江榨菜集团合作，团队建设形成了高校与企业结合的产学研一条龙研究体系，同时打造了一支研究服务地方的，充满活力的可持续发展的研究团队．结合三峡库区和乌江流域资源丰富的地方特点，主要形成了三个具有地域特色的研究方向．3 “近红外光谱检测技术研究及其应用”创新团队的主要研究方向3.1 以近红外光谱分析技术测定环境中的多种监控指标的研究利用近红外光谱技术具备多组分多指标同时检测、测定速度快、测试重现性好等优点，开发水环境中多种监控指标的测定的研究．我们试验以近红外光谱分析技术结合多种分析手段开发了垃圾处理声渗滤液中多种组分如金属离子和有机多苯酚、酸类的快速监测．尤以近红外光谱分析技术建立同时测定垃圾渗滤液中的COD 和BOD 指标，经《理化检验・化学分册》、《JWARP 》报道后得到国内外广泛的转录引用[15-17]．3.2 以近红外光谱分析技术测定天然药用植物中多种活性成分的研究利用近红外光谱分析技术对各种天然药用植物进行品质和产地鉴定，以及对中成药的活性成分发展了快速检测．根据近红外光谱分析技术的特点，建立天然药用植物和中成药的多种活性成分与近红外光谱数据之间的数学关联模型，从而建立起其中为止，我们已经建立了近红外光谱快速分析检测藿香正气液、黄芪精口服液、通天口服液等九种中成药口服液以及药丸、片剂的活性成分，对三峡库区盛产的黄莲、虎杖等二十多种地方天然药用植物进行品质和产地鉴定，同时开发集成了天然药用植物的近红外光谱图数据库．为进一步实现中药现代化的质量监控研究奠定了基础，并对中药化学动力学和药理学的研究提供科学依据[19]．3.3 以近红外光谱分析技术测定农副产品品质的多种成分的研究利用近红外光谱分析技术对地方农副产品如涪陵榨菜和山地烤烟品质进行分析测定，通过实验采集榨菜和烤烟品质指标的近红外光谱图数据，建立榨菜品质指标与近红外光谱数据之间的关联模型，建立对榨菜中多种指标的定性鉴别和定量测定的新方法，并开发近红外光谱分析测定榨菜品质的简便快速、在线及无损检测的实用技术．对享有中国榨菜之乡涪陵的榨菜做了深入的研究，利用近红外光谱技术评价涪陵榨菜品质，同时测定了涪陵榨菜中果胶和总糖的含量，快速鉴别涪陵榨菜品牌的研究[20]．4 “近红外光谱检测技术研究及其应用”创新团队的研究拓展目前，创新团队将继续发展对三峡库区生态的各种环境指标、区域天然植物的药用成分和地方农副产品质地检测的研究工作，并致力于更深入的与太极集团、涪陵乌江榨菜集团合作，力争尽快把近红外在线检测推广应用到制药和农副产品加工的生产线上．拓展近红外光谱的研究工作如下：①加强基础研究，攻克近红外光谱分析理论上的局限．如近红外光谱与分子结构的关联，近红外光谱与其它光谱的联系，近红外光谱技术与其它分析技术的联用．这些研究工作的突破都有可能推进近红外光谱分析技术更加完美和更为广泛的应用．②加强应用推广，促进近红外光谱分析的实际应用．结合我们已在环境监测分析、中成药活性成分分析和榨菜品质分析上做了大量的前期研究工作，期待把近红外光谱分析的实用技术真正推广到实际生产线上，建立一些实际分析模式，利用近红外光谱分析的优势，切实解决实际应用上的难题．③加强自主创新，开发和改进近红外光谱分析-91-普适的近红外光谱仪器和便携式分析仪器，以及对某些专门特殊的仪器的改进；建立适宜筛选各种算法的建模软件，建立普适的分析模型；研究改进适应各种分析对象的光谱采集手段．参考文献：[1]Herschel W, Philos. Investigation of the powers of the prismatic colorsto heat and illuminate objects [J].Trans.R.Soc.1800, 90:255-283.[2]陆婉珍.现代近红外光谱分析技术[M].北京：中国石化出版社（第二版），2007.[3]严衍禄.近红外光谱分析基础与应用[M].北京：中国轻工业出版社，2009.[4]Kaye W. Near-infrared spectroscopy: I. Spectralidentificationandanalyticalapplications Spectrochim Acta, 1954,6: 257[5]Birth G S and Norris K H. Food Techool. 1958,12: 592.[6]Norris K H and Rowan J D. Revision of the Formula Method Tables for Thermal Process Evaluation. Agric Eng. 1962, 43:154.[7]徐广通，袁洪福，陆婉珍.现代近红外光谱技术及应用进展[J].光谱学与光谱分析，1999，20（2）：134-142.[8]褚小立.化学计量学方法与分子光谱分析技术[M].北京：化学工业出版社，2011.[9]高荣强，范世福.现代近红外光谱分析技术的原理及应用[J].分析仪器，2002（3）：9-12.[10]涂瑶生，柳俊，张建军.近红外光谱技术在中药生产过程质量控制领域的应用[J].中国中药杂志，2011，36（17）：2433-2436.算法进展评述[J].分析化学，2004，32（4）：534-540.[12]陆婉珍.近红外光谱用于过程分析.中国仪器仪表，2008（1）：34-35.[13]Burns D A, Ciurczak E W. 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College of Chemistry and Chemical Engineering, Yangtze Normal University, Fuling, Chongqing 408100)（2．Chongqing Broadcast & TV University, Wulong Branch ，Wulong ，Chongqing, 408500） （3．School of Chemical and Environmental Engineering, Chongqing Three Gorges University, Wanzhou,Chongqing 404100） Abstract ：Based on the construction and development of Chongqing University Innovation Team“Technology Research and Application of Near Infrared Spectrum Testing”, This paper mainly introduces the development of near infrared spectral analysis technology, and the applied research on near infrared spectral analysis technology in rapid detection of characteristic resources in the Three Gorges Reservoir Area.Keywords ：near infrared spectral; analysis technology; research ; application。
近红外光谱分析及其应用简介
近红外光谱分析及其应用简介1、近红外光谱分析及其在国际、国内分析领域的定位近红外光谱分析是将近红外谱区（800-2500nm）的光谱测量技术、化学计量学技术、计算机技术与基础测试技术交叉结合的现代分析技术，主要用于复杂样品的直接快速分析。
近红外分析复杂样品时，通常首先需要将样品的近红外光谱与样品的结构、组成或性质等测量参数（用标准或认可的参比方法测得的），采用化学计量学技术加以关联，建立待测量的校正模型；然后通过对未知样品光谱的测定并应用已经建立的校正模型，来快速预测样品待测量。
近红外光谱分析技术自上世纪60年代开始首先在农业领域应用，随着化学计量学与计算机技术的发展，80年代以来逐步受到光谱分析学家的重视，该项技术逐渐成熟，90年代国际匹茨堡会议与我国的BCEIA等重要分析专业会议均先后把近红外光谱分析与紫外、红外光谱分析等技术并列，作为一种独立的分析方法；2000年PITTCON 会议上近红外光谱方法是所有光谱法中最受重视的一类方法，这种分析方法已经成为ICC（International Association for Cereal Science and Technology国际谷物科技协会）、AOAC(American Association of Official Analytical Chemists美国公职化学家协会)、AACC （American Association of Cereal Chemists美国谷物化学家协会）等行业协会的标准；各发达国家药典如USP(United States Pharmacopoeia美国药典)均收入了近红外光谱方法；我国2005年版的药典也将该方法收入。
在应用方面近红外光谱分析技术已扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等领域。
发达国家已经将近红外方法做为质量控制、品质分析和在线分析等快速、无损分析的主要手段。
我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，上世纪70年代开始，进行了近红外光谱分析的基础与应用研究，到了90年代，石化、农业、烟草等领域开始大量应用近红外光谱分析技术，但主要是依靠国外大型分析仪器生产商的进口仪器。
近红外光谱分析仪器的应用与发展
：
Ｓｃ ｅｎ ｅｎｄ ｉ ｃｅ Ｔｅｃ ｈｎｏ ｏｇ Ｉ ｏｖｅｔｏｎ ｌ ｙ ｎｎ ｉ Ｈｅｒ ｄ ａｌ
技 术 创 新
近 红 外 光 谱 分析 仪器 的应 用 与发 展
高 振 洪 （ 津市 特种 设备 监督检 验技 术研 究 院 天 津 ３ ０ ２ 天 ０１ ） ９
一 一
的 品质 分 析 方面 。 定 指 标 包 括 ： 草 的 水 测 烟 分 、 糖 、 白质 原 糖 、 古 丁等 组 分 的 总 蛋 还 尼 含 量 。 外 ， 需 要 对 卷 烟 的 焦 油 、 碱 等 另 还 烟 进 行 测 定 。 茶 叶 成 分 分 析 中 ， 红 外 光谱 在 近 分 析 仪 器 主 要 用 于茶 叶及 其 茶 制 品 中化 学 成 分 的 多 组 分 快 速 测 定 ， 速 评 定 茶 叶 的 快 等级， 以及 茶 制 品 生 产过 程 在 线 检 测 ， 并鉴 别 茶叶 的 真 伪 。 国 已 经将 近 红 外 光 谱 分 我 析仪 器广泛应用于烟草 及茶叶的检测 中， 并 取 得 了非 常 好 的 效 果 。 ４． 石 油化工分 析 ３ 在 近 ｌ 年 中 ， 我 国 的 石 油 化 工 领 域 ０ 在 中 ， 红 外 光 谱 分 析 技 术 得 到 了充 分 的 发 近 展， 目前 已经 广 泛 应 用 于炼 油 厂 的 化 验 室 ， 并 逐 步 用 于 在 线 过 程 分 析 。 汽 油 测 定 方 在 面 ， 红 外 光 谱 分 析 测 定 仪 器 需 要 检 测 的 近 项 目包 括 催 化 裂 化 、 化 重 整 以 及 烷 基 化 催 汽 油 等 组 分 汽 油 和 成 品汽 油 ， 及 乙 醇 汽 以 油 中的 乙醇 、 甲醇 水 分 等成 分 的含 量 。 柴 在 油方面 ， 主要 测 定 的 项 目包 括 直 馏 、 氢 、 加 催 化 裂化 和 成 品 柴 油 等 。 目前 ， 国 已经 在 我 多 套 汽 油调 和 系统 和 重 整 装 置 安装 了在 线 近 红 外 光谱 分 析 仪 器 ， 红 外 光 谱 分 析 仪 近 器 将 在 石 化 工业 中得 到 更 迅 猛 的 发 展 。
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。
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近红外光谱技术是一种快速、高效、无损的分析技术，广泛应用于化学、食品、药物等领域。
尤其是随着科学技术的发展，现代近红外光谱技术在样品制备、光谱采集、数据处理等方面都有了显著的提升，极大地扩展了近红外光谱技术的应用范围。
近红外光谱是指介于可见光和中红外光之间的电磁波，波长范围为700-2500nm。
现代近红外光谱技术利用近红外光子的能量和量子力学中的跃迁原理，通过对样品进行照射，使样品中的分子吸收近红外光子的能量后从基态跃迁到激发态，再返回基态时发出特征光谱。
通过对特征光谱进行定性和定量分析，可以获取样品的组成、结构和性质等信息。
化学分析：现代近红外光谱技术在化学分析领域的应用主要体现在有机物和无机物的定性和定量分析上。
例如，利用近红外光谱技术对石油样品进行定性和定量分析，可以有效地识别石油中的不同组分，同时也可以对石油中的含硫量、含氮量等进行快速准确的测定。
食品质量检测：在食品质量检测方面，现代近红外光谱技术可以用于食品成分分析、食品质量评估和食品掺假检测等。
例如，利用近红外光谱技术对奶粉进行检测，可以快速准确地检测出奶粉中的蛋白质、脂肪、糖等主要成分的含量。
药物研究：现代近红外光谱技术在药物研究方面的应用主要体现在药物成分分析、药物代谢研究和药物疗效评估等方面。
例如，利用近红外光谱技术对中药材进行检测，可以快速准确地测定中药材中的有效成分含量，为中药材的质量控制提供了一种有效的手段。
近年来，现代近红外光谱技术在国内外都取得了显著的研究进展。
在国内，中国科学院上海药物研究所利用近红外光谱技术对中药材进行有效成分的快速检测，取得了重要的成果。
国内的一些高校和研究机构也在近红外光谱技术的研究和应用方面开展了大量的工作，推动了近红外光谱技术的发展。
在国外，近红外光谱技术已经成为药物研发和食品质量检测的重要手段。
例如，荷兰的菲利普公司成功开发出了一款基于近红外光谱技术的药物代谢研究仪器，可以为新药的开发和疗效评估提供快速准确的数据支持。
近红外光谱仪的原理和应用
近红外光谱仪的原理和应用1. 简介近红外光谱仪（Near-Infrared Spectrometer）是一种用来分析物质组成和化学结构的有效工具。
它利用近红外光区的特性，通过对光的吸收、反射和散射等特征进行量化，来获得样品的光谱信息。
本文将介绍近红外光谱仪的工作原理及其常见的应用领域。
2. 原理近红外光谱仪的原理基于样品与近红外光之间的相互作用。
近红外光波长范围通常为700至2500纳米，介于可见光和红外光之间。
以下是近红外光谱仪的工作原理：•光源发射：近红外光谱仪通常采用LED或激光二极管等光源发射特定波长的近红外光。
•样品交互：发射的光经过样品散射、吸收或透射后，携带了样品的化学信息。
•光谱检测：经过样品后的光线进入光谱仪的光路系统，光谱仪中的探测器对不同波长的光进行检测和测量。
•数据处理：检测到的光信号经过放大、滤波和数学处理等步骤，得到样品的光谱图谱。
•分析与解读：通过比对样品的光谱图谱与已知物质的库光谱进行分析，可以推断样品的成分和结构等信息。
3. 应用近红外光谱仪在许多领域中得到了广泛应用。
以下是一些常见的应用领域：3.1 农业•农产品品质检测：近红外光谱仪可以分析农产品中的水分、脂肪、蛋白质等成分，用于农产品的质量鉴定和分类。
•土壤分析：通过近红外光谱仪可以分析土壤中的有机质、pH值、养分含量等，为土壤肥力评估和施肥方案提供依据。
3.2 化学与制药•药物分析：近红外光谱仪可以分析药物中的活性成分含量、溶解度等指标，用于药物质量控制和药物效果评估。
•化学品鉴定：通过比对已知化学品的光谱库，近红外光谱仪可以识别未知化学品的成分和纯度。
3.3 环境监测•水质分析：近红外光谱仪可以快速分析水质中的溶解有机物、无机离子等参数，用于水质监测和环境保护。
•大气检测：通过近红外光谱仪可以实时监测大气中的气体成分，例如二氧化碳、氨等，用于大气污染监测和空气质量评估。
3.4 食品安全•食品成分分析：近红外光谱仪可以分析食品中的营养成分、添加剂、重金属等物质的含量，用于食品质量检测和食品安全控制。
近红外光谱技术的应用及前景
近红外光谱技术的应用及前景光谱学是一种分析物质组成与结构的重要科技手段。
在科学、工业和医学等领域都有广泛的应用。
其中，红外光谱技术是目前应用最广泛的一种光谱学技术之一。
而在红外光谱技术中，近红外光谱技术也日渐受到人们的重视，被广泛应用于许多领域，比如农业、食品加工、制药、医疗等。
接下来，本文将探讨近红外光谱技术的应用及前景。
一、近红外光谱技术的基本原理近红外光谱技术是通过红外光经过样品后，检测其吸收光谱来确定物质组成的一种分析方法。
它与通常的红外光谱技术相似，但其工作波长范围略有不同。
近红外光谱技术所使用的工作波长范围一般为800-2500纳米，而在这个波段内，物质的光学吸收一般是由化学键振动和分子的二次振动引起的。
实际应用中，通过近红外光谱技术得到的光谱可以被用作定量分析或者鉴定过程中的指纹图谱。
这些光谱信息可以通过一系列数学统计学方法进行分析，用来研究样本中的结构和成分。
二、近红外光谱技术的应用近红外光谱技术被广泛应用于农业、制造业、食品加工、制药、医疗等行业。
下面将分别探讨这些应用场景。
1. 农业在农业中，近红外光谱技术被用来分析土壤质量、农作物的成分、动物饲料的成分等。
例如，利用近红外光谱技术，可以准确测量肉类和饲料中的蛋白质、脂肪和纤维素含量，帮助农民更好地调整饮食和生产方式。
2. 制造业在制造业中，近红外光谱技术可以作为一种无损检测方法，可以检测所需物料的成分、质量和其它属性，从而提高制造过程的质量和效率。
例如，在造纸厂，可以使用近红外光谱技术检测纸浆的厚度和纤维质量，使生产过程更加精确和高效。
3. 食品加工在食品加工业中，近红外光谱技术可以被用来检测食品中的成分、营养物质和质量。
例如，人们可以通过近红外光谱技术来检测牛奶中的脂肪、蛋白质和酸度等指标，这可以帮助从生产商到消费者有效地管理食品和营养素。
4. 制药在制药领域，近红外光谱技术可以被用来检测和定量化药物中的成分。
这项技术可以在制造过程中进行无损检测，从而提高药物的质量和成分的纯度。
近红外光谱分析仪器的应用与发展
器 分 类并 且按 照 分 类例 举 了几 个知 名 厂 商 的仪 器 ， 最后探 讨 了近 红 外 光谱 分析 仪 器 的 实
现方式以及典型用途 ， 为希望 了解近红外光谱分析仪器的同仁提供 了较为详细的资料 。 关键词 近红外 Ｎ Ｒ 近红外光谱分析仪 器 Ｉ 化学计量学
器 的应 用 要求 光 谱仪 器 、光谱 数 据 关联 和处 理软 件 以及 应 用样 品模 型要 紧密 结合 为 一 体 ，任 何 一个 应
维普资讯
近红外光谱分 析仪 器的应 用与发展
孙宏 伟
（ 京 普 析通 用 仪 器有 限责任 公 司 北 京 北 摘 要
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本 文 简要 介 绍 了近 红 外光 谱 分析 仪 器 的发 展 简史 ， 术原 理 和特 点 ， 本 的仪 技 基
的研 究 开 发 阶 段 。 近 红振 动 的倍 频 和 合频 信 息 ，它 常 常 由结 构 轻 的含 氢 基
因（ — Ｎ Ｈ， 一 ） Ｃ Ｈ， — ０ Ｈ 的倍 频 和合 频 重叠 主导 着 ， 以 所
在 近红 外 光谱 范 围 内 ，测量 的主要 是 含 氢 基 因振 动
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的倍 频 和合 频 吸 收 。 近 红外 光 谱 分析 仪 器 的测 试 基 于 ：待 测 量 的数 据（ 如 物 质组 成 和 各 种 物 化性 质） 近 红 外 光谱 都 例 和 是取 决 于样 品的组 成 和 结构 。通 过组 成 和结 构这 一 本 质 内因 ，在 被 测量 数 据 和近 红 外 光谱 之 间 就 可 以
较 大 的差 异 ， 因此 ， 口的应 用 模 型 一 般不 适 合 分析 进
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。
近红外光谱分析技术发展和应用现状
摘 要 近红外光谱是目前国际公认的最有应用价值的分析技术之一，它在国民经济中日益发挥着越来越重要的作用。
本文主要介绍近5年国内外近红外光谱分析技术的发展及应用现状，并对我国在这一技术方向的研发提出建议。
关键词 近红外光谱 化学计量学 在线分析 快速分析 现场分析Abstract Near infrared spectroscopy (NIR) has been recognized as one of the most valu-able application technologies, which is playing more and more important roles in national economy. In this paper, the research and application status of near infrared spectroscopy analytical technology in the past five years both home and abroad are introduced, and the NIR research and development suggestions for our country are proposed in detail. Key words Near infrared spectroscopy Chemometrics On-line analysis Rapid analysis On-site analysis近红外光谱分析技术发展和应用现状The research and application status of near infrared spectroscopy analytical technology引 言 从1800年英国科学家赫歇耳（W Herschel ）发现近红外光，到1881年英国天文学家阿布尼（W Abney ）和E R Festing 用Hilger 光谱仪拍摄下48个有机液体的近红外吸收光谱（700~1100nm ），发现近红外光谱区（NIR ）的吸收谱带均与含氢基团有关，到1968年美国农业部的工程师K Norris 博士将近红外光谱用于农产品的快速分析，到1974年瑞典化学家S Wold 和美国华盛顿大学的B R Kowalski 教授创建化学计量学学科（Chemometris ），唤醒现代近红外光谱技术这个沉睡的分析“巨人”，到上世纪80年代末光纤在光谱中的应用，推动在线近红外光谱技术的应用和发展，到本世纪之初微机电系统（MEMS ）技术使NIR 仪器越来越小型化，到近些年近红外光谱化学成像（NIR Chemical Imaging ）技术的兴起和应用，现代近红外光谱分析技术走过200余年的发展历程，近红外光谱从光谱中的垃圾箱（因其宽且重叠严重的谱带而无法通过传统方法进行分析应用），发展成为当前很多领域不可或缺的一种分析手段[1~7]。
近红外光谱分析的技术与应用
● １ ６－
维普资讯
务Ｉ生 訇 砷 扎
真 后 ．利用 化学计 量学 算 法 ，建立 全 谱 的光 谱信 叉 证实 与外部 证实 检验 数学模 型 ，以确定模 型 是否 息与 含量或 性质问 的数 学关 系 （ 为数学 模型 ， 当 符 合 应用 的 要 求 称 相
立 Ｎ Ｒ分析稳定的数学模型是相当复杂的过程， Ｉ 须
要 优 秀的 ＮＩ 分析软 件 、有 经验 的 专业技 术 人员 Ｒ 和 一 批 样 品 资源 ，进 行 大量 困难 与 复 杂 的开 发 工 作 ， 冈此 Ｉ 技 术 有 时 也称 为 “ 件 技 术 ” Ｒ 软
１ＮＲ Ｉ 定量分析技术
图 １ 近 红外 定量 分析 样 品 中 ，存在 一些
收稿 日期：２ ０ 一 ｏ ２ ８ Ｉ ．－ ３ 作者简介：刘艳青 （ ３ ５ ） １ ６ 一 ，女，北 京吉通县凡．北京机械工业 刍动化所高级工 程师，从事 电子产品研制 开发
厦质量橙测。
第２ ４卷 第 ２期
２０ — ０２ ２
的地 区 、 不 同 的样 品类 型 ）都 能运 用 ，还 需 注 意
对 数学模 型 的不 断修 正与维 护 。当样 品 的测定 时间 或空间 条件 更换 时 ，必 须用 检验样 品集 检验 数学模 型 ，如 果数学 模 型 的预测效 果降 低 ，就需 要在 校正 样 品集 中增加 新类 型样 品 ，并重新 按 上述步 骤修 改
曩
刘艳青
０ 概 述
近 红 外光 谱 分 析是 指 利用 近 红 外 （ Ｒ ）光 ＮＩ
难度 ．因此 ＿Ｉ 定量分析有一套特殊的技术，其 ＼Ｒ
关键 就是建 立时间 与空间都 稳定 的数学模型 。 为了 建立理 想 的数学 模型 除 了要有 优秀算法 的软件 及 要有 经验 的 ＮＩ 专业 人 员 外 ．特 别 重要 的 是 ： Ｒ 选 择 并 建 立 有 代表 性 的 标 准样 品 ，建 立 规 范 的 、 严 格 的 、能 重 复 的 测试 方 法 ，准确 测 定 标 准样 品
在线近红外分析仪 SupNIR-4000
file:///D|/bihecpdf/在线近红外分析仪 SupNIR-4000近红外光谱(NIR).htm[2010-1-9 1:47:56]
技术参数： 波长范围 1000~1800nm、1000-2500nm 检测时间 10秒 检测通道数 6通道 电气特性 220V AC，50Hz 尺寸（长×宽×高） 约1200×950×350mm 重量 约50 公斤 防护等级 Expxmbd ⅡC T5，IP65 环境温度 0 ℃～40 ℃ 环境湿度 5％～85％RH 环境压力 86KPa～116KPa 接口 通信接口 1路RS-485、1路ModBuS、1路以太网 模拟量 6路输入，10路输出（选配） 开关量 8路输入，10路输出（选配） 仪表风 正压气源 净化仪表空气或工业氮气 气源压力 ≧0.4 MPa，无尘、无油 气源流量 ≧5 m3/h（在0.4MPa带压下的流量） 露点 ≦-30 ℃
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在线近红外分析仪 SupNIR-400Leabharlann 近红外光谱(NIR)仪器描述
在线红外分析仪原理及应用
在线红外分析仪原理及应用在线红外分析仪是一种利用红外光谱技术进行物质成分分析的仪器。
它通过检测样品在红外光谱范围内的吸收特性，来确定样品的组成和结构。
在线红外分析仪主要由光源、样品室、光谱仪和数据处理系统等组成。
在线红外分析仪的工作原理是基于物质分子的振动和转动引起的红外光吸收现象。
红外光谱范围通常分为近红外、中红外和远红外三个区域。
不同区域的红外光谱对应不同的分子振动模式，因此可以用来分析不同类型的化学物质。
在线红外分析仪的工作流程一般包括以下几个步骤：首先，光源产生红外光，经过光学系统聚焦后照射到样品上。
样品吸收部分红外光，其余的红外光经过样品后进入光谱仪。
光谱仪将红外光分散成不同波长的光，并通过探测器检测各个波长的光强度。
最后，数据处理系统对检测到的光强度进行处理和分析，得到样品的红外光谱图和相应的成分信息。
在线红外分析仪具有许多应用领域。
首先，它在化学工业中广泛应用于原料和产品的质量控制。
通过红外光谱分析，可以快速准确地确定化学物质的成分和含量，从而保证产品的质量稳定性。
其次，在线红外分析仪在环境监测中也有重要作用。
例如，可以通过监测大气中的有害气体浓度来评估空气质量，或者监测水体中的有机物和无机物浓度来评估水质。
此外，在线红外分析仪还可以应用于食品安全检测、药品研发和制造等领域。
在线红外分析仪具有许多优点。
首先，它具有快速分析的优势。
红外光谱分析不需要样品的前处理，可以直接对液体、固体和气体等不同形态的样品进行分析，因此可以大大缩短分析时间。
其次，它具有高灵敏度和高选择性。
红外光谱对不同化学物质具有不同的吸收特性，因此可以对复杂的混合物进行准确的定性和定量分析。
此外，在线红外分析仪还具有非破坏性分析的特点，可以对样品进行连续监测，不会对样品造成损伤。
总之，在线红外分析仪是一种重要的分析仪器，具有广泛的应用前景。
它通过检测样品在红外光谱范围内的吸收特性，可以快速准确地确定样品的成分和结构。
我国近红外光谱分析技术的研究与应用进展
我国近红外光谱分析技术的研究与应用进展近红外光谱分析技术是一种非常重要的分析技术，在许多领域都有广泛的应用。
我国近红外光谱分析技术的研究与应用也取得了一系列重要的进展。
首先，我国近红外光谱分析技术的研究已经形成了一系列的研究方法和理论体系。
研究人员通过对样品的近红外光谱进行分析，可以得到样品的化学成分、结构信息等。
近年来，我国的研究人员在近红外光谱的预处理、特征选择、建模和校正等方面取得了很多突破性的进展。
这些研究成果为近红外光谱分析技术的应用提供了坚实的理论基础。
其次，我国在近红外光谱分析技术的应用方面也取得了一些重要的进展。
近红外光谱分析技术可以广泛应用于农业、食品安全、药物分析等领域。
例如，在农业领域，我国的研究人员利用近红外光谱技术可以对农作物的品质指标进行快速检测，例如农作物的含水量、蛋白质含量等。
在食品安全方面，近红外光谱分析可以用于检测食品中的有害物质，例如农药残留、毒素等。
在药物领域，近红外光谱分析技术可以用于药物的快速质量控制和成分分析。
这些应用为我国农业、食品安全和医药领域的发展提供了重要的技术支持。
此外，我国还在探索将近红外光谱分析技术与其他技术相结合的应用。
例如，将近红外光谱分析技术与化学计量学、多元统计分析等方法相结合，可以对样品进行更加准确和全面的分析。
另外，近红外光谱分析技术还可以与光谱成像技术相结合，实现对样品的全面扫描和在线监测。
然而，我国的近红外光谱分析技术发展还存在一些挑战。
首先，近红外光谱分析技术在一些复杂样品的应用方面还存在一定的局限性。
例如，对于含有多种成分和杂质的样品，近红外光谱分析技术的准确性和稳定性还需进一步提高。
其次，我国在近红外光谱分析技术的仪器设备研发和生产能力方面还有待加强。
目前，大部分的近红外光谱分析仪器还需要依赖进口设备，我国本土化研发生产能力相对较弱。
总结起来，我国近红外光谱分析技术的研究与应用取得了一系列重要的进展，为我国的农业、食品安全和医药领域的发展提供了重要的技术支持。
近年来我国近红外光谱检测技术的发展与应用
近年来我国近红外光谱检测技术的发展与应用发表时间：2020-01-09T11:04:37.303Z 来源：《电力设备》2019年第19期作者：张志勇赵全中涂安琪郭江源贺帅那钦[导读] 摘要近红外光是指波长在780-2516 nm范围内的电磁波。
近红外光谱属于分子振动光谱，可以根据光谱中吸收峰的位置和强度来对检测物进行定性和定量分析。
(内蒙古电力科学研究院 010020) 摘要近红外光是指波长在780-2516 nm范围内的电磁波。
近红外光谱属于分子振动光谱，可以根据光谱中吸收峰的位置和强度来对检测物进行定性和定量分析。
结合化学计量方法，可以将近红外光谱与检测物的成分浓度或性质建立光谱数据库，实现无损、快速、在线分析检测。
近红外光谱检测技术已经广泛应用于工业、农业、医药、食品等领域，具有简单方便、速度快、检测容易和分辨率高等特点和优势。
本文就近年来我国近红外光谱检测技术的发展和应用进行了综述。
关键词近红外光谱；分析仪器；在线检测 The Development and Application of Near Infrared Spectroscopy Detection Technology in China in Recent Years Abstract: Near-infrared light refers to electromagnetic waves with a wavelength in the range of 780-2516 nm. Near-infrared spectroscopy belongs to molecular vibrational spectroscopy. Qualitative and quantitative analysis can be performed on the detection object according to the position and intensity of the absorption peak in the spectrum. Combining stoichiometry, a near-infrared spectrum and the component concentration or properties of the detected substance can be used to establish a spectral database to achieve non-destructive, fast, and online analysis and detection. Near-infrared spectroscopy detection technology has been widely used in industries, agriculture, medicine, food and other fields, and has the characteristics and advantages of simplicity, convenience, fast speed, easy detection and high resolution. This article reviews the development and application of near infrared spectroscopy detection technology in China in recent years. Keywords: near infrared spectroscopy; on-line detection; analytical instrument 近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy，缩写为NIR）是近年来高新、实用、发展最为迅速的分析检测技术之一。
近年来我国近红外光谱分析技术的研究与应用进展_褚小立
综 述近年来我国近红外光谱分析技术的研究与应用进展褚小立 袁洪福 陆婉珍(石油化工科学研究院,北京,100083)摘 要 对我国近10年来近红外光谱分析技术的研究与应用进展作了较为详细的综述,包括近红外光谱仪器研制、化学计量学方法及软件开发和在各领域的实际应用。
根据国际上近红外光谱分析技术的现状和国内实际情况,提出了今后我国近红外光谱分析技术的发展方向。
关键词 近红外光谱 分析仪器 化学计量学 软件开发 应用作者简介:褚小立,男,1974年出生,博士,研究方向:近红外光谱分析和化学计量学。
1 前 言近红外光谱(NIR)是近十年来发展最为迅速的高新分析技术之一。
目前,大约有50多个国家和地区开展了NIR 的研究和应用工作,特别是一些发达国家表现得尤为突出,这些国家拥有大量的各种类型的NIR 分析仪器用于各行各业,有研究型、专用型、便携型,还有直接安装在工业生产线的在线型分析仪。
这些仪器在农业、石化、制药、食品等领域都得到很好应用,并取得极好的社会和经济效益[1]。
我国从上世纪80年代开始进行NIR 技术的研究,主要侧重于农产品的品质分析研究方面。
从上世纪90年代中期,国内许多科研院所和大专院校开始积极研发适合国内需要的NIR 成套分析技术,并有多本专著出版[2-4],也有许多学者发表了多篇有关NIR 原理和应用的综述文章[5-7<,为这项技术的普及作了大量工作,开创了我国NIR 研发和应用的崭新局面。
近几年我国在仪器硬件、化学计量学软件、分析模型建立以及实际应用等方面都有了长足发展,NIR 分析技术已经应用于各个领域。
本文对我国NIR 分析技术近10年来的研究与应用进展作了较为详细的综述,并根据国际现状和国内实际情况,提出了今后我国NIR 分析技术的发展方向。
2 仪器硬件NIR 技术的一个重要特点就是技术本身的成套性,即近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型的三位一体性,性能优异的近红外光谱仪是该技术的基础和前提[8]。
近五年我国近红外光谱分析技术研究与应用进展
第33卷第5期2217年5月分析测试学报FENXF CESHF XUEBA0 (Jonmal cf F/tmmextal Analysis -Vol. 33 Nc. 6668-213doi : 10・ 3969/j. issn. 1004 -4457. 2219. 05・ 016近五年我国近红外光谱分析技术研究与应用进展褚小立**，史云颖，陈 瀑，李敬岩，许育鹏收稿日期：2619 -63 -25；修回日期：2619 -60 -13基金项目：国家重点研发计划资助项目(2237YFB2396593 -*通讯作者：褚小立，博士，教授级高级工程师，研究方向：分子光谱结合化学计量学方法在石油及其产品中的分析研究与应用，E-mail : cxlyu/@ sinv. com(石油化工科学研究院，北京100083)摘 要：评述了近五年来(2014-2013)我国近红外光谱分析技术的研究与应用进展，内容涉及方法研究、软硬件研发、应用特点和趋势等方面，并对今后我国近红外光谱技术的发展方向进行了展望°引用文献97篇。
关键词：近红外光谱；化学计量学；便携式分析；在线分析；综述中图分类号：0657.3 文献标识码：A 文章编号：1004 -4957(2419)45 -4603 -09ResearcO and Application Pmoresses ot Neer Infrared SpectroscopeAnalytical TecOnippc in CUinv in Past Five Ye e rrCHUXiaoCi * , SHF Yud-ymg , CHEN Pu , LI Jing-yan , XUYu-pxg(Research Institute of Petrolerm Processing , Beijing 140083 , China)Abstract : The research and app/cation propresses of near infrared spectroscopa ( NIR - analytical technipue in China in the past Ove years (2219 -2213) are reviewed in t his paper. Ft incluPes pre gresses on the methodoWpa , research and dxXopmedt of harkwaro and softoaro , chxacOAstics and trends of NIR a pp/cations in typical fields , with 97 references cited. The dxXopmedt trends for near infrared spectroscopy technipue in China in the near fitura are proposed and discussed.Keywords ： near infrared spectroscopy ； chemometOcs ； poVadle analysis ； on-lide analysis ； review 近年来，随着仪器制造水平的提升,光谱化学计量学方法和软件的开发，以及各种样品测定附件 研制的不断进步,近红外光谱分析技术作为现代过程分析技术主力军，凭借其独特的技术优势，在我 国得到了迅猛的发展。
近红外在线分析仪工作原理
近红外在线分析仪工作原理
近红外（NIR）在线分析仪是一种快速、准确、非破坏性的分析仪器，用于实时测量物质的化学成分。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 光源发射：近红外在线分析仪采用近红外光源，通常是一颗高亮度的灯泡或激光二极管。
该光源会发出大量的近红外光，并通过光学器件将其集中成一束光线。
2. 样品测量：样品通过传送带、管道或其他装置进入近红外光束的测量区域。
在该区域，样品将暴露在近红外光的照射下。
3. 光的吸收：近红外光穿过样品时，与样品中的化学成分发生相互作用。
不同的化学物质会对不同波长的近红外光产生不同的吸收程度。
被吸收的光将被转化为光能传递到样品中。
4. 探测器检测：安装在近红外光束路径上的探测器将检测经过样品后剩余的近红外光。
探测器会测量光的强度并将其转化为电信号。
5. 数据处理：通过与已知化学成分和光谱的比对，使用数学算法对探测器输出的光强信号进行分析。
这些算法可以通过建立化学模型进行校正和数据处理，从而得出样品中不同成分的浓度或含量。
近红外在线分析仪的工作原理基于近红外光与物质之间的相互作用，利用了物质吸收、散射和反射等光学特性。
由于近红外
光穿透性强、吸收带宽宽广，因此可以应用于各种物质的分析与检测。
同时，近红外在线分析仪也具有高速、无污染、无需样品处理等优点，广泛应用于农业、食品、医药、环境等领域的质量控制和过程监控。
现代近红外光谱分析技术的原理及应用
现代近红外光谱分析技术的原理及应用1 简介近红外光（near infrared,NIR）是介于可见光（VIS）和中红外光（MIR或IR）之间的电磁波美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定义为波长780-2526nm的光谱区（波数为12820-3959cm-1）习惯上又将近红外区划分为近红外短波（780-1100nm）和近红外长波（1100-2526nm）两个区域。
从20世纪50年代起，近红外光谱技术就在农副产品分析中得到广泛应用，但是由于技术上的原因，在随后的20多年中进展不大。
进入20世纪80 年代后，随着计算机技术的迅速发展，以及化学计量学方法在解决光谱信息提取和消除背景干扰方面取得的良好效果，加之近红外光谱在测试技术上所独有的特点，人们对近红外光谱技术的价值有了进一步的了解从而进行了广泛的研究。
数字化光谱仪器与化学计量学方法的结合标志着现代近红外光谱技术的形成。
数字化近红外光谱技术在20 世纪90年代初开始商品化。
近年来，近红外光谱的应用技术获得了巨大发展，在许多领域得到应用，对推进生产和科研领域的技术进步发挥了巨大作用。
近红外光谱技术是90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术，测量信号的数字化和分析过程的绿色化使该技术具有典型的时代特征。
由于近红外光在常规光纤中有良好的传输特性，使近红外光谱技术在实时在线分析领域中得到很好的应用。
在工业发达国家，这种先进的分析技术已被普遍接受，例如1978年美国和加拿大采用近红外法代替凯氏法，作为分析小麦蛋白质的标准方法。
20世纪90年代初,外国厂商开始在我国销售近红外光谱分析仪器产品,但在很长时间内，进展不大，其原因主要是：首先，近红外光谱分析要求光谱仪器、光谱数据处理软件（主要是化学计量学软件）和应用样品模型结合为一体，缺一不可。
但被分析样品会由于样品产地的不同而不同，国内外的样品通常有差异，因此，进口仪器的应用模型一般不适合分析国内样品。
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第30卷 第3期2009年3月仪器仪表学报Chinese Journal of Scientific I nstru mentVol 130No 13Mar .2009 收稿日期:2008202 Received Date:2008202 3基金项目:国家自然科学基金(50574035)、浙江省重大应用电子技术和新型电子元器件专项(2007C11091)、浙江省自然科学基金人才基金(R104315)资助项目在线近红外光谱分析仪的研制及应用3叶华俊1,2,刘立鹏2,夏阿林1,张学峰2,王健1(1 杭州电子科技大学电子信息学院 杭州 310018;2 聚光科技(杭州)有限公司 杭州 310052)摘 要:针对过程分析应用领域,研制了一种在线近红外光谱分析仪。
详细描述了该仪器系统的主要组成结构,展现各模块功能特点。
对该仪器进行性能测试,结果显示该分析仪性能稳定,超过了USP1119(美国国家药典)规定的指标要求。
实验室中的汽油样本建模实验和现场的重烷基苯与白糖应用结果表明,该仪器具有响应速度快、建模能力强、预测精度高、可同时预测多种组分、使用维护方便、维护成本低和可靠性高等优点,能够适应各种复杂的应用环境。
关键词:近红外;光谱分析;在线中图分类号:TG115.3 文献标识码:A 国家标准学科分类代码:460.40D evelop m en t and appli ca ti on of on 2li n e near i n frared spectroscopy ana lyzerYe Huajun1,2,L iu L i peng 2,Xia A lin 1,Zhang Xuefeng 2,W ang J ian1(1E lectronic Infor m ation College ,Hangzhou D ianzi U niversity,Hangzhou 310018,China;2Focused Photonics (Hangzhou ),Inc .,Hangzhou 310052,China )Abstract:An on 2line near infrared s pectr oscopy analyzer was devel oped f or p r ocess analysis app licati ons .The fea 2tures and configurati on of the analyzer are described in detail .The perf or mance tests reveal that the analyzer perf or m s well and meets the require ments of USP1119.Further more,the analyzer has been successfully app lied t o laborat ory and field .App licati on results de monstrate that the analyzer has the merits of fast ti m e res ponse,excellent modeling capability,high accuracy and l ow maintenance cost,and can deal with comp lex industrial envir onment .Key words:near infrared;s pectr oscopy analysis;on 2line1 引 言近红外光谱区域按AST M 定义是指波长在780～2526n m 之间电磁波。
这一区域兼备了可见光区信号容易获取与红外光区光谱分析信息量丰富两方面的优点。
由于近红外区的倍频与合频吸收强度弱,光谱谱带宽而复杂,重叠严重,在早期限制了近红外光谱技术的应用。
光电与计算机技术的不断发展,特别是化学计量学在分析领域的广泛应用,大大推动了近红外分析技术的发展[1]。
近红外光谱分析技术被誉为“多快好省的绿色分析技术”,是最符合目前工业生产需求的一种分析技术,在发达国家被广泛应用于大型工业生产过程的在线分析。
在线近红外光谱分析技术主要具有以下优势:1)仪器简单,分析速度快;2)无浪费、无污染,容易实现无损和在线检测;3)适应性广,几乎适合各类样品(液体、粘稠体、涂层、粉末和固体)分析;4)多组分多通道同时测定;5)可使用光纤,实现远程分析检测。
基于以上优点,近红外光谱分析已成为现代过程分析中的主流技术之一。
经济的快速发展,必将导致生产模式由粗放型532 仪 器 仪 表 学 报第30卷向精确控制型迅速转变。
生产过程控制需要依赖先进的分析技术为其提供原材料、中间产品和最终产品“直接”质量参数(如组成、物理性质、化学性质和形态性质等)的实时信息,以便及时调整生产过程参数,使生产过程得到最优化配置。
传统的工业分析方法越来越无法满足现代工业过程的分析需求,而近红外光谱分析技术从生产原材料的鉴定,到生产过程中各参数的测定和中间产品的组分分析直至最后的成品品质分析,几乎可用于每一个质量控制环节,实现对生产过程的连续、实时的过程监控[229]。
国内近红外光谱分析仪器大都依赖进口,进口产品高昂的价格和脱节的售后技术服务阻碍了该技术在我国的普及,严重影响了我国生产控制技术水平的进步。
此外,近红外光谱分析技术能否有效工作,很大程度上依赖于校正模型,国外仪器的校正模型不仅价格昂贵,而且不适合国内的样品。
因此,研制具有完全自主知识产权,性能与国外知名仪器相媲美的在线近红外光谱分析仪已刻不容缓。
本文主要介绍了所研制的在线近红外光谱分析仪的总体设计及主要结构,并对其进行实验室及现场在线测试。
2 仪器系统2.1 在线近红外分析系统在线近红外分析系统按测样方式分为在线透射分析系统和在线漫反射分析系统。
在线透射分析主要用于液体样品的测量;在线漫反射分析主要用于固体样品的测量。
图1为在线近红外分析系统框图,其中图1(a )为在线透射分析系统,图1(b )为在线漫反射分析系统。
在线透射分析系统主要包括快速回路、样品预处理、流通池、回收系统和在线近红外光谱分析仪主机。
样品从快速回路中流入,通过预处理(除杂质、除泡、恒温、恒压)后进入流通池进行光谱采集,测量后的样品被回收系统回收。
光信号则经光纤进入分析仪主机进行性质预测。
与在线透射相比,在线漫反射分析系统相对简单。
主要包括在线近红外光谱分析仪主机和在线漫反射探头。
漫反射探头中的光源发出的光与固体样品作用后,被光纤收集,进入在线分析仪主机进行样品性质预测。
2.2 在线近红外光谱分析仪在线近红外光谱分析仪包括分析仪主机和测样附件。
按测量方式不同可分为在线漫反射分析仪与在线透射分析仪,两者主要区别在于测样附件的不同。
图2为在线透射近红外光谱分析仪主机结构示意图。
主要包括光谱仪、光源、接口电路以及数据处理模块,此外还包括正压防爆模块等辅助单元。
从光源发出的光经过光纤传输到流通池,准直后与待测液体作用并被透镜收集进入光纤,传输到主机内的光谱仪获得光谱信号,经处理得到性质结果。
图2 近红外光谱分析仪主机Fig .2The near infrared s pectr oscopy analyzer 接口电路实现分析仪和外部设备之间的数据和状态信息的通讯,并进行反馈控制。
通过GPRS 模块实现远程数据传输和分析仪运行状态的远程监控。
正压防爆模块等辅助单元保证了分析仪的正常高效运行,并可应用于对安全有较高要求的场合。
测样附件主要包括在线透射流通池、在线浸入式光纤透射探头和在线漫反射探头。
在线透射流通池主要测量流动性较好的液体样品;在线浸入式光纤透射探头主要用于测量透光性和流动性好的液体,可直接安装于液体管道,实现原位测量,其缺点是测量环境如气泡、液体的温度和压力变化会影响测量结果;在线漫反射探头主要用来测量固体颗粒和粉末。
在线近红外光谱分析仪的另一重要部分是分析模型,分析模型在近红外光谱分析中处于核心地位。
只有建立稳定性、可靠性和动态适应性好的优秀分析模型,才 第3期叶华俊等:在线近红外光谱分析仪的研制及应用533能对分析对象进行有效监控。
3 仪器光谱性能测试对研制仪器的主要性能作了系统的测试,获得光谱范围、光谱分辨率、波长准确性和重复性、吸光度线性、吸光度噪音等性能指标参数。
测试结果如下:光谱范围为1000nm～2500nm;波长重复性小于0.02nm;在15度到35度温度范围内,波长漂移小于0.10nm;分辨率小于6nm;杂散光小于0.1%(1692nm);全谱扫描时间小于0.2秒。
仪器波长准确性、吸光度线性和吸光度噪声实测参数与USP1119(美国国家药典)要求对比列于表1。
表中显示所研仪器的实测参数远超过相关国际标准中对近红外仪器的指标要求。
表1 在线近红外光谱仪的主要性能参数与USP1119对比Table1Co m par ison of the ma i n perfor mance param eters of the ana lyzer w ith those of the USP1119性能参数USP1119要求仪器实测参数波长准确性±1.0nm(1200nm)<0.1nm(1128.7nm)±1.0nm(1600nm)<0.1nm(1529.5nm)±1.5nm(2000nm)<0.1nm(1970.1nm)吸光度线性斜率=1±0.05,截距=±0.05(1150-1250nm,1550-1650nm,1950-2050nm)斜率0.996,截距-0.0186(1150-1250nm);斜率0.991,截距-0.0170(1550-1650nm);斜率0.987,截距-0.0150(1950-2050nm)光谱噪音高透过率RMS< 3.0×10-4高透过率RMS=1.3×10-5低透过率RMS< 1.0x10-3低透过率RMS=7.0×10-54 应用数据分析4.1 实验室建模使用分析仪获取44个93号汽油样本的近红外光谱数据,用于测定汽油的辛烷值(RON)。
随机选取31个样本数据建模,并用剩下的13个样本进行验证,结果如图3所示。
图3为汽油辛烷值的化学值与预测值的相关图,可见预测结果较好,其中校正和验证相关系数分别为Rc=0.949和R v=0.941,校正标准偏差和验证集预测标准偏差分别为SEC=0.114和SEV=0.178,优于国外同类仪器指标(国外仪器的预测标准偏差在0.3左右)。