近红外光谱仪器基础
近红外光谱仪的操作步骤 光谱仪技术指标
近红外光谱仪的操作步骤光谱仪技术指标近红外光谱仪从分光系统可分为固定波长滤光片、光栅色散、快速傅立叶变换、声光可调滤光器和阵列检测五种类型。
滤光片型紧要作专用分析仪器，如粮食水分测定仪。
近近红外光谱仪从分光系统可分为固定波长滤光片、光栅色散、快速傅立叶变换、声光可调滤光器和阵列检测五种类型。
滤光片型紧要作专用分析仪器，如粮食水分测定仪。
近红外光谱仪的操作步骤如下：（1）将烟叶样品全部经60目旋风磨处理，待测：（2）开机（要求在18—24℃范围内启动），持续预热 1.5小时；（3）扫描背景，一般要求四次样品扫一次背景。
在环境要求变化不大时可适当放宽要求；（4）用烧杯量取待测样品约75ml（仅对粉末而言）放入样品杯，样品装填均匀，用压紧器（可做成铜块）压紧样品，要求底部没有裂缝。
（5）将样品杯放入样品室，开始扫描；（6）扫描结束后，取出样品杯，清扫样品；（7）重新装样，进行第二个样品的扫描；（8）样品全部扫描结束后，分析结果。
试样测试完成后，首先应退出FT—IR软件，关闭电脑，最后关闭主机电源。
近红外光谱仪仪器使用的注意事项：A 、保持室内环境相对湿度在50%以下。
KBr窗片和分束器很简单吸潮，为防止潮解，务必保持室内干燥。
同时操作的人员不宜太多，以防人呼出的水气和CO2影响仪器的工作。
B 、维持室内温度相对稳定。
温差变化太大，也简单造成水气在窗片上凝结。
C 、假如条件允许，建议定期对仪器用N2进行吹扫。
D 、尽量不要搬动仪器，防止精密仪器的猛烈震动。
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光谱仪近红外
光谱仪近红外指的是一类光谱仪器，用于检测和分析近红外波段的光谱信息。
近红外波段通常包括700纳米到2500纳米的范围。
近红外光谱仪通过测量物质在近红外光波段的吸收、散射或透射等特性，获取样品的光谱数据，并进一步分析和解释。
近红外光谱具有许多应用领域，包括但不限于以下几个方面：
1.化学分析：近红外光谱仪可以用于化学成分分析、质量控制、反应动力学等方面的研究。
通过检测样品在近红外波段的吸收特性，可以识别和定量分析化合物的种类和含量。
2.农业和食品领域：近红外光谱仪可用于农作物和食品品质的分析。
例如，可以通过近红外光谱技术判断水果的成熟度、检测农产品中的营养成分、预测食品的新鲜度等。
3.药物和生物医学研究：近红外光谱可用于医药领域的药物分析和生物医学研究。
例如，可以通过近红外光谱检测药物的纯度、质量等；同时，在生物医学研究中，近红外光谱被用作非侵入性的、实时的生物体监测工具。
4.环境监测：近红外光谱仪可以用于水质、空气质量、土壤污染等环境领域的监测和分析，帮助评估环境中的污染物含量和类型。
近红外光谱仪的使用使得对物质的分析更加简便、高效、准确，广泛应用于科学研究、工业生产、环境监测等领域。
_近红外光谱解析实用指南_
_近红外光谱解析实用指南_近红外光谱解析是一种非常常用的分析技术，可用于定性和定量分析。
本指南旨在向读者介绍近红外光谱解析的基本原理、仪器设备、样品制备和数据分析方法。
一、基本原理近红外光谱是指在800至2500纳米波长范围内的光谱。
近红外光谱的原理是利用样品中分子振动和拉伸产生的光谱吸收特征来推测样品的成分和属性。
这些光谱特征是由于化学键振动、倾角、水合作用等引起的。
二、仪器设备近红外光谱仪是近红外光谱解析的关键设备。
现在市场上常见的仪器一般采用光栅技术，具有高分辨率和高精度。
仪器的重要参数包括光源、光路、检测器和光谱仪。
选择合适的仪器要考虑样品类型、分析要求和预算。
三、样品制备样品制备对于近红外光谱解析至关重要。
样品制备的目的是使样品以均匀、透明、薄膜形式呈现在仪器上。
常用的样品制备方法包括将样品粉碎后与固体粉末混合，或将液体样品稀释后滴在红外透明基底上。
四、数据分析方法近红外光谱解析的数据处理过程包括光谱校正、预处理、模型建立和模型验证等步骤。
首先，需进行光谱校正，如仪器平滑、波长校准和零点校准等。
接下来，进行样品的预处理，包括去噪、光谱标准化和特征选择等。
然后，构建合适的模型，可以采用主成分分析、偏最小二乘法或支持向量机等方法。
最后，进行模型验证和检验，评估模型的准确度和鲁棒性。
近红外光谱解析的应用非常广泛，涉及农业、食品、化学、药品、生物医学等领域。
它可以用于农产品质量检测、食品成分分析、药品质量控制等。
近红外光谱解析具有快速、非破坏性、准确度高等优点，因此备受研究者和工程师的青睐。
总结起来，近红外光谱解析是一种有效的分析技术，具有广泛的应用前景。
通过正确选择仪器设备，合理制备样品，以及采用科学的数据处理方法，可以实现准确、快速和可靠的分析结果。
希望本指南能够为读者提供有关近红外光谱解析的基本知识和实用指导。
红外光谱分析及FTIR基础知识
红外光谱分析及FTIR基础知识第⼀章红外光谱的基本原理l—1 光的性质光是⼀种电磁波，它在电场和磁场⼆个正交⾯内波动前进．⼆个波峰或波⾕之间的距离为波长，以“ λ”表⽰。
电磁波包括波长短⾄0.1纳⽶的x射线到长达106厘⽶的⽆线电波．其中波长为0.75微⽶到200微⽶，即从可见光区外延到微波区的⼀段电磁波称红外光．红外光通常以微⽶为单位(µm)．1微⽶等于10-4厘⽶(1µm＝10-4cm)，因此，红外光波长以厘⽶为单位时，其倒数就是1厘⽶内的波数(ν)，所以波数的单位ν是厘⽶-1（cm-1）．红外光既可以波长(λ)，也可以波数(cm-1)表⽰，⼆者关系如(1-1)式所⽰：ν（cm-1）=104/λ(µm) (1-1)由于光的能量与频率有关，因此红外光也可以频率为单位．频率(f)是每秒内振动的次数．频率、波长和波数的关系是，f=c/λ=ν*c (1—2)式中：c为光速，是常数(3×1010厘⽶秒); λ是波长(微⽶)；f是频率(秒-1)；ν是波数(厘⽶-1)．由于波数是频率被⼀个定值(光速)除的商值，因此红外光谱中常将波数称为频率．光既有波的性质，⼜有微粒的性质．可将⼀束光看作⾼速波动的粒⼦流，最⼩单位为光⼦．根据爱因斯坦—普朗克关系式，⼀定波长或频率的单⾊光束中每个光⼦具有能量E,E＝hf=hcν=hc/λ (1—3)式中：h为普朗克常量，等于6．63×10-34焦⽿·秒．按(1.3)式可以算出波长2µm(5000厘⽶-1)的红外光⼦能量为6．63×10-34 (焦⽿·秒)x3x1010/2x10-4厘⽶＝9．95x10-20焦⽿．同理波长l0微⽶(1000厘⽶-1)的红外光⼦的能量仅1．99×10-20焦⽿．可见波长短，能量⼤．波长长，能量⼩．1-2 分⼦光谱的种类有机分⼦同其他物质⼀样始终处于不停的运动之中。
近红外光谱仪器比较
近红外光谱仪器比较 一 基本构成 近红外光谱仪的光学部分由：光源、分光系统、测样附件和检测器等部分构成。
（１）光源 近红外光谱仪器最常用的光源是卤钨灯，性能稳定，价格也相对较低。
发光二极管ＬＥＤ是一种新型光源，波长范围可以设定，线性度好，适于在线或便携式仪器。
（２）测样附件：液体多使用透射式测量池，也可采用透射式光纤探头。
（３）检测器：可分为 单点检测器和阵列检测器 金陵石化汽油调和的是单点检测器。
在短波区域多采用Ｓｉ检测器或ＣＣＤ阵列检测器。
在长波区 多采用ＰｂＳ 或 ＩｎＧａＡｓ 或其阵列检测器。
ＩｎＧａＡｓ 检测器的响应速度快，信噪比和灵敏度高，但响应范围相对较窄，价格也较贵。
ＰｂＳ 检测器的响应范围较宽，价格约为ＩｎＧａＡｓ检测器的１／５，但其响应呈较高的非线性。
为了提高检测器的灵敏度，扩展响应范围，在使用时往往采用半导体或液氮制冷，以保持较低的恒定温度。
二 光谱仪的类型 色散型光谱仪由于固有的缺点：扫描速度慢、分辨率低、信噪比低、重复性差。
检测器的作用：检测光通过样品后的能量。
选用检测器要满足下面三点要求： （１）具有较高的检测灵敏度（２）快的响应速度（３）较宽的测量范围 按单色器分类，市场上存在的ＮＩＲ光谱仪可分为：滤光片型、光栅色散型、傅里叶变换型（ＦＴ）、声光可调滤光器型（ＡＯＴＦ）四类。
除采用 单色器 分光外，也有仪器采用多个不同波长的发光二极管作为光源，即 ＬＥＤ型近红外光谱仪。
１．滤光片型 滤光片型仪器采用干涉滤光片进行分光。
光学滤光片是建立在光学薄膜干涉原理上的精密光学滤光器件，利用入射和反射之间相位差产生的干涉现象，得到带宽相当窄的单色光，其半波宽可在１０ｎｍ以下，基本能达到单色器的分光质量。
优点：采样速度快、比较坚固、可制造现场分析的手提式仪器。
缺点：只能在单一或少数几个波长下测定，波长数目有限，若样品的基体发生变化，往往会引起较大的测量误差。
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
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三、近红外光谱定量及定性分析
3.1近红外光谱的定量分析
3.2近红外光谱的定性分析
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3.1近红外光谱的定量分析
近红外光谱的定量分析就利用化学分析 数据和近红外光谱数据建立模型，确定 模型参数，然后以这个模型去定量预测 某些信息（如浓度）的方法。
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定量分析过程具体步骤如下：
1．选择足够多的且有代表性的样品组成校 正集； ２．通过现行标准方法测定校正模型样品 的组成或性质； ３．测定校正模型样品的近红外光谱；
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1.3近红外光谱分析技术的特点
1）分析速度快，测量过程大多可在1min 内完成。因此在日常分析中，包括了样 品准备等工作时间，在5min以内即可得 到数据。近红外光谱分析技术的另一个 特点是通过样品的一张光谱，可以测得 各种性质或组成。 2)适用的样品范围广，通过相应的测样器 件可以直接测量液体、固体、半固体和 胶状体等不同物态的样品光谱。
近红外光谱记录的是分子中单个化学键 的基频振动的倍频和合频信息，它常常 受含氢基团X-H（X-C、N、O）的倍频 和合频的重叠主导，所以在近红外光谱 范围内，测量的主要是含氢基团X-H振动 的倍频和合频吸收。
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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测量。 但在NIR区域，吸收强度弱，灵敏度相对 较低，吸收带较宽且重叠严重。因此， 依靠传统的建立工作曲线方法进行定量 分析是十分困难的，化学计量学的发展 为这一问题的解决奠定了数学基础。
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虽然建立模型所使用的样本数目很有限， 但通过化学计量学处理得到的模型应具有 较强的普适性。对于建立模型所使用的校 正方法，视样品光谱与待分析的性质关系 不同而异，常用的有多元线性回归、主成 分回归、偏最小二乘法、人工神经网络和 拓扑方法等
近红外光谱标准
近红外光谱标准近红外光谱技术作为一种重要的分析技术，在多个领域得到了广泛的应用。
为了规范近红外光谱技术的使用和推广，制定了一系列近红外光谱标准。
本文将介绍近红外光谱标准的主要内容，包括近红外光谱仪器标准、近红外光谱分析方法标准、近红外光谱样品制备标准、近红外光谱数据解析标准、近红外光谱应用领域标准、近红外光谱质量评估标准、近红外光谱安全操作标准以及近红外光谱数据处理标准。
近红外光谱仪器标准近红外光谱仪器是进行近红外光谱分析的基础设备，因此其性能和质量对分析结果有着至关重要的影响。
近红外光谱仪器标准主要包括仪器的基本参数、性能指标、稳定性、可靠性等方面的规定。
例如，仪器的主要技术指标应符合相应的测试方法及技术要求，仪器的稳定性应满足测试要求，仪器的操作应简单方便，仪器的安全性能应符合相关规定等。
近红外光谱分析方法标准近红外光谱分析方法标准是针对具体分析对象和方法制定的标准。
这些标准通常包括样品的前处理方法、光谱采集条件、谱图解析方法等方面的规定。
例如，样品的前处理应遵循一定的流程和规范，以保证样品的代表性和均匀性；光谱采集时应选择合适的波长范围和扫描次数，以保证光谱的质量和可靠性；谱图解析时应采用合适的数学方法和模型，以获得准确的分析结果。
近红外光谱样品制备标准近红外光谱样品制备是进行近红外光谱分析的重要环节之一。
样品制备不当可能会影响光谱的质量和分析结果的准确性。
近红外光谱样品制备标准主要包括样品的制备方法、样品制备过程中的质量控制等方面的规定。
例如，样品制备时应保证样品的代表性和均匀性，样品制备过程中应避免外部因素对样品的影响等。
近红外光谱数据解析标准近红外光谱数据解析是将采集的光谱数据转化为有用的分析结果的过程。
数据解析过程中涉及到数学建模、模型验证等方面，因此需要制定相应的标准来规范这一过程。
近红外光谱数据解析标准主要包括模型建立的方法、模型验证的方法、模型评价等方面的规定。
例如，模型建立时应选择合适的波长范围和变量，模型验证时应采用交叉验证等方法，模型评价时应根据实际应用情况进行评估等。
近红外光谱分析仪的使用 分析仪技术指标
近红外光谱分析仪的使用分析仪技术指标近红外光谱分析仪是利用气体或液体对红外线进行选择性吸取的原理制成的一种分析仪表，它具有灵敏度高反应速度快分析范围宽选择性好抗干扰本领强等特点，被广泛应近红外光谱分析仪是利用气体或液体对红外线进行选择性吸取的原理制成的一种分析仪表，它具有灵敏度高反应速度快分析范围宽选择性好抗干扰本领强等特点，被广泛应用于石油化工冶金等工业生产中。
近红外光谱分析仪的光源是接受上下两个电极的方法，通上电流，电极之间就形成一个火花式光谱仪光源。
在这火花式光谱仪光源中，电极之间空气或其他气体一般处于大气压力。
因此放电是在充有气体的电极之间发生，是依靠电极间流过的电流使气体发光，是建立在气体放电的基础上。
低压火花以及控波型光谱分析仪光源是在电容电场作用下，接受掌控气氛中放电；火花光谱分析仪光源是在直流电场作用下，淡薄掌控气氛中放电；等离子体火花式光谱仪光源是在射频电磁场作用下掌控气氛中放电（电极之间的电压以及电流的关系不遵守欧姆定律的）。
光谱分析仪光源的作用是将待测元素变成气体状态，而后激发成光谱，依据该元素谱线强度转换成光电流，由计算机掌控的测光系统按谱线的强度换算成元素的含量。
光源作用的这种动态过程，就是将样品由固态变成气态，其中一部份元素激发而发射光谱，而这些气态的样品又不断地向四周扩散，分析间隙的气态样品也在不断更新，以求达到一个动态平衡，当火花光谱分析仪光源激发确定时间后，蒸气云中待测元素浓度增大，只有蒸气云中浓度充分大，才能得到大的光电信号。
近红外光谱分析仪是否稳定正常地运行，直接影响到仪器测定数据的好坏，假如气路中有水珠、机械杂物杂屑等都会造成气流不稳定，因此，对气体掌控系统要常常进行检查和维护。
首先要做试验，打开掌控系统的电源开关，使电磁阀处于工作状态，然后开启气瓶及减压阀，使气体压力指示在额定值上，然后关闭气瓶，察看减压阀上的压力表指针，应在几个小时内没有下降或下降很少，否则气路中有漏气现象，需要检查和排出。
红外光谱分析仪基础知识
用于研究生物分子结构和功能，辅助药物研发和 疾病诊断。
3
农业领域
检测农产品中的营养成分和农药残留，保障食品 安全。
行业标准与规范建立
制定统一的仪器性能评价标准
01
规范不同厂商生产的红外光谱分析仪的性能指标。
建立数据共享与互操作标准
02
促进不同仪器之间的数据交换与共享，提高分析结果的可靠性。
样品不纯
采用纯度较高的样品进行 测试，或采用内标法进行 校正。
光谱干扰
检查光谱图是否存在其他 物质的干扰，如水蒸气、 二氧化碳等。
仪器误差
定期对仪器进行校准，确 保仪器性能稳定。
样品制备技巧与注意事项
样品量控制
根据测试需求选择合适的样品量，避免过多或过少。
样品处理
对于不透明的样品，需要进行适当处理以获得准确的 光谱图。
制定安全操作与维护规范
03
确保仪器使用过程中的安全，延长仪器使用寿命。
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应用领域与优势
应用领域
化学、医药、食品、环保、农业、能源等领域。
优势
能够快速准确地分析物质成分和结构，提供丰富的分子结构和化学信息，有助 于科研和生产过程中的质量控制、产品开发以及环境监测等。
02 红外光谱分析仪的基本组 成
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光源系统
总结词
光源系统是红外光谱分析仪的核心部分，负责产生入射到样品的光线。
工作原理
当红外光与物质相互作用时，物质分 子吸收特定波长的红外光，产生分子 振动和转动能级跃迁，通过测量吸收 光谱，可以分析物质成分和结构。
分类与特点
分类
根据应用领域和测量精度，红外 光谱分析仪可分为傅里叶变换红 外光谱仪、色散型红外光谱仪、 光声光谱仪等。
紫外可见近红外光谱仪结构
紫外可见近红外光谱仪结构紫外可见近红外光谱仪（UV-Vis-NIR光谱仪）是一种广泛应用于光学分析领域的仪器，用于测量材料在紫外（UV）、可见（Vis）、近红外（NIR）区域的光谱特性。
下面是UV-Vis-NIR光谱仪的一般结构和组成部分：1.光源：光谱仪通常配备了一个光源，用于产生光束以照射样品。
光源一般采用氘灯或钨灯，来提供紫外和可见光谱范围的光线，同时一些仪器也配备了近红外光源。
2.光学系统：光谱仪的光学系统包括多个光学元件，如反射镜、光栅、滤光片等。
这些元件用于分散和选择不同波长的光，使其通过样品和到达检测器。
光栅是一种常见的光分散元件，用于将光按波长进行分光处理。
3.样品室：样品室是放置样品的装置，以接收光线进行测量。
样品室通常是一个透明的容器，内部装有样品架或样品池。
在紫外可见光谱仪中，样品室通常是光密封的，以防止外界光线的干扰。
4.检测器：用于测量样品室中经过的光线的强度的检测器位于样品室的另一侧。
常用的检测器包括光电二极管（Photodiode）和光电倍增管（Photomultiplier Tube），它们能够将光信号转化为电信号。
近红外光谱仪通常配备更敏感的探测器，如InGaAs探测器。
5.信号处理和数据分析部分：光谱仪配备了相应的电路和软件，用于信号放大、滤波、数据记录和分析。
它可以对接收到的光信号进行处理和展示，在计算机上生成光谱图像，并提供相关的分析结果。
这些部分组合在一起，构成了UV-Vis-NIR光谱仪的基本结构，它们协同工作，使光谱仪能够测量不同波长范围内的光谱特性，应用于物质分析、化学研究和材料科学等领域。
近红外光谱仪的分析方法
近红外光谱仪的分析方法近红外光谱仪（NIR）是一种非破坏性的分析仪器，它可用于分析物质的化学成分和品质特征，适用于食品、制药、化妆品、纺织品等多个领域。
本文将介绍近红外光谱仪的基本原理、分析方法以及仪器的使用注意事项。
基本原理红外光谱是指物质分子在受到一定波数范围内的红外辐射后，分子内部振动和分子间振动引起的特殊谱线。
近红外光谱仪利用一定波数范围内的红外辐射，通过样品对该辐射的吸收、透射和散射来分析样品。
与传统的红外光谱仪相比，近红外光谱仪是在红外光谱的高频段（波数约为4000-10000 cm-1）进行分析，适合于进行定性和定量分析。
分析方法定性分析近红外光谱仪可用于物质的定性分析，通过比较已知样品的光谱图和待测样品的光谱图来确定待测样品的成分。
这种方法适用于样品成分较为单一的物质，如各种单一化合物、药品等。
定量分析近红外光谱仪还可用于物质的定量分析，通过建立样品的定量分析模型，利用仪器测得的光谱图数据计算出待测样品的成分。
这种方法适用于复杂样品或者需要快速分析大量样品的情况，如食品、化妆品等行业的质量控制。
近红外光谱仪所建立的定量分析模型一般分为两种类型：一是基于化学计量学方法（如主成分分析、偏最小二乘法等）建立的模型，二是基于光谱匹配（spectral matching）建立的模型。
校正与验证在建立定量分析模型时，需要进行校正与验证。
校正是指利用部分已知样品数据来建立模型，验证则是指利用另外的已知样品数据来评估模型的可靠性。
建立模型时，一般将样品数据分为校正集和验证集，其中校正集用于训练模型，验证集用于评估模型的预测能力。
仪器使用注意事项样品制备近红外光谱仪的样品制备非常关键。
对于不同行业的样品，有不同的样品制备方法。
如在食品行业中，需要将食品样品研磨成粉末或浸泡在溶剂中；在药品行业中，需要将药品样品溶解后进行稀释。
无论是何种样品制备方法，需确保样品充分混合且无气泡，避免对光谱结果产生影响。
红外光谱分析仪基础知识
4000～400
一. 红外光谱概述
红外吸收光谱常用或曲线来表示。纵坐标 是透射百分比T%，横坐标是波长或波数 （单位是cm-1）。 现横坐标常用波数表示，这样便于与 Raman光谱相比较。如下图所示的是聚 苯乙烯薄膜的红外光谱。 图中向下的是吸收峰，向上的是谷。
一. 红外光谱概述
一. 红外光谱概述
红外光谱分析仪基础知识
0807044222 王阳波
目录
一. 红外光谱概述 1. 红外光区的划分 2. 红外光谱法的特点 3. 产生红外吸收的条件 二. 红外光谱仪 1. 红外光谱仪的主要部件 2. 红外光谱仪的分类 3. 红外光谱仪各项指标的含义
目录
三．红外光谱仪的应用 四．红外试样制备 五．红外光谱仪的新进展
二. 红外光谱仪
碳化硅棒 尺寸为50×5mm,工作温度1300-1500K。与 能斯特灯相反,碳化硅棒具有正的电阻温度系数, 电触点需水冷以防放电。其辐射能量与能斯特灯 接近,但在>2000cm-1区域能量输出远大于能斯 特灯。 白炽线圈 用镍铬丝螺旋线圈或铑线做成。工作温度约 1100K。其辐射能量略低于前两种，但寿命长。
二. 红外光谱仪
10倍），在FTIR及GC-FTIR（气相色谱-傅立叶 变换红外光谱联用技术）仪器中获得广泛应用。 此外，PbS检测器常用于近红外区室温下的检测。 以上两个部件是色散型红外光谱仪和傅立 叶红外光谱仪所共有的，对于色散型红外光谱仪 还有几个关键部件：如单色仪、光栅、狭缝等； 对于傅立叶变换红外光谱仪，它还有迈克耳孙干 涉仪、分束器、透明窗片、数据处理系统等关键 部件。下表是一些分束器的介绍：
一. 红外光谱概述
1. 红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，其波长范 围约为0.75～1000µm。根据实验技术和应用 的不同，通常将红外区划分成三个区：近红外光 区（0.75～2.5µm)，中红外光区(2.5～25µm） 和远红外光区（25～1000µm)，如下表：其中 中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红 外光谱就是指中红外区的红外光谱。
近红外光谱分析技术
分类
①短波近红外 （700-1100nm）
②长波近红外 （1100-2500nm）
三、近红外光谱的产生
分子在近红外谱区的吸收主要是由于分子内部振动状态的变化而产 生的，近红外区主要对应的是能量更高的合频或倍频吸收，这主要 是由于在分子振动中存在谐性振动和非谐性振动。
能量跃迁:
基频跃迁（对应分子振动状态在相邻
近红外光谱分析技 术
原理
仪 器
结
构
数据 分析
应用
原理
一、近红外光谱分析技术的发展 可简单概括为：
1800年发 现
19s80年 代
20s50年 代中后期
20世纪 60年代
中期
20s80年 代后
20世纪 90年代
二、近红外光谱的产生
区域
介于可见光与中红外之间 的近红外波段。整个谱区 波长范围根据ASTM定义为 780-2526nm,在一般应用中 将波长在700-2500nm（波 数14286-4000cm-1）作为 近红外谱区。
R）。
对于标准测试板，其绝对反射率为R：s
Is I0
②
对于测试样，其绝对反射率为：Rt
It I0
③
则 将相相对对反反射 射率 率定 代义入为①：代R替 绝RRst对反IIst射率，①变为KS： (1
R) 2R
2
f
(R)
④
⑤
式 此中 在散K与射被系测数物不质变的的摩条f尔(件R)吸下收，系显 数然
6
由于一种基团在近红外光谱区的多个波长处有吸收， 且近红外光谱谱峰较宽，致使多组分样品的近红外光 谱在一个波长处有多个谱峰的重叠。
近红外光谱仪的使用教程
近红外光谱仪的使用教程近红外光谱仪（Near-Infrared Spectrometer，简称NIR）是一种常用的分析仪器，广泛应用于农业、食品、医药、化工等领域。
它能够通过测量样品在近红外光波段的吸收和散射光来确定样品的物理、化学及结构性质。
本篇文章将介绍近红外光谱仪的使用方法和注意事项，以帮助读者更好地利用该仪器。
仪器准备在操作近红外光谱仪之前，首先需要对仪器进行准备。
确保设备工作正常并经过校准是十分重要的。
首先，检查光源是否亮度均匀、光束是否齐整。
其次，确保样品舱及光学部件的清洁度，以免影响测量结果。
最后，进行仪器校准，确保光谱仪的准确性和稳定性。
样品处理在使用近红外光谱仪前，需要对样品进行适当的前处理，以保证测量结果的准确性。
样品通常需要经过研磨、过滤或稀释等步骤，以确保样品均匀、无颗粒和适宜的浓度。
此外，还需要注意样品的温度和湿度，以免对测量结果产生影响。
光谱测量在进行光谱测量时，需要选择适当的光谱范围和参数，以获得最佳的结果。
一般来说，近红外光谱仪有两种测量模式：反射和透射。
反射模式适用于固体样品和粉末样品，而透射模式适用于液体和溶液样品。
在选择测量模式时，根据样品的性质和要求进行选择。
数据分析获取光谱数据后，需要对数据进行分析和解读。
常见的数据处理方法包括预处理、特征提取和模型建立等。
预处理是指对数据进行平滑、去噪、标准化等操作，以提高数据的质量和可解释性。
特征提取是将复杂的光谱数据转化为可理解的数据特征，以便进一步分析和识别。
模型建立是利用已知样品的光谱数据建立模型，并利用该模型对未知样品进行分类、定量和质量控制等。
注意事项在使用近红外光谱仪时，需要注意以下几点。
首先，避免光源和检测器受到干扰，保持实验环境的干净和安静。
其次，校准仪器的频率要求，以确保测量结果的稳定性和准确性。
此外，注意样品舱的温度控制，以免样品受到热辐射的影响。
总结近红外光谱仪是一种重要的分析工具，它能够提供大量关于样品性质和组成的信息。
近红外光谱分析仪原理
近红外光谱分析仪原理
近红外光谱分析仪是一种可以通过测量样品吸收、散射或透射近红外光的仪器，用于分析和确定样品中的化学成分或性质。
其工作原理基于近红外光与样品发生相互作用后产生的能量变化。
每种化学物质都有其特定的分子结构和化学键，因此它们对于不同波长的光有不同的吸收特性。
近红外光谱分析仪利用这一原理进行定量或定性分析。
其工作原理大致可以分为光源、样品传感器和信号处理三个主要部分。
首先，近红外光谱分析仪会通过一个光源产生一束包含不同波长的近红外光。
这种光通过一系列的透镜和光学器件进行聚焦和传输，最后照射到样品表面。
其次，样品表面的化学物质会吸收或散射部分近红外光。
这些吸收或散射过程会导致透射光中特定波长的光强发生变化。
近红外光谱分析仪会采用一个传感器，如光电二极管或光电探测器，来测量透射光的强度。
传感器会将吸收或散射光转化为电信号，并将其传送至信号处理部分。
最后，信号处理部分会对接收到的电信号进行处理和分析。
这些处理方法包括光谱解析、数学算法和化学模型等。
光谱解析可以通过比较样品的光谱特征与已知标准光谱进行拟合，从而确定样品中的化学成分。
数学算法则可以通过对光谱数据进行处理和加工，提取有关样品的相关信息。
化学模型则可以利用已知样品的光谱数据训练模型，从而实现对未知样品的分类或
定量分析。
综上所述，近红外光谱分析仪利用样品对近红外光的吸收或散射特性，通过测量透射光的强度和进行信号处理，实现对样品化学成分或性质的分析和确定。
这种仪器可以广泛应用于食品、药品、化工等各个领域，并在质量控制、过程监测和研究开发等方面发挥着重要作用。
近红外光谱仪的分析原理 光谱仪工作原理
近红外光谱仪的分析原理光谱仪工作原理近红外光谱仪的分析原理近红外光（Near Infrared，NIR）是介于可见光（VIS）和中红外光（MIR）之间的电磁波， ASTM 定义的近红外光谱区的波长范围为 780～2526nm （12820～3959cm1），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。
近红外光谱紧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，记录的紧要是含氢基团X—H（X=C、N、O）振动的倍频和合频吸取。
不同团（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取波长与强度都有明显差别，NIR 光谱具有丰富的结构和构成信息，特别适合用于碳氢有机物质的构成与性质测量。
但在 NIR区域，吸取强度弱，灵敏度相对较低，吸取带较宽且重叠严重。
因此，依靠传统的建立工作曲线方法进行定量分析是特别困难的，化学计量学的进展为这一问题的解决奠定了数学基础。
其工作原理是，假如样品的构成相同，则其光谱也相同，反之亦然。
假如我们建立了光谱与待测参数之间的对应关系（称为分析模型），那么，只要测得样品的光谱，通过光谱和上述对应关系，就能很快得到所需要的质量参数数据。
操作近红外光谱仪的注意事项近红外光谱仪紧要广泛应用于对液体状样品的化学、物理性质作定量分析，由于仪器在常规光纤中有良好的传输性，且仪器简单、分析速度快、对样品不会造成破坏、测试时对样品需求小等优点，在在线分析中得到广泛使用。
在操作近红外光谱仪的过程中要注意以下事项：1、近红外光谱区范围为780～2526nm，是介于可见光和中红外光之间的电磁波，在检测样品前首先要了解测试光谱的范围。
2、在使用前还要对仪器进行校正，近红外光谱仪的校正相对比较麻烦，为了得出精准的数值，一般需要80个以上的代表性样品用来进行校正，这一步骤通常称为模型建立。
3、在检测过程中，首先用近红外光谱仪测定样品的光谱区，通过软件自动对模型库进行检索，选择正确模型计算待测样品质量参数。
药检培训(仪器)liuxu-近红外光谱仪器简介
分子振动
分子转动
电磁转动
Wavelength (m)
1010
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1
1
101
振动光谱理论
I0 I反射.
光源
I透射
I散射.
反射率: 透过率:
R = Iscatt/I0. T = Itrans/I0.
透过率: 透过率 Beer定律 定律
3,960 cm -1 (2,526 nm) 104
近 红 外
108
107
106
105
103
中红 外 红外
102
101
1
10-1 10-2 10-3
核磁 振动 Radio, TV 无 线电波
γ-射线X–射 线来自紫外可 见远红外
电子自旋振 动 微波
Interaction
原子核转变
内层电 子的跃 迁
外层电子的跃迁
仪器自检时参数的物理意义
信噪比: 用峰/峰值计）表示仪器的灵敏度， 信噪比:（用峰/峰值计）表示仪器的灵敏度，允许最小 值是625（针对光纤），如果低于625则光谱图的噪音 值是625（针对光纤），如果低于625则光谱图的噪音 625 ），如果低于625 较大，仪器自动检验将不能通过。 较大，仪器自动检验将不能通过。
测样方式
测样方式在此指仪器可提供的样品光谱采集形式， 测样方式在此指仪器可提供的样品光谱采集形式，有些仪 器能够提供透射、漫反射、光纤等多种测量方式。 器能够提供透射、漫反射、光纤等多种测量方式。
软件功能以及数据处理能力
软件是现代近红外光谱仪器的重要组成部分， 软件是现代近红外光谱仪器的重要组成部分，软件一 般由光谱采集软件和化学计量学处理软件两部分组成 。不同公司的软件差异较大，光谱化学计量学软件一 不同公司的软件差异较大， 般由谱图的预处理、定性或定量校正模型的建立和未 般由谱图的预处理、 知样品的预测三大部分组成。 知样品的预测三大部分组成。有些公司的软件的智能 化程度较高，可以推荐最佳主成分维数等指标， 化程度较高，可以推荐最佳主成分维数等指标，适于 初学者和经验丰富的科学工作者使用； 初学者和经验丰富的科学工作者使用；有些软件的智 能化程度则差些，仅仅适合经验丰富的使用者。 能化程度则差些，仅仅适合经验丰富的使用者。
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7、吸光度范围
吸光度范围也称光谱仪的动态范围，是 指仪器测定可用的最高吸光度与最低能检测到 的吸光度之比。 吸光度范围越大，可用于检测样品的线 性范围也越大。
8、基线稳定性
基线稳定性是指仪器相对于参比扫描所得 基线的平整性，平整性可用基线漂移的大小来衡 量。 基线的稳定性对我们获得稳定的光谱有直 接的影响。
各种类型的特点与性能比较
类型
光栅扫描 傅立叶 阵列 AOTF 特点
移动部件, 光通量低 移动部件, 光通量中 无移动部件, 光通量中 无移动部件, 光通量高
分辨率
低
扫描速度
慢信噪比低高中高中
快
中
高
快
高
2、分光系统
分光系统的作用是将多色光转化为单色光， 是近红外光谱仪器的核心部件。 根据分光原理的不同，现代近红外光谱仪器 的分光器件主要有滤光片、扫描光栅、傅立叶干 涉仪、二极管阵列、声光可调滤光器等几种类型。
3、检样器件
检样器件是指承载样品或与样品作用的器 件。由于近红外光及样品近红外光谱的特点， 近红外光谱仪器的检测器件随测样方式的不同 有较大的差异。 就实验室常规分析而言，液体样品根据选 定使用的光谱区域可采用不同尺寸的玻璃或石 英样品池；固体样品可采用积分球或特定的漫 反射载样器件；有时根据样品的具体情况也可 以采用一些特殊的载样器件。 在定位或在线分析中经常采用光纤载样器 件。
5、吸光度准确性
吸光度准确性是指仪器对某标准物质进行 透射或漫反射测量，测量的吸光度值与该物质标 定值之差。 对那些直接用吸光度值进行定量的近红外 方法，吸光度的准确性直接影响测定结果的准确 性。
6、吸光度噪音
吸光度噪音也称光谱的稳定性，是指在 确定的波长范围内对样品进行多次扫描，得到 光谱的均方差。
11、数据采样间隔
采样间隔是指连续记录的两个光谱信号 间的波长差。 很显然，间隔越小，样品信息越丰富， 但光谱存储空间也越大；间隔过大则可能丢失 样品信息，比较合适的数据采样间隔设计应当 小于仪器的分辨率。
12、测样方式
测样方式在此指仪器可提供的样品光谱 采集形式。有些仪器能提供透射、漫反射、 光纤测量等多种光谱采集形式。
2、光谱的分辨率
光谱的分辨率主要取决于光谱仪器的分光 系统，对用多通道检测器的仪器，还与仪器的像 素有关。分光系统的带宽越窄，其分辨率越高， 对光栅分光仪器而言，分辨率的大小还与狭缝的 设计有关。 仪器的分辨率能否满足要求，要看仪器的 分析对象，即分辨率的大小能否满足样品信息的 提取要求。例如二甲苯异构体的分析，一般要求 仪器的分辨率好于1nm。
13、软件功能
软件是现代近红外光谱仪器的重要组成 部分。 软件一般由光谱采集软件和光谱化学计 量学处理软件两部分构成。前者不同厂家的仪 器没有很大的区别，而后者在软件功能设计和 内容上则差别很大。
软件功能的评价要看软件的内容能否满 足实际工作的需要。
三、近红外光谱仪的分类
1、按用途分类的仪器
光谱处理分析软件主要对检测器所采集的光 谱进行处理，实现定性或定量分析。
6、记录仪
一般用打印机作为记录仪，用来打印样品的 光谱或定性、定量分析的结果。
二、仪器性能指标 1、仪器的波长范围
对任何一台特定的近红外光谱仪器，都有其有效
的光谱范围，光谱范围主要取决于仪器的光路设计、 检测器的类型以及光源。 近红外光谱仪器的波长范围通常分两段，700～ 1100nm的短波近红外光谱区域和1100～2500nm 的长波近红外光谱区域。
3、波长准确性
光谱仪器波长准确性是指仪器测定标准物 质某一谱峰的波长与该谱峰的标定波长之差。 波长的准确性对保证近红外光谱仪器间的 模型传递非常重要。为了保证仪器间校正模型的 有效传递，波长的准确性在短波近红外范围要求 好于0.5nm，长波近红外范围好于1.5nm。
4、波长重现性
波长的重现性指对样品进行多次扫描，谱峰 位置间的差异，通常用多次测量某一谱峰位置所 得波长或波数的标准偏差表示（许多傅立叶变换 的近红外光谱仪器习惯用波数cm-1表示）。 波长重现性是体现仪器稳定性的一个重要指 标，对校正模型的建立和模型的传递均有较大的 影响，同样也会影响最终分析结果的准确性。一 般仪器波长的重现性应好于0.1nm
二极管阵列检测器型
256 255
Sample
3 2 1
Detector
采用固定光路、光栅分光、阵列检测器构成的 近红外光谱分析仪器具有性能稳定、扫描速度快、 分辨率高、信噪比高和性能价格比好等特点。 它通过如同蜻蜓复眼一样的多通道阵列检测器 接收不同波长下的光谱，从而避免了光栅或单检测 器等部件的移动，实现了光路的固定。
9、杂散光 杂散光定义为除要求的分析光外其它到达样品
和检测器的光量总和，是导致仪器测量出现非线性 的主要原因，特别对光栅型仪器的设计，杂散光的 控制非常重要。 杂散光对仪器的噪音、基线及光谱的稳定性均 有影响。一般要求杂散光小于透过率的0.1％。
10、扫描速度
扫描速度是指在一定的波长范围内完成1次扫描所需 要的时间。 不同设计方式的仪器完成1次扫描所需的时间有很大 的差别。例如，电荷器件多通道近红外光谱仪器完成1次 扫描只需20ms，速度很快；一般傅立叶变换仪器的扫描 速度在1次/s左右；传统的光栅扫描型仪器的扫描速度相 对较慢，但目前也有一些光栅扫描型仪器采用新的设计形 式，扫描速度达到了2次/s；最新出现的AOTF近红外仪器 由于采用了先进的声光调制器件，其速度可达到16000波 长点/s，即30次/秒。
近红外光谱仪器
近红外光谱分析仪器提供具有高测量精度
的光谱，作为被测样品信息的载体，是整个近
红外分析的基础。
一、仪器构造
近红外光谱仪器不管按何种方式设计， 一般由光源、分光系统、载样器件、检测 器和数据处理以及记录仪（或打印机）等 几部分构成。
1、光源
光源的基本要求是在所测量光谱区域内发 射足够强度的光辐射，并具有良好的稳定性。 光源的稳定性主要通过高性能的光源能量监控 和可靠电路系统来实现的。另外，为避免低波 长的辐射光对样品吸收近红外光的影响，在光 源和分光系统间常加有滤光片。 最常见的光源为溴钨灯。由于溴钨灯有一 定的使用寿命，更换灯时要注意灯的位置和安 装角度。
实验室型近红外光谱仪
专用近红外仪表 在线近红外分析仪
2、按分光原理分类
滤光片 光栅扫描型 傅立叶变换（FT） 二极管阵列 声光可调滤光器（AOTF）
滤光片型
滤光片型主要作专用分析仪器，如粮食水分测定仪。 由于滤光片数量有限，很难分析复杂体系的样品。
光栅扫描单检测器型
光栅扫描式具有较高的信噪比和分辨 率，但由于仪器中的可动部件（如光栅轴） 在连续高强度的运行中可能存在磨损问题， 从而影响光谱采集的可靠性，不太适合于 在线分析。
AOTF
声光可调滤光器是采用双折射晶体，通过改变射频频率 来调节扫描的波长。整个仪器系统无移动部件，扫描速度快。
AOTF技术特点
AOTF滤光器体积小、重量轻，仪器小型化。 AOTF为全固态分光器件。无移动部件，抗震性能好，光谱 仪光学部件采用全密封设计，温度、湿度、粉尘等环境条 件对仪器没有任何影响，仪器工作稳定。 仪器采用双光路设计，仪器的抗干扰能力强。 分光系统采用最优化的光路设计，信号能量大。信噪比高， 通常比傅立叶型仪器高1-2 个数量级。 采用电子信号控制扫描。波长切换快，重现性好，扫描速 度快。扫描速度可达16000波长点/秒。 扫描范围广，可实现全光谱扫描，也可以在扫描范围内任 意选定一组波长扫描，节省测量时间。
4、检测器
检测器由光敏元件构成，其作用是检测近 红外光与样品作用后携带样品信息的光信号， 将光信号转变为电信号，并通过模数转换器以 数字信号形式输出。
检测器有单通道和多通道两种检测方式。 前者是经过光谱扫描，逐一接受每个波长下的 光信号。
5、控制及数据处理分析系统
一般由仪器控制、采谱和光谱处理分析两个 软件系统和相应的硬件设备构成。 前者主要功能是控制仪器各部分的工作状态， 设定光谱采集的有关参数，如光谱测量方式、扫 描次数、设定光谱的扫描范围等，设定检测器的 工作状态并接受检测器的光谱信号。
傅立叶变换
傅立叶变换 时域 信号 频域 信号
傅立叶变换的优缺点
优点： 傅立叶变换近红外光谱仪通过采用麦克尔逊干 涉仪对光进行干涉来达到分光的目的，从而具有较 高的分辨率。 缺点： 是仪器中仍然存在移动性部件（干涉仪中）， 因此不能保证仪器的长期稳定性。另外，它需要把 光束大小始终(从光源至样品、再到检测器)维持在 一个细小范围内(直径约2mm)，这样一来便限制了 检测器的设计，使它不能采用多通道大型检测器来 提高信噪比。