分子光谱分析

仅需很少制样
检测样品表面 非破坏性 某些情况可穿透包装 不能分析荧光和黑色样品
检测指标
水分、蛋白、脂肪 水分、蛋白、脂肪 水分、碘值、酸价 水分、蛋白、脂肪、灰分、纤维、氨基酸
饲料成品
各类谷物 粮食行业 谷物加工产品 石化行业 纺织行业 水果行业 各类燃油 纤维布料 各种水果
水分、蛋白、脂肪、灰分、纤维
水分、蛋白、脂肪 水分、蛋白、脂肪、灰分、淀粉 馏程、馏点、组分含量、抗爆指数 定性判别布料成分、布料成分含量 糖度、酸度、硬度
近红外光谱定量分析基础
透射检测理论基础：
郎伯—比尔定律
漫反射检测理论基础：
Kubelka-Muk方程
吸光度与样品浓度呈线性比例关系
近红外光谱定量分析基础

Y 表示样品浓度（组分含量） X 表示吸光度 b 表示系数
近红外光谱定量分析基础
关键是如何求出 系数b 近红外光谱重叠严重、复杂度高，决定近红外光谱 分析必须使用多元信息处理技术
拉曼光谱技术及应用
拉曼光谱仪器-TruScan
手持式拉曼光谱仪


原辅料鉴别 包装塑料鉴别 成品确认/打假
拉曼光谱检测原理
拉曼散射 具有量子效应 可被解析
拉曼光谱应用


物料定性鉴别---可鉴别内容物和包装材料 物料打假鉴别工作
拉曼光谱应用适用性
红外、近红外、拉曼光谱比较
红外光谱
强吸收 光纤不适用
20世纪80年代
20世纪90年代
机械光栅扫描； 阵列式光谱仪； FT-NIR； PLS
21世纪初
数字光栅扫描技术； 高精度FT技术； MEMS技术； 改进的PLS； ANN； 模型传递效果更好； 网络化模型管理；
仪器
滤光片光谱仪；
化学计量学 MLR 方法
模型
模型种类少； 模型传输性差； 应用范围有限；
手持式 FTIR分析仪 化学物识别 医药鉴别 打假

650 - 4000 cm-1 @ 4 cm-1 分辨率 单次反射金刚石衰减全反射ATR 坚固稳健-温度、振动、坠落、防水
FT 检测方式
FT IR仪器应用—医药鉴别
人血白蛋白鉴别
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
模型种类更加丰富； 可实现模型传递；
仪器分光检测

光栅扫描式分光 连续光谱 仪器精度高

光栅分光阵列检测 连续光谱 稳定性好

FT变换检测 连续光谱 仪器精度高
近红外光谱分析仪器
仪器考察关键指标

波长范围 波长准确性 波长重复性 分辨率 吸光度噪声（信噪比）
近红外光谱的应用
粮食、油料、饲料、食品……
近红外 育种检测 育种
近红外 收购检测 收购
近红外 储藏品质检测 储藏
原料 油脂检测
榨油加工
面粉加工
近红外 面粉检测 近红外 饲料检测
近红外 地沟油检测
油品流通
饲料原料
饲料
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
拉曼光谱技术及应用
红外光谱仪器TruDefender FT
吸收光谱
紫外－可见光谱（UV-Vis）、原子吸收光谱（AAS）、 红外光谱（IR）、近红外光谱（NIR）、核磁共振（NMR）等 联合散射 拉曼散射光谱（Raman）
光学技术---分子光谱
光谱产生基础：光的波粒二象性 光谱产生机理：分子吸收特定频率光子产生红外和近红外光谱 分子与光子发生非弹性碰撞产生拉曼光谱

N SD SEC RC RV SEP
Hale Waihona Puke Baidu
建模样品个数 建模样品集方差 建模标准偏差 建模相关系数 交互验证相关系数 预测标准偏差
Mean 建模样品集平均浓度


SECV 交互验证标准偏差

RPD
近红外光谱的应用
行业领域 检测对象
油料原料 油脂行业 油粕产品 油脂 饲料原料 饲料行业

MLR（多元线性回归） PCR（主成分回归） PLS（偏最小二乘回归） ANN（人工神经网络）
MLR建模方法

挑选数个波长的吸光度值X与Y，求出Y与X系数b。
求出b后，采集未知样品光谱X，即可计算未知样品浓度Y
PLS建模方法


MLR主要用于简单样品，在近红外应用中适应于滤光片式型仪器 常用的NIR建模方法为PLS方法 首先介绍主成分分解
近红外光谱
中低强度吸收 可以使用光纤
拉曼光谱
弱散射 可以使用光纤
基团吸收重叠少
可提供指纹信息 特殊光学材料
基团吸收重叠严重
指纹信息少 石英玻璃、蓝宝石
光谱重叠不严重
可提供指纹信息 石英玻璃、蓝宝石
需要制样
检测样品厚度有限 有破坏 不能穿透包装 环境影响大
仅需很少制样
光可深入样品内部 非破坏性 某些情况可穿透包装 不能分析含量低的成分
预测 X未知=T未知P校正 Y未知=T未知B校正Q校正
PLS建模方法特点

既可以使用全部光谱数据又可以使用部分光谱数据 把数据分解和回归融合在一起 PLS方法比较适用于处理变量多而样本数少建模问题 对于非线性体系和质量参数之间相互干扰的数据回归效果优于多 元线性回归方法



NIR分析模型评价指标
近红外、红外与拉曼光谱
近红外光谱谱峰重叠， 需要化学计量学方法 进行解析， 适用于定量分析
红外、
红外和拉曼光谱 具有分子指纹信息， 适合物质定性判定
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
拉曼光谱技术及应用
近红外光谱的原理

通过分子吸收近红外区域的光而产生光谱
近红外光谱的原理
分子光谱分析技术
内容纲要
分子光谱基础 近红外光谱技术及应用 红外光谱技术及应用
拉曼光谱技术及应用
电磁波与光
左边波现象明显，能量弱；右边粒子性明显，能量强
电磁波与光谱分类
光谱形成方式分类
发射光谱 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）、 X射线荧光光谱法（XFS）、分子荧光光谱法（MFS）等

近红外区包含以下化学键的基频振动信息的合频与倍频： C-H, N-H, O-H, S-H, C=O, C=C 倍频吸光系数比中红外基频振动弱数十倍。
近红外光谱的检测方式

漫反射

透射
近红外检测技术
丰富的 模型
近红外 检测技术 化学计量学 软件
高精度 仪器
近红外光谱分析过程
近红外技术发展趋势

主成分分解
PLS建模方法
PLS建模方法
建模
PLS建模第一步，做矩阵分解，其模型为： X=TP+E Y=UQ+F 其中T和U分别为X矩阵和Y矩阵的得分矩阵，P和Q分别为X矩阵和 Y矩阵的主成分矩阵，E和F分别为用PLS模型拟合X和Y时所引进的误差。 PLS建模第二步，将T和U作线性回归 U=TB B为关联系数矩阵