高光谱检测技术精品PPT课件

使透射光强减弱的原因:光的吸收与光的散射
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其中，α：吸收系数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
β：散射系数
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3. 近红外光与固体样品的作用
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食品物料的光学 特性主要包括光反射率 、光透过率、光吸收率 、光密度、光发射现象
等，如图。
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小麦中各成分的光谱
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4.分子吸收能量后发生的变化
分子吸收一个光子后，分子就从基态跃迁到激发态；反之，当 分子释放一个光子，分子能量降低的程度与光子的能量相当。
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对称伸缩振动---非对称伸缩振动---摇摆振动---摇摆振动 ---弯曲振动---剪切振动
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三、 近红外光谱的常见分析方法
透射光光谱法
反射光谱法
可用于 定性和
定量 分析
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n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。
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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。
) • 拓扑( topo logy, TP)法
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四、近红外光谱定量分析的流程与步骤
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五、近红外光谱分析技术的优缺点
优点： （1）快速，通常30秒内就可给出分析结果，可进行在线分析； （2）制样简单； （3）信息量大，可同时测定多组分； （4）经定标建模后，无须用其他常规化学分析手段，不使用有毒 有机 试剂，无污染； （5）非破坏性分析，可实现产品的无损质量检测； （6）可使用光纤，从而可实现远程分析检测。
其中 I:
c:
透射光强度； I0: 入射光强度 特定成分的浓度(concentration)
: 特定成分在某吸收波长处的吸收系数 (absorptivity)
L: 光程长(样品的厚度, pathlength)
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二、 近红外光谱分析原理
• 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X-H （X=C、N、O）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。
• 各种多元校正技术有多元线性回归法(mu ltiple linear regression, MLR )
• 主成分回归法( principa l component regression, PCR )
• 偏最小二乘法( partia l least square, PLS) • 人工神经网( art ific ia lneura l ne tw ork, ANN
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2. 光散射的定义及物理解释
光的散射定义: 指由于媒质中存在的气体，液体或固体的微小粒子对光
束的影响，使光波偏离原来的传播方向而向四周散射的现 象
物理解释：
A: 强调粒子概念－－分子场吸收一个光子的 同时，发射一 个光子（拉曼散射）
B: 强调波动概念－－由于物质密度的起伏光被散 射瑞利散射）
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散射引起反射，折射及衍射：散射是衍射的一种特 殊情况，即散射是细微粒子（比波长要小）的衍射 效应。
原子轨道刻划了原子中的电子的分布，同理，分子轨道描述了 分子中电子的分布。
在电子跃迁过程中，电子从一个分子轨道跃迁到另一个轨道， 并伴随着分子能量的增加或者减少。
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5.光谱测量的基本方法
（1）透射率（Transmittance）
– T=I/I0 (一般采用百分比)
（2）吸光度（Absorbance）
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定性分析常用的方法
• 聚类分析是典型的无监督模式识别方法, 利用同类样本 彼此相似, 即物以类聚 , 聚类分析就是使相似的样本聚 在一起, 从而达到分类的目的
• 另一种常用方法是Mahananobis距离, 其核心是通过多波 长下的光谱数据, 定量描述出测量样本离校正集样本的 位置, 因而在光谱匹配、异常点检测和模型外推方面都 很有用。
– A=lg (I0 /I)
• I0 ： 单色光的入射能量 • I ：光通过样品后的出射能量
（3）反射率R（Reflectance）
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Lambert-Beer Law
理想的情况下，浓度为C的某种特定成分对于某波长光 （辐射）的吸收可用如下公式描述：
I I0 exp(cl)
T I / I0
A lnT cl
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缺点： （1）建立模型需要大量有代表性且化学值已知的样品； （2）模型需要不断的维护改进 ； （3）近红外测定精度与参比分析精度直接相关，在参比方法 精度不够的情况下，无法得到满意结果。
• 目前国际流行的方法是依靠主成分分析( PCA )结合 Mahananob is距离判据 , 既利用了PCA处理不丢失信息 的特点, 又利用Mahananob is距离便于建立定量域值的 优点。
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定量分析常用的方法
• 定量分析是通过多元校正方法建立光谱与组成或性质 间的校正模型, 使用该模型可预测未知样品的组成或 性质。
处理方法： 1和6属于宏观现象，由几何光学就可很好地说明； 2、3、4、5需考虑物质的微观结构及性质。
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X-射线
0,2
紫外
200
红外光谱 可见光 近红外 中远红外 微波
收音机
400-800 1200-2400
纳米
3mm-20cm 10m-30km
-9
1纳米 = 10 米 1000纳米 = 0,000 001 米 = 0,001毫米
第一节 近红外光谱检测技术
一、基本概念 二 近红外光谱分析原理 三、 近红外光谱的常见分析方法 四、近红外光谱定量分析的流程与步骤
五、近红外光谱分析技术的优缺点
六、近红外光谱技术在食品检测中的应用
七、近红外光谱检测系统
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一、 基本概念
1. 光与物质的作用
1、简单透过 2、只改变传播方向（折射、衍射、弹性散射） 3、传播方向和波长同时改变（非弹性散射） 4、被吸收 5、发出不同波长的光 6、简单反射