近红外光谱仪的性能指标
近红外光谱仪特性及在牛肉制品检测中的应用
根 误 差 （ｏ ｔ ａ ｑ ａｅｅｒｒｏ ａｉｒ ｔ ｎ，Ｒ ＥＣ 、 ｒｏ ｎｓ ｕ ｒ ｒｏ ｆｃ ｌ ａｉ ｍｅ ｂ ｏ ＭＳ ）
倾 测 均方 根 误差 （ｏ ｔｍｅ ｎ ｑ ａ ｅｅ ｒ ｒｏ ｒ ｄｃｉ ｎ ｒ ｏ ａ ｓ ｕ ｒ ｒｏ ｆｐ ｅ ｉｔ ， ｏ
有相 同基 团 但 结构 略 有 差别 的有 机物 ， 常常 会 出现 谱 带
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色 光 。
多 元 线 性 校 正 和 多 元 非 线 性 校 正 。 其 中 ， 多 元 线 性 校
【 以最 小 二乘 法 为代 表 ，非 线 性校 以人 工神 经 网络 为 ｌ 代 表 。模 建 立 以后 ， 对 模 型 的 性 能 评 估 是 建 立 测 量 模 的甭 要 步骤 ， 日前 通用 的评 价指 标 有 交互 验 证 均 方
ｂ ｅ ｒ ｄ ｃ ｓ Ｍ ｏ ｅ ｖ ｒ ｉ ｅ ｔｒ ｓ ｒ ｏ ａ ｅ ｔ ｏ ｅ ｏ ｔ ｅ ｍｉ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ． ｉ ａｌ ，ｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅ ｆ ｏ ｕ ｔ． ｐ ｒ ｏ ｅ ，ｔ ｆ ａｕ ｅ ｅｃ ｍｐ ｄ ｗｉ ｔ ｓ ｆ ｈ ｒ ｉ ｌ ｔ ｈ ｏ ｏ ｉｓ Ｆ ｎ ｙ ｉ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｏ ｐ ｃ ｓ ｓ ａ ｒ ｈｈ ｏ ｓ ｒ ａ ｅ ｌ ｓ ｐ
医用电气设备 第2-71部分：功能性近红外光谱（NIRS）设备的基本安全和基本性能专用要求说明书
ICS11.040.55CCS C30中华人民共和国国家标准GB 9706.271—202×医用电气设备第2-71部分：功能性近红外光谱（NIRS）设备的基本安全和基本性能专用要求Medical electrical equipment –Part 2-71: Particular requirements for the basic safety and essential performance of functional near-infrared spectroscopy (NIRS)equipment(IEC 80601-2-71:2015,MOD)(征求意见稿)在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。
××××- ××- ××发布××××- ××- ××实施国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会目录前言 (II)引言 (IV)201.1 范围、目的和相关标准 (1)201.2 规范性引用文件 (2)201.3 术语和定义 (2)201.4 通用要求 (5)201.5 ME设备试验的通用要求 (5)201.6 ME设备和ME系统的分类 (5)201.7 ME设备标识、标记和文件 (5)201.8 ME设备对电击危险的防护 (5)201.9 ME设备和ME系统对机械危险的防护 (5)201.10 对不需要的或过量的辐射危险（源）的防护 (6)201.11 对超温和其他危险（源）的防护 (6)201.12 控制器和仪表的准确性和危险输出的防护 (6)201.13 ME设备危险情况和故障情况 (13)201.14 可编程医用电气系统(PEMS) (13)201.15 ME设备的结构 (13)201.16 ME系统 (13)201.17 ME设备和ME系统的电磁兼容性 (13)附录 (14)附录C (15)附录AA （资料性）专用指南和原理说明 (16)附录BB （规范性）应用功能性近红外光谱成像法估ME设备性能 (18)附录CC （资料性）引用基本原则 (26)前言本文件按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
近红外分光光度法指导原则
近红外分光光度法指导原则一、背景介绍近红外（Near Infrared，简称NIR）光是指介于可见光与中红外之间的电磁波，谱区范围是780~2526nm(12820~3959cm-1)，通常又将此波长范围划分为近红外短波区（780~1100 nm）和近红外长波区（1100~2526 nm）。
与中红外相比，该区域主要是O-H，N-H，C-H，S-H等含氢基团振动光谱的倍频及合频汲取，谱带宽，重叠较严峻，而且汲取信号弱，信息解析简单，所以尽管该谱区被发觉较早，但分析价值始终未能得到足够的重视。
近年来，由于计算机与化学统计学软件的进展，特殊是化学计量学的深化讨论和广发应用，使近红外成为进展最快、最引人注目的光谱技术。
与传统的分析方法比较，近红外光谱分析技术拥有很多独到之处。
但和其它析方法一样，近红外分析方法也存在不足之处。
首先，它是一种间接的分析技术，需要通过收集大量具有代表性的标准样品，通过严格细致的化学分析测出必要的数据，再通过计算机建立数学模型，才能猜测未知样品的结果。
而模型的建立需耗用大量的人力、物力和财力；其次，由于NIR谱区为分子倍频与合频的振动光谱，信号弱，谱峰重叠严峻，所以目前还仅能用于常量分析，被测定组分的量一般应大于样品重量的0.1%；此外，在进行近红外光谱分析时，应考虑样品的特征、分析试验的设计及数据处理等多方面的问题，才能取得正确的分析结果，建立牢靠的校正模型是利用近红外实现胜利分析的关键。
二、原理及分析方法由于一张近红外光谱既可以给出活性成分、辅料的化学结构信息、还可以给出活性成分的工艺信息（如晶型、旋光度、密度等）以及制剂的工艺特征信息（如制粒的大小、硬度等）和部分包装材料的结构信息，所以利用近红外光谱，我们既可以做定性分析也可以做定量分析，但与常规的分析方法不同，近红外光谱技术不是通过观看供试品或测量供试品谱图参数直接进行定性或定量分析，而是首先通过测定样品校正集的光谱、组成或性质数据（组成或性质数据需通过其他认可的标准方法测定），采纳合适的化学计量学方法建立校正模型，再利用建立的校正模型与未知样品进行比较，从而实现定性或定量分析。
近红外分光光度法
近红外分光光度法指导原则一、概述近红外（Near Infrared，简称NIR）光是指介于可见光与中红外之间的电磁波，谱区范围是780~2526 nm (12820~3959cm-1)，通常又将此波长范围划分为近红外短波区（780~1100 nm）和近红外长波区（1100~2526 nm）。
与中红外相比，该区域主要是O-H、N-H、C-H和S-H等含氢基团振动光谱的倍频及合频吸收，谱带宽，重叠较严重，而且吸收信号弱，信息解析复杂，所以尽管该谱区被发现较早，但其分析价值一直未能得到足够的重视。
近年来，由于计算机与化学计量学软件的发展，特别是化学计量学的深入研究和广发应用，使NIR光谱分析技术成为发展最快、最引人注目的光谱分析技术。
与传统的分析方法比较，NIR光谱分析技术拥有分析速度快、多指标同时测定、样品无损等许多独到之处。
与其它分析方法一样，NIR光谱分析方法也存在不足之处。
首先，它是一种间接的分析技术，需要通过收集大量具有代表性的标准样品，通过已有的标准分析方法测出准确的参考数据，再运用化学计量学软件建立校正模型，才能预测未知样品的相关信息。
建立可靠的校正模型是NIR光谱分析技术实现成功分析的关键，而模型的建立需耗用大量的人力、物力和财力。
其次，由于NIR 谱区为分子倍频与合频的振动光谱，信号弱，谱峰重叠严重，所以目前还仅能用于常量分析，被测定组分的含量一般应大于0.1%。
此外，在进行NIR光谱分析时，应考虑样品的特征、分析实验的设计及数据处理等多方面的问题，才能获得准确的分析结果，这就需要在样品NIR光谱扫描条件的选择、标准分析方法的建立以及建模方法的优化等方面进行研究。
二、仪器相关背景（一）仪器NIR光谱仪的记录波长范围为780~2526 nm (12820~3959cm-1)。
NIR光谱仪按样品测定方式分为透射和反射两种类型。
仪器由光源、单色器（或干涉仪）、检测器、数据处理系统等组成。
常用的单色器有棱镜型、光栅型、声光可调型和傅立叶变换型。
药典-近红外分光光度法指导原则
药典-近红外分光光度法指导原则近红外分光光度法系通过测定被测物质的近红外谱区（波长范围约在780～2500nm，按波数计约为12820～4000cm-1）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。
近红外光谱主要由C-H、N-H、O-H和S-H等基团基频振动的倍频和合频组成，由于其吸收强度远低于中红外光谱（4000～400cm-1）的基频振动，而且吸收峰重叠严重，因此不能采用常规的红外光谱分析方法对被测物质进行定性、定量分析，而必须对测得近红外光谱数据经验证的数学方法处理后，才能对被测物质进行定性、定量分析。
一、应用范围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，不仅可用于对“离线”供试品的检验，还能直接对“在线”样品进行检测。
可广泛地应用于药品的理化分析。
（一）化学分析1、定性分析可对药品的活性成分、辅料、制剂、中间产物、化学原料以及包装材料进行鉴别。
2、定量分析可定量测定药品的活性成分和辅料；测定某些脂肪类化合物的化学值，如羟值、碘值和酸值等，水分的测定，羟基化程度测定以及溶剂量的控制。
3、过程控制（二）物理分析1、晶型和结晶性、多晶性、假多晶型性和粒度测定。
2、溶出行为、崩解模式、硬度测定。
3、薄膜包衣性质检测。
4、制剂过程控制，如对混合和制粒过程的监测。
二、仪器和仪器性能指标的控制（一）仪器近红外分光光度计的记录波长范围为780～2500nm（按波数计为12820～4000cm-1）。
所有近红外光谱的测定分为透射和反射两种类型。
近红外分光光度计由光源、单色器（或干涉仪）、检测器、数据处理和评价系统等组成。
常用的单色器有声光可调型、光栅型和棱镜型。
高强度的光源石英壳钨灯，如石英卤素钨灯较为常用，钨灯光源较为稳定。
检测器常用的材料有硅、硫化铅、砷化铟、铟镓砷、汞镉碲和氘代硫酸三甘肽。
常规的普通样品池、光纤探头、液体透射池、积分球是一些常用的采样装置。
「近红外光谱仪的性能指标」
「近红外光谱仪的性能指标」近红外光谱仪是一种用于分析样品中化学成分和结构的重要仪器。
它利用近红外区的电磁波与样品相互作用，通过分析吸收、散射或透射的光波，获得样品的光谱信息。
近红外光谱仪的性能指标对于其使用效果和应用范围起到至关重要的作用。
本文将对近红外光谱仪的几个主要性能指标进行分析。
第一个性能指标是光谱分辨率。
在光谱仪中，光通过光栅或其他色散元件分散后，被检测器接收。
光谱分辨率是光谱仪能够分辨出两条光谱线之间最小的波长差。
分辨率越高，就能够分辨出更细微的差异。
在近红外光谱分析中，许多化学物质的结构和组成变化可能非常微小，因此需要高分辨率的光谱仪才能够准确分析。
第二个性能指标是光谱范围。
光谱范围是光谱仪能够测量的光的波长范围。
多数近红外光谱仪的波长范围为800-2500纳米。
这个波长范围非常适合分析各种化学物质，在近红外区域，很多化学键的振动具有特异性，因此不同结构的化合物会在该区域显示不同的红外光谱特征。
光谱范围越宽，就能够测量到更多的光谱信息。
第三个性能指标是信噪比。
信噪比是测量仪器的信号强度和背景噪声水平之比。
在近红外光谱测量中，样品发出的信号往往非常微弱，需要通过放大和处理才能得到可靠的光谱信息。
因此，光谱仪需要有较高的信噪比，以保证测量结果的准确性和重复性。
信噪比越高，测量结果越可靠。
第四个性能指标是采样速度。
近红外光谱仪的采样速度是指仪器每秒钟能够进行的光谱测量次数。
采样速度的快慢决定了仪器在特定时间内可以测量多少个样品。
对于一些需要高通量分析的应用，如制药和农业领域中的质量控制，较高的采样速度是非常重要的。
最后一个性能指标是仪器的稳定性和重复性。
仪器的稳定性指的是仪器对温度和湿度变化等环境因素的敏感程度。
稳定性越高，仪器在不同的环境条件下测量结果的差异越小。
重复性是指在相同条件下，仪器对同一样品进行多次测量所得结果的一致性。
稳定性和重复性都对于仪器的可靠性和精确性至关重要。
总结起来，近红外光谱仪的性能指标对于其在化学分析中的应用起到重要作用。
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
子振动的合频与倍频。近红外光谱包含了丰富的含氢基团的信息（C-H、O-H、 酚类和醇类的一级倍频在 7092cm-1、二级倍频在10000cm-1；N-H键的伸缩 振动一级倍频在 6666cm-1。因此近红外光谱法常被用来测定含有含氢
N-H、S-H），如水分子组合频在 5155cm-1、伸缩振动一级倍频在6944cm-1；
可定量测定活性成分和辅料；测定 某些脂肪类化合物的化学值（羟值、 碘值、酸值等）；水分测定；羟基 化程度测定；溶剂量控制等。
近红外光谱的应用 在药物分析方面的应用
分析方法
晶型和结晶性、多晶性、假多晶性和粒度测定
物理分析
溶出行为、崩解模式、硬度测定 薄膜包衣性质检测 制剂过程控制，如对混合制粒过程的监测
药物波谱解析
近红外光谱及其应用
小组成员：王磊 张丽莎 葛婷 周碧辉 申基琛 骆潇婧
目录
基 仪 器 介 绍 分
Contents
应
用
础
知
析
方
成
果
识
法
目录
基
础 仪 器 介 绍 分 析 方 法
Contents
应
用
知
识
成
果
人 文 背 景
基础知识
Herschel在 1800 年进行 太阳光谱可见区红外部分 能量测量中发现近红外光 谱区，为了纪念他的历史 性发现，人们将近红外谱
基团的有机物的含量。
200 nm
200nm
12820 cm-1 780 nm
9090 cm-1 1100 nm
3959 cm-1 2526 nm
25000 nm
紫外可见光谱区域
近红外光谱区域
近红外短波区域 近红外长波区域
现代食品检测技术
第一章 人工嗅觉、人工味觉检测技术
第一节 人工嗅觉、人工味觉检测技术概述 人工嗅觉系统－－电子鼻 人工味觉系统－－电子舌
它得到的不是被测样品中某个或某几种成分的 定性与定量结果，而是样品的整体信息，也 称“指纹”数据。 涉及传感器融合技术、计算机技术和应用数学 以及食品科学技术等
一、生物嗅觉与味觉
短波近红外：780-1100nm 长波近红外：1100-2526nm
第一节 近红外光谱分析技术简介
一、近红外光谱的采集方法
近红外光谱主要是由物质吸收光能使分子振动从基态向高能级 跃迁时产生的。
红外光线的能量要被分子基团吸收，必须满足两个条件： （1）光辐射的能力恰好满足分子振动能级跃迁所需的能量，
用 五、近红外光谱分析技术在食品生产线上的应用 六、近红外光谱分析技术在食品其他方面的应用
第三章 PCR基因扩增技术
第一节 PCR技术的检测原理 一、PCR的基本原理
模版DNA
变性和退火
引物延伸
长产物片段 短产物片段
二、PCR技术的特点
（一）特异性强 （二）灵敏度高 （三）简便快速 （四）对标本的纯度要求低
技术特点： （1）分析速度块，测量过程大多在1min中完成 （2）分析效率高 （3）适用的样品范围 （4）样品一般无需预处理 （5）分析成本较低 （6）测量重现性好 （7）对样品无损伤 （8）便于在线分析 （9）对操作人员要求低
四、近红外光谱分析技术存在的问题
（1）灵敏度相对较低 （2）需要用标样进行校正对比 （3）检测限易受影响 （4）变动性大 （5）难以用常规方法解析图谱 （6）多个谱峰的重叠
第二节 PCR引物的设计
一、引物的选择 二、引物设计的原则 三、引物合成的质量
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。
第三章 红外和近红外光谱分析技术
4）. 检测器及记录仪
红外光能量低，因此常用热电偶、测热辐射计、 热释电检测器和碲镉汞检测器等。
以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处： 1）需采用狭缝，光能量受到限制； 2）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪 器联用； 3）不适于过强或过弱的吸收信号的分析。
2、傅立叶变换红外光谱仪 它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红 外分光光度仪。 仪器组成为：光源、迈克尔逊干涉仪、探测 器和计算机
（二）图谱分析 红外图谱主要用于物质定性分析。 1. 已知物的鉴定 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱 图对照。 2. 未知物结构分析 如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准 谱图对照（查对）； 如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步 骤为：
1）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、 沸点、折光率、旋光率等； 2）不饱和度的计算： 通过元素分析得到该化合物的分子式，并 求出其不饱和度Ω。
条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用： 振动过程中须有偶极距的改变才能吸收红 外辐射
• 对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共 振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 • 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
2）分子振动决定吸收峰
A.双原子分子振动 分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振 幅（与核间距相比）作周期性“简谐”振动，其 振动可用经典刚性振动描述：
• 1690 cm-1：醛基－C=O伸缩振动吸收（1735 cm-1～1715cm-1，由于与苯环发生共轭向低频 率方向位移）。 • 2820 cm-1和2730 cm-1：醛基的C-H伸缩振动 （2820 cm-1和2720 cm-1）。 • 1465 cm-1和1395 cm-1：甲基的弯曲振动 （1460 cm-1和1380 cm-1）。 • 1260 cm-1和1030 cm-1：C-O-C反对称和对称伸 缩振动（1275 cm-1～1010 cm-1）。 • 由以上信息可知化合物的结构为
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]。
近红外光谱分析仪
图2 滤光片近红外光谱分析仪光路图近红外光谱分析仪现代近红外光谱分析技术始于上世纪80年代末，90年代初，至今已有20余年的快速发展，该分析技术日臻成熟，已经在各个领域中发挥了巨大作用。
近红外光谱分析技术具有分析速度快、同时测量多种性质、测量精度高、操作简单、仪器种类多的特点，适合化验室、在线和现场便携等使用。
近红外光谱测量方式可归结为：透射，漫反射和衰减全反射，如图1所示。
（a ）透射 （b ）漫反射 （c ）ATR图1 近红外光谱测量方式1 常见近红外分析仪器产品种类近红外分析仪器是光谱仪器，在结构上，与紫外-可见分光光度计、红外光谱仪类似，具有光源、分光、检测和电路控制等单元。
根据分光方式，近红外光谱仪器可划分为滤光片近红外分析仪、光电发光二极管近红外分析仪、光栅扫描近红外光谱仪、傅里叶近红外光谱仪、阵列检测近红外光谱仪、声光过滤调制近红外光谱仪和MEMS 近红外光谱仪。
按照仪器用途和功能，近红外光谱仪器可分为便携近红外分析仪、实验室台式近红外光谱仪、在线近红外光谱仪以及专用分析仪。
这些光谱仪器的分光原理和功能具有显著不同，在结构、性能和用途上差别很大。
1.1 滤光片近红外分析仪光源发出的复合光中部分窄波段光通过滤光片。
不同的滤光片可提供系列窄波段，通常多达8~9种滤光片。
这类仪器结构相对简单（如图2所示），成本低，适合用于便携和专用分析仪。
虽然光谱分辨率低，但对很多应用如水分分析等，可以满足常规分析要求。
如同其他类型的近红外光谱仪，这类仪器对温度要求也非常苛刻。
1.2 光栅扫描近红外光谱仪图3 光栅扫描近红外光谱仪光路示意这是最为经典的光谱仪器，如图3所示，通过单色器（一般为光栅）将复合光色散为单色光，各单色光通过转动光栅按照波长顺序依次通过出射狭缝，通过样品，到达检测器检测。
这类仪器的光谱范围取决于选用的光栅和检测器，可以是短波（700~1100nm，硅检测器）或是长波（1100~2500nm，硫化铅，或砷镓铟）。
红外光谱信噪比
翁老爷子的新书《傅里叶变换红外光谱分析》（第2版）中，有一段对红外仪器信噪比的无奈描述：“红外仪器的信噪比是衡量一台仪器性能好坏的一项非常重要的技术指标。
但是信噪比的测量方法目前没有统一的、公认的标准，因此，各个红外仪器公司所给定的仪器信噪比没有可比性。
每个红外仪器公司都有信噪比的测量方法，因此，信噪比指标的验收只能按照仪器公司的验收方法进行验收。
”看来这个“红外信噪比”真个是乱花渐欲迷人眼，让人雾里看花隔一层啊！但是zwyu我充分发挥超人的大打特打、死缠烂打、穷追猛打的精神，欲对“红外信噪比”进行一次非官方、全方位的刨根问底，追踪探秘。
各位好奇同学请跟进！正文信噪比（signal-to-noise ratio，简记为SNR ），顾名思义，就是信号值与噪声值的比，这一比值当然是越高越好。
可是，翻遍《GB/T21 186-2007 傅立叶变换红外光谱仪》，《GB/T 6040-2002 红外光谱分析方法通则》（见红外光谱相关标准与检定规程大合集）以及其他的一些行业性、地方性的检定规程（国家级的傅里叶变换红外光谱仪检定规程至今还未出台），甚至中国药典，愣是找不到关于信噪比的只言片语的定义。
信噪比指标对红外仪器性能的评判很重要，怎么会找不找呢？且慢，注意标准中屡屡提到的“基线噪声”（100%T线噪声）XXXX:1或1:XXXX，还往往标了P-P或RMS，这不就是我们熟悉的信噪比的表示方法吗？哈哈，总算找到你了。
艰难的看过标准上的描述（没办法，中国国标写的水平就是高！？），为了各位同学能够顺利读懂，我将它写为白话现代汉语版：红外信噪比，是通过基线（100%T线）噪声来表征。
也就是，在样品室中不放样品的情况下（空光路），测得一条假定理想的100%T透射光谱。
信号，当然就是100%T了，如果没有噪声，那么这条光谱将是一条严格的纵坐标为100%T的直线，但是，实际情况是噪声总是存在的，这就使得这条光谱的各个波数点上的值不见得一定是100%T，可能高一些（比如100.1%T），也可能低一些（比如9 9.9%T）。
傅立叶变换近红外光谱仪与普通红外光谱仪的异同
傅立叶变换近红外光谱仪与普通红外光谱仪的异同
傅立叶变换近红外光谱仪与普通红外光谱仪是化学分析领域常用的
光谱分析技术。
它们之间有以下的异同：
一、主要原理
1. 傅立叶变换近红外光谱仪：利用被测样品和参考样品间的光学差异，通过光谱仪将近红外光谱信号转化为时间信号进行处理，从而确定样
品的成分。
2. 普通红外光谱仪：利用样品分子的振动和转动所产生的光学吸收差异，得出样品的化学成分。
二、光源和光学元件
1. 傅立叶变换近红外光谱仪：采用光源功率较小的近红外光源，且需
要使用四颗光学元件。
2. 普通红外光谱仪：采用光源功率较大的红外光源，且需要使用三颗
光学元件。
三、波长范围
1. 傅立叶变换近红外光谱仪：波长范围在780-2500nm之间。
2. 普通红外光谱仪：波长范围在4000-400cm-1之间。
四、分析方法
1. 傅立叶变换近红外光谱仪：可采用定量和定性分析方法。
2. 普通红外光谱仪：主要用于样品成分分析和辅助鉴定物质结构。
总体来说，傅立叶变换近红外光谱仪和普通红外光谱仪都是非常重要的化学分析仪器。
相较于普通红外光谱仪，傅立叶变换近红外光谱仪不仅可以测量更广泛的波长范围，还可以采用更加精确的分析方法。
然而，傅立叶变换近红外光谱仪需要复杂的光学系统和高性能的内部处理器，价格更为昂贵。
红外热像仪主要参数指标
红外热像仪的主要基本参数1．f/数：f/数是光学系统相对孔径的倒数。
设光学系统的相对孔径为A=D/f （D为通常孔径，f为焦距），1A=f/D，则数f/D是表示系统的集中f为通光孔径的多少倍。
例如，f/3表示光学系统的集中为通光孔径的三倍。
2．视场视场：是光学系统视场角的简称。
它表示能够在光学系统像平面视场光阑内成像的空间范围。
当目标位于以光轴为轴线，顶角为视场角的圆锥内的任一点（在一定距离内）时能被光学系统发现，即成像于光学系统像平面的视场光阑内。
即使物体能在热像仪中成像的物空间的最大张角叫做视场，一般是ao×βo的矩形视场。
3．光谱响应：红外探测器对各个波长的入射辐射的响应称为光谱响应。
一般的光电探测器均为选择性探测器（通常红外探测器能够测量三个大气窗口波段内的红外线辐射）。
4．空间分辨率：应用热像仪观测时，热像仪对目标空间形状的分辨能力。
本行业中通常以mrad（毫弧度）的大小来表示。
mrad的值越小，表明其分辨率越高。
弧度值乘以半径约等于弦长，即目标的直径。
如1.3mrad的分辨率意昧着可以在100m的距离上分辨出1.3×10E-3×100=0.13m=13厘米的物体。
5．温度分辨率：可以简单定义为仪器或使观察者能从背景中精确地分辨出目标辐射的最小温度ΔT。
民用热成像产品通常使用NETD来表述该性能指标。
6．最小可分辨：温差分辨灵敏度和系统空间分辨率的参数，而且是以与观察者本身有关的主观评价参数，它的定义为：在使用标准的周期性测试卡（即高宽比为7：1的4带条图情况下，观察人员可以分辨的最小目标，背景温差，上述观察过程中，观察时间、系统增益、信号电平值等可以不受限制时调整在最佳状态。
7．帧频：帧频是热像仪每秒种产生完整图像的画面数，单位为Hz。
一般电视帧频为25Hz。
根据热像仪的帧频可分为快扫描和慢扫描两大类。
电力系统所用的设备一般采用快扫描热像仪（帧频20Hz以上），否则就会带来一些工作不便。
近红外光谱仪的基本工作原理
近红外光谱仪的基本工作原理:波长在700nm – 2,500nm (4,000–14,300cm-1) 的光谱为近红外光谱。
它是一种既快速(十到二十秒钟) 又简便(不需作样品前处理) 的测试手段, 这种方法的特点是对样品作一步式组份(需测的浓度大于0.01%) 分析而不需破坏样品。
如果产品颜色是质量指标之一、您可选400nm-1,100nm 的图谱数据作鉴定。
近红外光谱仪适用于对含有C-H, N-H, O-H 和S-H 化学键的化合物作组份分析。
在700 – 2,500 nm 的近红外波长范围内, 含有上述化合键的物质(药品、烟草、食品、农作物、聚合物、石油化工产品等) 会产生吸收。
一些物质除在1,450 nm 到2,050 nm 之间产生第一谐波外，往往还会分别在1,050 nm - 1,700nm 和700 nm - 1,050 nm 谱带内产生第二及第三谐波。
这些谐波的组合构成了被测物质在近红外光谱带内的特征吸收谱图-指纹图。
相同的近红外谱图(样品的指纹图) 一定是从相同的物质得到。
这也是应用近红外光谱仪作质量管理的主导基础原理。
有机物在近红外光谱带内的吸收强度比在中红外(如FT-IR) 的吸收强度弱10 到1,000 倍。
由于这特殊的弱吸收优点, 近红外射线能很容易地穿透未经研片与稀释等需作预处理的非透明样品，实现透射吸收；而另一部分反射光谱也可很容易地被检测。
但是如何利用近红外图谱来对原材料或产品进行质量监控呢? 答案是利用统计学理论建立被测样品的数据库或校正曲线，而统计学之成败与校正曲线(数据库) 的相互转移性有决定性的关系。
在建立校正曲线或数据库之前, 近红外仪器的使用者把日常的测试样品先作近红外扫描, 然后再用传统分析法(如：GC、HPLC、TKN、FIA、折光仪、……) 准确测定出样品的数值, 具有不同指标的样品在近红外光谱中将产生不同强度的吸收图谱(不是某一吸收峰)，利用专用软件处理, 便可得到校正曲线或数据库，分析人员可利用该校正曲线或数据库方便快速地通过测定未知样品的近红外谱图得知其被测指标的数据。
光谱仪的关键性能指标及操作规程
光谱仪的关键性能指标及操作规程光谱仪的关键性能指标光谱学测量的基础是测量光辐射与波长的对应关系。
一般来说，光谱学测量的直接结果是由很多个离散的点构成曲线，每个点的横坐标（X轴）是波长，纵坐标（Y轴）是在这个波优点的强度。
因此，一个光谱仪的性能，可以粗略地分为下面几个大类：1.波长范围（在X轴上的可以测量的范围）；2.波长辨别率（在X轴上可以辨别到什么程度的信号变化）；3.噪声等效功率和动态范围（在Y轴上可以测量的范围）；4.灵敏度与信噪比（在Y轴上可以辨别到什么程度的信号变化）；5.杂散光与稳定性（信号的测量是否牢靠？是否可重现）；6.采样速度和时序精度（一秒钟可以采集多少个完整的光谱？采集光谱的时刻是否精准明确？）1.波长范围波长范围是光谱仪所能测量的波长区间。
常见的光纤光谱仪的波长范围是400nm—1100nm，也就是可以探测可见光和一部分近红外的光。
使用新型探测器可以使这个范围拓展至200nm—2500nm，即覆盖紫外、可见和近红外波段。
光栅的类型以及探测器的类型会影响波长范围。
一般来说，宽的波长范围意味着低的波长辨别率，所以用户需要在波长范围和波长辨别率两个参数间做权衡。
假相像时需要宽的波长范围和高的波长辨别率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。
2.波长辨别率顾名思义，波长辨别率描述了光谱仪能够辨别波长的本领，常用的光谱仪的波长辨别率大约为1nm，即可以区分间隔1nm的两条谱线。
Avantes公司可以供应的最高的波长辨别率为0.025nm。
波长辨别率与波长的取样间隔（数据的x坐标的间隔）是两个不同概念。
一般来说，高的波长辨别率意味着窄额度波长范围，所以用户需要在波长范围和波长辨别率两个参数间做权衡。
假相像时需要宽的波长范围和高的波长辨别率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。
3.噪声等效功率和动态范围当信号的值与噪声的值相当时，从噪声中辨别信号就会特别困难。
一般用与噪声相当的信号的值（光谱辐照度或光谱辐亮度）来表征能一个光谱仪所能够测量的最弱的光强（Y轴的最小值）。
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近红外光谱仪器的主要性能指标
北京英贤仪器有限公司销售工程师王燕岭
在近红外光谱仪器的选型或使用过程中，考虑仪器的哪些指标来满足分析的使用要求，这是分析工作者需要考虑的问题。
对一台近红外光谱仪器进行评价时，必须要了解仪器的主要性能指标，下面就简单做一下介绍。
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。
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。
分光系统的光谱带宽越窄，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。
有些化合物的结构特征比较接近，要得到准确的分析结果，就要对仪器的分辨率提出较高的要求，例如二甲苯异构体的分析，一般要求仪器的分辨率好于1nm。
[1]
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。
[1]
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（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。
[1]
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、吸光度重现性
吸光度重现性指在同一背景下对同一样品进行多次扫描，各扫描点下不同次测量吸光度之间的差异。
通常用多次测量某一谱峰位置所得吸光度的标准偏差表示。
吸光度重现性对近红外检测来说是一个很重要的指标，它直接影响模型建立的效果和测量的准确性。
一般吸光度重现性应在0.001～0.0004A之间。
7、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。
吸光度噪音是体现仪器稳定性的重要指标。
将样品信号强度与吸光度噪音相比可计算出信噪比。
8、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。
9、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。
10、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％。
[1]
11、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，电荷耦合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，目前较快的扫描速度也不过2次/s左右。
[1]
12、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。
13、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。
14、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。
光谱化学计量学处理软件一般由谱图的预处理、定性或定量校正模型的建立和未知样品的预测三大部分组成，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。
参考文献
1.陆婉珍，袁洪福，徐广通，强冬梅.现代近红外光谱分析技术.38～40。