近红外基础知识
近红外光谱分析技术
近红外光谱定量分析的流程与步骤
近红外光谱仪器的主要类型
• 滤光片型 • 色散型 • 傅立叶变换型 • 声光可调滤光型 • 其中傅立叶变换型近红外光谱仪与其它类型仪器相比， 具有信噪比高、分辨率高、波长准确且重复性好、稳 定性好等优点，往往作为研究性仪器的首选。
近红外光谱技术的应用
• • • • • • 农业与食品行业 石油化工工业 制药工业 烟草与纺织行业 生物医学领域 ……
分析谱区的选定
• 近红外光谱定量分析数学模型所包含的谱区（光谱的 数据点）一般应根据样品的特点而选定；增加谱区的 范围就可以增加对光谱信息采集的范围，即提高信息 量；但因为每个光谱的数据点也包含了测量误差，因 此数学模型所利用的数据点越多，则包含的测量误差 也越大，为了减少近红外光谱中某些信息量小、失真 大的部分谱区，以避免这些谱区的测量误差影响数学 模型的稳定性，需要选择建立数学模型所用的谱区。 通常可以对谱图进行方差处理，光谱变化最明显的区 域即是光谱信息最丰富的区域，也就是最为有效的光 谱范围
样品中各待测成分化学值的测定
• 采用经典化学分析方法对各待测组分含量进行测定， 这些值测定的精确度是近红外光谱运用数学模型进行 定量分析精确度的关键。
剔除异常值
• 由上述 ① 、② 环节测定的校正样品集中样品的光谱 与化学值，有可能由于种随机的原因而有较严重的失 真，这些样品的测定值称为异常值。这些失真的样品， 若包含在校正校品集中，就会影响所建数学模型的可 靠性，因此在建立模型时应当剔除这些异常值。
样品近红外谱图的扫描
• 为了克服近红外光谱测定的不稳定性的困难，必须严 格控制包括制样、装样、测试条件、仪器参数等测量 参数在内的测量条件；利用该校正校品集建立的数学 模型，也只能适用于按这个的测量条件所测量光谱的 样品。
近红外光谱知识科普
近红外光谱知识科普全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：近红外光谱是一种应用广泛的光谱学技术，它可以用来研究物质的结构和性质，同时也在很多领域发挥着重要作用。
本文将介绍近红外光谱的基本原理、应用领域以及未来发展方向，希望能够帮助读者更好地了解这一技术。
近红外光谱是一种利用近红外光（波长范围一般在700-2500纳米）与物质相互作用来获取信息的技术。
近红外光谱仪通常由光源、样品室、光学系统和检测器等部分组成。
在近红外光谱分析中，样品受到近红外光的照射后，会发生吸收、散射或反射，这些现象会导致光的强度或波长发生变化，通过检测这些变化可以获取样品的光谱信息。
近红外光谱在很多领域都有着广泛的应用。
在食品工业中，近红外光谱可以用来检测食品的成分、营养价值和品质，帮助生产商保证产品的质量。
在药物研发领域，近红外光谱可以用来分析药物的成分和结构，指导新药的设计和研发过程。
在环境监测和地质勘探领域，近红外光谱可以用来检测空气、水、土壤中的有害物质，帮助保护环境。
此外，近红外光谱还被广泛应用于农业、化工、医学等领域。
近红外光谱技术的发展一直在不断推进。
随着光谱仪器的不断改进和智能化技术的应用，近红外光谱分析的速度和精度得到了显著提高。
未来，近红外光谱技术有望在医疗诊断、生物医药领域得到更广泛的应用，为人类健康和生活质量的提升做出更大的贡献。
总结起来，近红外光谱是一种强大的光谱学技术，具有广泛的应用前景和发展潜力。
通过继续开展研究和技术创新，近红外光谱技术将在未来发挥更加重要的作用，为人类社会的发展带来更多的益处。
希望本文可以帮助读者更好地了解近红外光谱技术，促进其在不同领域的应用和发展。
【仅供参考】。
第二篇示例：近红外光谱（Near-Infrared Spectroscopy, NIR）是一种在近红外波段（波长约700-2500纳米）范围内进行光谱分析的技术方法。
近红外光谱技术广泛应用于农业、医药、食品工业、环境监测等领域，具有快速、准确、非破坏性、无需样品预处理等优点。
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。
红外遥控基础知识
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第4节
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第4节
例6：
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第4节
例7：
第2节
图4 示波仪上所观察到的波形 9
第2节
红外遥控器信号发射与接收：
图5 根据波形格式发出红外光线
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第2节
图6 红外线信号接收
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第3节
常见波形调制格式： 时间调制、相位调制、电平调制、无调制、 特殊调制等。
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第3节
时间调制：
由高低电平的不同时间长度来表示逻辑的调制 方式。如：6121等。
图10 无调制逻辑表示
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第3节
特殊调制：
其逻辑定义和时间调制相比除了0和1外，还有 2、3甚至更多。很少使用。
图11 特殊调制逻辑表示
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第4节
使用用具（示波仪、编码分析仪、测码仪）。： 检测注意事项
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第4节
根据波形图手工解码：
由于电脑及测码仪译码的局限性，难免有些时候 需要手工译码，所以认识和了解波形说明进行手工译 码是非常有必要的。使用用具（示波仪、编码分析仪、 测码仪）。下面用几个较特殊的例子加以说明：
近红外光谱基本原理
近红外光谱基本原理
近红外光谱是一种非常有用的分析技术，它利用近红外区域的光谱特征来识别和分析物质。
这种技术基于近红外区域波长范围内的光与样品相互作用的原理。
在近红外光谱中，样品通常处于固体、液体或气体的形态。
当近红外光照射到样品上时，样品中的分子会吸收或反射部分光线，产生特定的光谱图。
这个光谱图能够提供关于样品组成和结构的信息。
近红外光谱的基本原理是根据物质中的伸缩、弯曲和振动等分子振动模式来解释。
不同的化学物质具有不同的分子振动模式，因此它们会对近红外光产生不同的响应。
通过比较样品光谱与已知物质的光谱数据库，可以确定样品的成分。
近红外分析技术的优势在于它非常灵敏、快速和非破坏性。
由于近红外光具有较高的穿透能力，所以可以对样品进行非接触式的分析。
此外，近红外光谱还可以同时检测多个成分，大大提高了分析效率。
总的来说，近红外光谱是一种广泛应用于化学、生物、医药和食品等领域的分析技术。
它的基本原理是利用近红外光与样品相互作用的特性，通过分析样品的光谱图来确定样品的成分和结构。
这种技术具有灵敏、快速、非破坏性等优点，因此在实际应用中具有广泛的应用前景。
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
红外谱图基础知识
第一节：概述1、红外吸收光谱与紫外吸收光谱一样是一种分子吸收光谱。
红外光的能量（△E=0.05-1.0ev）较紫外光（△E=1-20ev）低，当红外光照射分子时不足以引起分子中价电子能级的跃迁，而能引起分子振动能级和转动能级的跃迁，故红外吸收光谱又称为分子振动光谱或振转光谱。
2、红外光谱的特点：特征性强、适用范围广。
红外光谱对化合物的鉴定和有机物的结构分析具有鲜明的特征性，构成化合物的原子质量不同、化学键的性质不同、原子的连接次序和空间位置不同都会造成红外光谱的差别。
红外光谱对样品的适用性相当广泛，无论固态、液态或气态都可进行测定。
3、红外光谱波长覆盖区域：0.76 mm ~ 1000mm.红外光按其波长的不同又划分为三个区段。
（1）近红外：波长在0.76-2.5mm之间（波数12820-4000cm-1）（2）中红外：波长在2.5-25mm（在4000-400 cm-1）通常所用的红外光谱是在这一段的（2.5-15mm，即4000-660 cm-1）光谱范围，本章内容仅限于中红外光谱。
（3）远红外：波长在25~1000mm（在400-10 cm-1）转动光谱出现在远红外区。
4、红外光谱图：当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，分子就要吸收能量，从原来的振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录，就得到红外光谱图。
5、红外光谱表示方法：（1）红外光谱图红外光谱图以透光率T ％为纵坐标，表示吸收强度，以波长l ( mm) 或波数s (cm-1)为横坐标，表示吸收峰的位置，现主要以波数作横坐标。
波数是频率的一种表示方法（表示每厘米长的光波中波的数目）。
通过吸收峰的位置、相对强度及峰的形状提供化合物结构信息，其中以吸收峰的位置最为重要。
（2）将吸收峰以文字形式表示：如下图可表示为，3525cm-1（m)，3097cm-1(m)，1637cm-1(s)。
这种方法指出了吸收峰的归属，带有图谱解析的作用。
近红外基础知识
近红外的合频振动的吸收系数比中红外基频振动吸收弱 15个数量级.
Absorbance
Water Spectrum
5
4
3
2
MIR
NIR
1
0 9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
Wavenumber cm-1
第十五页，共71页。
第五页，共71页。
红外光谱振动的基本原理
hn
低能量
高能量
第六页，共71页。
红外光振动模式的能级图
谐波振动Harmonic Oscillation
非谐波振动Anharmonic Oscillation
3rd Overtone 三級倍頻 2nd Overtone 二級倍頻 1st Overtone 一級倍頻 Fundamental 振動基頻
103
102
101
1
10-1
10-2
10-3
近红 外
可见
中红外 红外
远红外
电子自旋振动
核磁振 动
微波
Radio, TV 无线电波
Region
Interaction
原子核转变
内层电子的 跃迁
外层电子的跃迁
分子振动
分子转动
电磁转动
Wavelength (m)
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
2、近红外的谱峰重叠严重，
难以肉眼识别分析。
中红外谱峰分别好。很容 易肉眼识别分析。 3、近红外吸收弱。 中红外吸收强。
近红外检测原理
近红外检测原理近红外（NIR）检测是一种非侵入式的光谱分析技术，广泛应用于农业、食品、制药等领域。
它通过检测物质在近红外光波段的吸收和散射特性，来获取物质的相关信息。
近红外检测原理基于光的相互作用和物质的分子结构。
1. 光的相互作用与近红外光谱光是由一系列电磁波组成的，包括可见光、紫外光、红外光等。
近红外光谱波段通常被定义为750-2500纳米（nm），相对于可见光而言，近红外光具有较高的穿透力和较弱的散射能力。
2. 分子的能级和跃迁分子在吸收光的过程中，会发生能级跃迁。
当分子吸收能量与能级间隔相等时，电子会从基态跃迁至激发态。
近红外光的能量正好位于分子能级间隔的范围，因此适用于近红外检测。
3. 物质的吸收特性不同物质在近红外光谱波段的吸收特性是由其分子结构和化学键决定的。
不同的化学键振动和伸缩会导致不同的吸收光谱。
通过测量物质在近红外光谱波段的吸收，可以了解其组成、浓度、质量等信息。
4. 光源、光谱仪和样品槽近红外检测系统由光源、光谱仪和样品槽等组成。
光源发出近红外光，经过样品后，被光谱仪接收并分析。
样品槽是将待测样品放置的空间，通常采用透明的玻璃或石英材料，以便光线穿透。
5. 数据处理和模型建立在近红外检测中，采集到的光谱数据需要进行预处理和分析。
预处理包括光谱校正、信号平滑和噪声滤波等步骤。
分析阶段则需要建立模型，将光谱数据与样品的性质进行关联，以实现定性或定量分析。
6. 应用领域近红外检测技术在农业、食品、制药等领域具有广泛应用。
例如，在农业领域，近红外检测可用于土壤分析、农作物品质评估和植物病害检测等；在食品领域，可用于食品成分分析、食品质量控制和食品安全检测等；在制药领域，可用于药品含量检测、药材鉴定和药品质量监控等。
近红外检测技术凭借其快速、无损、高效等优势，成为现代科学研究和工业生产中的重要工具。
在不断的研究和发展中，相信近红外检测技术将更加成熟和广泛应用于更多领域。
红外谱图解析基本知识
红外谱图解析基本知识基团频率区中红外光谱区可分成4000 cm-1 ~1300（1800）cm-1和1800 （1300 ）cm-1 ~ 600 cm-1两个区域。
最有分析价值的基团频率在4000 cm-1 ~ 1300 cm-1 之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。
区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。
在1800 cm-1 （1300 cm-1 ）~600 cm-1 区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。
这种振动基团频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。
当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。
这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。
指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。
基团频率区可分为三个区域(1) 4000 ~2500 cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是O、N、C或S等原子。
O-H基的伸缩振动出现在3650 ~3200 cm-1 范围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。
当醇和酚溶于非极性溶剂（如CCl4），浓度于0.01mol. dm-3时，在3650 ~3580 cm-1 处出现游离O-H基的伸缩振动吸收，峰形尖锐，且没有其它吸收峰干扰，易于识别。
当试样浓度增加时，羟基化合物产生缔合现象，O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移，在3400 ~3200 cm-1 出现一个宽而强的吸收峰。
胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100 cm-1 ，因此，可能会对O-H伸缩振动有干扰。
C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种：饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以下，约3000~2800 cm-1 ，取代基对它们影响很小。
如-CH3 基的伸缩吸收出现在2960 cm-1和2876 cm-1附近；R2CH2基的吸收在2930 cm-1 和2850 cm-1附近；R3CH基的吸收基出现在2890 cm-1 附近，但强度很弱。
近红外光谱基础
近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy，NIRS）是一种常用的光谱分析技术，它利用近红外光的吸收和散射特性，对样品中的有机分子和无机物质进行快速、无损的分析。
近红外光谱技术在多个领域都有广泛的应用，如农业、食品、医药、化工等。
近红外光谱的基础主要包括以下几个方面：光谱原理：近红外光是指波长在700-2500纳米的电磁波，具有较高的能量。
在近红外区域，样品中的有机分子和无机物质的电子跃迁主要以n-π和π-π跃迁为主，因此对样品中的有机分子和无机物质具有较好的吸收特性。
此外，近红外光在样品中的散射特性也可以被用来进行样品的分析。
仪器设备：近红外光谱仪器主要由光源、单色器、样品池、检测器等组成。
其中，光源一般采用近红外发光二极管或激光器；单色器一般采用光栅或滤光片；样品池一般采用石英或玻璃材质；检测器一般采用硅光电二极管或铟镓砷化物（InGaAs）检测器。
数据处理技术：近红外光谱数据一般需要进行预处理和数据分析。
预处理主要包括背景消除、平滑处理、基线校正等，以提高光谱数据的精度和信噪比。
数据分析主要包括谱图解析、谱图比较、定量分析和定性分析等。
谱图解析主要是对谱图进行峰识别和归属，定量分析主要是利用谱图中的特征峰对样品中的组分进行定量分析，而定性分析则是利用谱图比较等方法对未知样品进行归属和分类。
应用领域：近红外光谱技术在多个领域都有广泛的应用，如农业、食品、医药、化工等。
例如，在农业领域中，可以利用近红外光谱技术对作物中的氮、磷、钾等营养成分进行快速、无损的检测；在食品领域中，可以利用近红外光谱技术对食品中的脂肪、蛋白质、糖分等成分进行快速、无损的检测；在医药领域中，可以利用近红外光谱技术对药物的有效成分进行快速、无损的检测；在化工领域中，可以利用近红外光谱技术对化工产品中的有机物、无机物进行快速、无损的检测。
总之，近红外光谱技术是一种快速、无损的分析技术，具有广泛的应用前景。
近红外基础知识全解
• 一直性指标CI 被定义为最大的相对偏差 Qi
CI = max(Qi)
• 结果绘图
一致性测试 Preprocessed spectra
• Reference spectra
• Average spectrum • Standard deviation spectra (+/- 3s)
一致性测试 Preprocessed spectra including test spectra
一致性测试
• 优点 • 基于少量参考样品基础的简单方法
无需定量校准和定性库的建立
• 用少量合格批次的产品能够进行简单、快速建立或更新
模型
• 快速的 QA/QC、简单的 Yes/No结果 • 对于不同类型样品的变化非常敏感 (如 成分、颗粒大小
等）
定量分析的理论依据
I0
光源
Itrans
检测器
; c
因为：1cm=104 μ m
5μ m处，用波数表示： 104/ 5=2,000cm -1
近红外光谱的信号特征
1、近红外光的产生：近红外光源一般用卤素灯
2、近红外光的检测：近红外光的检测材料是半导体材料，如
Si、PbS、 InAs、Ge、InGaAs等 3、光学材料：可以使用耐水和便于维护的材料，如：低OH 石英、石英和火石玻璃、CaF等。
Threshold 0.04674
0.00888 0.02077 0.01406 0.00491
Substance Acetyl salicylic acid Salicylic acid Salicylamide Collidon 25 Collidon 30
The sample is positively identified only when:
近红外光谱原理
近红外光谱原理答：近红外光谱（NIR）是一种重要的光谱分析技术，广泛应用于化学、材料科学、生物学和医学等领域。
本文将介绍近红外光谱的基本原理，包括物质对光的吸收和散射、分子振动和旋转、能量转移和跃迁、多重散射和反射以及化学计量学分析等方面。
1. 物质对光的吸收和散射近红外光谱是一种基于物质对光的吸收和散射的分析方法。
在近红外区域，物质的吸收主要取决于分子中电子的迁移和振动。
不同的分子结构和化学键在不同波长的近红外光下具有不同的吸收特征，因此可以通过测量物质在近红外区域的透射、反射和散射等特征来获取其化学组成和结构信息。
2. 分子振动和旋转在近红外光谱中，分子振动和旋转也是重要的光谱活性。
分子振动是指分子内部原子的振动，其频率通常在近红外区域。
这些振动的能量与近红外光的能量相匹配，因此分子在近红外光下可以吸收光能并转换为热能或其他形式的能量。
分子的旋转也具有类似的特性，不同之处在于它们涉及的是整个分子的旋转而不是内部原子的振动。
3. 能量转移和跃迁在近红外光谱中，能量转移和跃迁也是重要的过程。
这些过程通常涉及电子或原子的激发和能级跃迁，可以导致光吸收或光散射。
例如，某些物质在近红外光下可以吸收光能并转移到其他物质上，这种能量转移通常是由于不同分子或化学键之间的相互作用所致。
4. 多重散射和反射除了上述过程外，近红外光谱还受到多重散射和反射的影响。
当光线通过样品时，它可能会遇到不同的分子和化学键，导致散射和反射。
这些散射和反射会影响光线的传播方向和强度，从而影响近红外光谱的测量结果。
在某些情况下，这些效应可能会导致光谱畸变或背景干扰，需要采用适当的实验技术和数据处理方法进行校正和处理。
5. 化学计量学分析化学计量学是一种利用数学和统计学方法分析化学数据的学科。
在近红外光谱分析中，化学计量学方法可用于建立模型、预测和分析化学计量学数据。
例如，可以通过建立偏最小二乘法（PLS）模型来预测样品的性质或组成，或者利用支持向量机（SVM）等方法进行分类和鉴别。
红外光谱知识点总结
红外光谱知识点总结一、红外光谱的基本原理1. 红外辐射红外光波长范围为0.78～1000微米，是可见光和微波之间的一部分光谱。
物质在光谱范围内会吸收、散射和发射红外光。
这些过程可以用来获取物质的结构信息。
2. 分子振动分子在吸收红外辐射时，分子内部的振动模式会发生变化，这些振动模式会导致物质对不同波长的红外光有不同的吸收峰。
根据分子结构、键的类型和位置不同，红外吸收峰会出现在不同的波数位置。
3. 红外吸收谱红外吸收谱是将物质对不同波数的红外光的吸收强度绘制成图谱。
在红外吸收谱中，不同的振动模式会对应不同的吸收峰，通过谱图的解析可以得到物质的结构信息。
4. 红外光谱仪红外光谱仪是用于测定物质的红外吸收光谱的仪器，它主要包括光源、分光器、样品室、检测器和数据处理系统等部分。
常见的红外光谱仪有光散射型、光路差型和干涉型等。
二、红外光谱的仪器分析技术1. 光散射型红外光谱仪光散射型红外光谱仪是通过散射光进行分析的，它适用于固态样品和粉末样品的分析。
该仪器操作简单，对样品的要求不高，但是分辨率较低。
2. 光路差型红外光谱仪光路差型红外光谱仪利用干涉光进行分析，可以获得高分辨率的红外光谱。
它适用于高精度的定量分析和结构鉴定，但是对样品的平整度和光路的稳定性要求较高。
3. 干涉型红外光谱仪干涉型红外光谱仪采用光源产生的连续光通过光栅或凸透镜分散成各个不同波数的光线，对于样品吸收光线的强度进行检测，然后通过计算机进行数据处理。
其优点是分辨率高、峰型窄、精确度高，适用于各种样品的定性、定量和成分分析。
4. 远红外光谱和近红外光谱远红外光谱仪可以用于检测液体样品和气态样品，其波数范围在4000～400 cm-1之间。
而近红外光谱则适用于固态和半固态样品的分析，波数范围在12500～4000 cm-1之间。
三、红外光谱的谱图解析1. 物质的结构信息根据红外光谱谱图的解析可以获得物质的结构信息，如键的种类、键的位置、分子的构型等。
红外重要基础知识点
红外重要基础知识点
红外（Infrared）是一种电磁波，它的波长范围在可见光和微波之间。
在物理学和工程学中，红外具有广泛的应用，并成为了一门重要的研
究领域。
下面将介绍一些红外的基础知识点。
1. 红外辐射：红外波长范围是从0.75微米到1000微米，相比于可见光，红外波长较长，因此我们无法用肉眼直接观察到红外辐射。
红外
辐射主要来自于物体的热量，通常以热像仪等设备来探测和测量。
2. 红外谱段：根据红外辐射的不同频率，我们将红外辐射分为红外A
段（近红外）、红外B段（中红外）和红外C段（远红外）。
在不同
的红外谱段，红外的特性和应用也有所不同。
3. 红外传感器：红外传感器是一种能够感知和接收红外辐射的设备。
常见的红外传感器包括红外接收器和红外发射器。
红外接收器可以接
收来自红外发射器的红外信号，用于遥控、安防等领域。
而红外发射
器则用于红外通信、红外遥感等应用。
4. 红外应用：红外技术在许多领域有广泛的应用。
在医学上，红外成
像可以用于检测人体的体温分布，识别异常情况，辅助诊断疾病。
在
军事上，红外热成像可以用于夜视和目标探测。
在工业上，红外测温
可以用于监测物体的温度，实现精确控制。
此外，红外技术还可用于
红外光谱学、红外成像技术、红外测距等领域。
总结：红外作为一种重要的电磁波，具有多种应用，涉及医学、军事、工业等不同领域。
了解红外的基础知识对于深入研究和应用红外技术
具有重要意义。
近红外光谱分析的原理
近红外光谱分析的原理近红外光谱分析是一种常用的非破坏性分析技术，通过对样品中吸收、反射或透射近红外光的特性进行测量和分析，从而确定样品的组成、结构或性质。
它广泛应用于医药、食品、化工、环保等领域，为科学研究和工业生产提供了重要的帮助。
本文将从原理的角度介绍近红外光谱分析的基本原理和应用。
一、近红外光的特性近红外光波长范围通常定义为750到2500纳米，位于可见光和红外光之间。
它具有较强的穿透性，并且能够被许多物质所吸收。
近红外光与物质相互作用后，会引起物质中化学键的振动和分子的转动。
这些振动和转动能够产生一系列特征性吸收峰，形成物质的近红外光谱图。
每种物质的近红外光谱都是独特的，因此可以通过比对样品的光谱与已知物质的光谱库进行定性和定量分析。
二、近红外光谱仪的原理近红外光谱仪由光源、样品池、光谱分析器和数据处理软件组成。
首先，近红外光源会发出连续谱的光束，经过透射、反射或散射后进入光谱分析器。
光谱分析器会选择特定的光谱范围并分离出不同波长的光，然后通过光电探测器将光信号转化为电信号。
最后，数据处理软件会将电信号转化为光谱图，并对光谱图进行分析和解释。
三、近红外光谱分析的应用1. 成分分析：近红外光谱可以通过测量样品中特定化学键的振动频率来确定样品的成分。
例如，在药品生产中，可以使用近红外光谱分析仪来快速准确地检测药品中的活性成分和杂质。
2. 定量分析：通过建立标准曲线或建立定量模型，可以利用近红外光谱分析仪对样品中某种成分的含量进行定量分析。
例如，在食品加工中，可以使用近红外光谱分析仪对食品中的脂肪、蛋白质和糖等成分进行快速准确的测量。
3. 质量控制：近红外光谱分析可用于监测和控制工业生产过程中的样品质量。
通过对样品进行在线或离线的近红外光谱分析，可以及时发现质量变化和异常情况，并采取相应措施。
4. 物性分析：近红外光谱分析可以用于研究材料的物理和化学性质。
例如，在纺织业中，可以使用近红外光谱仪来分析纤维的质地、密度和含水量等物性参数。
近红外基础知识全解共74页
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
近红外基础知识全解4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！Biblioteka
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2. 计算平均光谱和阈值
3. 建立和检验模型
测定未知样品
Sample Identified as Material X
1. 测定未知样品光谱
2. 调用模型
3. 鉴定未知样品
阈值的计算公式：
光谱距离的 标准偏差
阈值＝最大匹配值＋X*SDev
阈 值
最大匹配值
选择性是用来考虑模型好坏的一个重要指标:
D S T1 T2
麻烦或不可能
• 应用
• 测试每一批或生产周期样品的一直性
• 原则
• 同样成分、一样的近红外光谱
• 算法
• 测定样品光谱与参考光谱的偏差值是否超出某一水平
一致性测试
• 参考样品
• 计算参考光谱的平均光谱和每一个波长点（i）标准偏差 (s)
• 样品
• 计算样品光谱每个波长点（i）的相对偏差（Q）
Qi = (Ai,sample - Ai, average) / si, average
•
红外波长表示的度量单位
近红外区一般用波长（纳米 nm)或（波数cm-1）来表示 纳米与波数的换算关系：nm= 107/cm-1 或 cm-1 = 107/ nm 因为：1cm=107nm 1,250nm处，用波数表示： 107/ 1,250=8,000cm -1 中红外区一般用波长（微米 μm)或（波数cm -1 ）来表示 微米与波数的换算关系：nm= 104/cm -1 或 cm-1 = 104/ nm
Hit Quality < Threshold for one library material and Hit Quality > Threshold for all other library materials.
NIR Overview >
一致性测试
• 目的
• QA/QC 的样品进行定量或定性分析模型的建立太昂贵、
• 一直性指标CI 被定义为最大的相对偏差 Qi
CI = max(Qi)
• 结果绘图
一致性测试 Preprocessed spectra
• Reference spectra
• Average spectrum • Standard deviation spectra (+/- 3s)
一致性测试 Preprocessed spectra including test spectra
d
Beer定律:
: 消光系数 c: 浓度 d: 光程
A = -log Itrans/I0 = -log T = cd
定量分析的理论依据
I0
光源
I散射
检测器
;k;c
: 消光系数 c: 浓度 k: 散射系数
比尔定律: A = -log Iscatt/I0 = -log R = const . c
Threshold 0.04674
0.00888 0.02077 0.01406 0.00491
Substance Acetyl salicylic acid Salicylic acid Salicylamide Collidon 25 Collidon 30
The sample is positively identified only when:
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
3nCH)
2n(CH)
n(CH)
10000
8000
6000
4000
2000
Wavenumber / cm-1
Overtones of the n(CH) vibration of CHCl3
band position [nm] band position [cm-1] extinction coefficient [cm2 mol-1]
中红外光谱的信号特征
1、中红外光的产生：中红外光源一般用硅碳棒
2、中红外光的检测：中红外光的检测材料是半导体材料，如
MCT、DTGS等 3、光学材料：可以使用“怕水”的材料如：KBr、NaCl，耐水 材料CaF、ZnSe、Si等。
红外光谱振动的基本原理
hn
低能量
高能量
红外光振动模式的能级图
谐波振动Harmonic Oscillation 非谐波振动Anharmonic Oscillation
Plot of scores of factor 2 vs. 1
Factor 2
Factor 1
树形图 诊断 柱形图
鉴别分析（Identity）的基本原理
0.9
建立模型
0.8 0.9
Absorbance Units 0.5 0.6
Absorbance Units
4
3
2
MIR NIR
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000
1
0
Wavenumber cm-1
近紅外光与物质的相互作用
吸收
全反射
transmittance
透射
specula absorption reflectance
漫(反)射
Diffuse reflectance
L o n g p a t h l e n g t h
S h o r t p a t h l e n g t h
不同颗粒度大小样品的近红外光谱
烟丝
烟粉末
近红外吸收光谱的特点
近红外吸收光谱的特点:
随着基频振动合频和倍频的增加，吸 收峰重叠的越严重，吸收越来越弱。 多组分复杂样品的近红外光谱不是各 组分单独光谱的叠加。 消光系数弱，穿透样品的能力强(最深 可达5cm) 需要“化学计量学”技术从复杂的光谱 中提取信息（Y=a+bx1+ cx2+dx3…）。
n 2n 3n 4n 5n
3290 1693 1154 882 724
3040 5907 8666 11338 13831
25000 1620 48 1,7 0,15
近红外与中红外的区别
1、近红外是基频振动的合频
与倍频振动信息。
中红外是基频振动的信息。 2、近红外的谱峰重叠严重， 难以肉眼识别分析。 中红外谱峰分别好。很容 易肉眼识别分析。 3、近红外吸收弱。 中红外吸收强。 聚丙烯的近红外/中红外光谱 4、近红外制样简单。 中红外制样麻烦。
一致性测试 CI spectra
• Reference spectra
• Test spectra
• Standard deviation spectrum
一致性测试 Examples: monitoring of mixing process
一致性测试 Examples: tablets placebo vs verum
理 论 背 景
什么是近红外/中红外光？
近红外： 12,800 cm-1 (780 nm) 中红外： 4,000 cm -1 (2,500 nm)
108 107 106 105 104 103
4,000 cm -1 (2,500 nm) 400 cm -1 (25,000 nm)
102 101 1 10-1 10-2 10-3
• Reference spectra
• Test spectra
• Average spectrum
• Standard deviation spectra (+/- 3s)
一致性测试 Validation results max. CI
一致性测试
Validation results Sum1
3756 cm-1
Sym-stretching 3657 cm-1
O
Bending
1595 cm-1
近红外与中红外光谱的差异
CHCl3 在MIR & NIR的吸收光谱
MIR & NIR (d = 25 µm) NIR (d = 1 mm)
1.6
Absorbance Units
1.0
1.2
1.4
combination band
一致性测试
• 优点 • 基于少量参考样品基础的简单方法
无需定量校准和定性库的建立
• 用少量合格批次的产品能够进行简单、快速建立或更新
模型
• 快速的 QA/QC、简单的 Yes/No结果 • 对于不同类型样品的变化非常敏感 (如 成分、颗粒大小
等）
定量分析的理论依据
I0
光源
Itrans
检测器
; c
固体中药样品的近红外吸收光谱
什么是定性分析? 定性分析是确认分析对象是什么，或者是某种物质 （Yes）,还是不是某种物质（No）。
近红外的定性分析方法主要包括：
聚类分析(Cluster Analysis) 鉴别分析(Identity)
一致性测试(Conformity Test)
因子分析
Factor analysis
近红外的发现和应用发展里程
1800年近红外电磁波被发现，光谱的复杂性使其“沉睡”了一个 半世纪 • 20世纪70年代国外的农业分析学家综合计算机技术、光谱分 析技术、仪器技术和现代数学方法，首先把近红外分析技术 应用于农产品和食品的品质分析 • 进入90年代，近红外分析技术逐步受到分析化学家的重视， 应用逐步扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等 领域。 • 近红外现已发展成为一种独立的分析技术活跃在光谱分析领 域 • 发达国家已经将近红外做为质量控制、品质分析和在线分析 的主要手段，部分方法已经成为USP、EP、PASG、EMEA、 AOAC、AACC、ICC的标准。
因为：1cm=104 μ m