近红外光谱分析技术
浅谈近红外光谱分析在药品检测中的应用
浅谈近红外光谱分析在药品检测中的应用近红外光谱分析是一种基于分子振动谱的无损检测技术，广泛应用于化工、食品、医药等领域。
在药品检测中，近红外光谱分析技术具有快速、准确、无损、高效等优点，已经成为药品行业中不可或缺的检测手段。
本文将就近红外光谱分析在药品检测中的应用进行浅谈。
一、近红外光谱分析原理近红外光谱分析原理是通过物质与光的相互作用，分析物质内部的分子振动、转动和延伸振动等信息，从而实现对样品成分、结构、性质等的分析。
在近红外光谱区域，分子内的一些结合键和官能团吸收、散射、辐射电磁波所产生的光谱可用于分析物质的成分和性质。
近红外光谱分析技术可以快速、准确地获取样品的光谱信息，并通过专门的数据处理软件进行定量和定性分析。
1. 药品成分分析在制药过程中，药品的成分及其含量是非常重要的参数。
通过近红外光谱分析技术可以快速准确地确定药品中各种成分的含量，包括药物成分、助剂成分等。
通过建立合适的光谱库和定量模型，可以对药品的成分进行快速检测，保证药品的质量。
2. 药品质量控制药品的质量受到制备工艺、原材料选择、存储条件等多方面因素的影响，通过近红外光谱分析技术可以对药品的质量进行实时监测和控制。
可以通过光谱分析技术对药片的含量均匀性、药液的稳定性等进行检测，及时发现并解决质量问题，保证药品的质量稳定性。
3. 药品真伪鉴别随着全球药品贸易的不断增加，药品的真伪鉴别成为一个重要的问题。
通过近红外光谱分析技术可以对药品进行快速鉴别，包括原材料鉴定、药品真伪鉴别等。
通过建立光谱库和模型，可以对不同药品进行快速鉴别，保障患者用药安全。
4. 药品生产过程控制近红外光谱分析技术还可以用于药品生产过程中的实时监测和控制，包括原材料检测、反应过程监控、成品检验等。
通过光谱分析技术可以实现对制药过程中各个环节的快速、无损检测，保障药品的生产质量和安全性。
1. 多模式光谱采集技术当前，近红外光谱分析已经不仅仅局限于单一的样品分析，而是发展为多模式光谱采集技术，包括透射光谱、反射光谱、光纤光谱等。
近红外光谱分析的原理技术与应用
近红外光谱分析的原理技术与应用引言近红外光谱分析是一种非破坏性、快速、准确的分析技术，广泛应用于食品、医药、化妆品、环境监测等领域。
本文将介绍近红外光谱分析的原理、技术和应用。
近红外光谱分析的原理近红外光谱分析利用物质吸收或反射近红外光时产生的特征光谱来分析物质的成分和性质。
近红外光谱分析主要基于以下两个原理：1.分子振动吸收原理：物质中的化学键振动会引起近红外光的吸收，吸收峰的位置与化学键的特异性有关。
2.红外光与物质的相互作用原理：物质吸收了红外光后，其分子内部发生改变，从而产生特征的近红外光谱。
近红外光谱分析的技术近红外光谱分析的技术主要包括光源、光谱仪和数据处理三个方面。
光源常用的光源有白炽灯、光电二极管和激光等。
其中白炽灯发射连续谱，适用于宽波长范围的分析；光电二极管具有快速响应和高稳定性，常用于近红外光谱分析仪器；激光具有较高的亮度和窄的波长范围，适用于特定波长范围的分析。
光谱仪常用的光谱仪有分光镜、光栅和红外线摄像机等。
分光镜通过将近红外光谱聚焦到光栅上，并通过旋转光栅来选择不同波长光线；光栅则将不同波长的光线分散成不同的角度形成光谱；红外线摄像机可通过感应近红外光谱并将其转换成数字信号。
数据处理近红外光谱分析的数据处理通常包括预处理、特征提取和模型建立等步骤。
预处理常用的方法有光谱校正、光谱平滑和光谱标准化等；特征提取可使用主成分分析、偏最小二乘回归等方法；模型建立则可以采用多元回归分析、支持向量机等模型进行建立。
近红外光谱分析的应用近红外光谱分析在多个领域具有广泛应用，以下为几个常见的应用示例：•食品质量检测：近红外光谱分析可用于检测食品中的营养成分、添加剂和污染物等，以保证食品的安全和质量。
•药物分析：近红外光谱分析可用于药品的成分分析、质量控制以及伪药的鉴定等。
•化妆品分析：近红外光谱分析可用于分析化妆品中的成分、性质和质量，以确保产品的合规性和安全性。
•环境监测：近红外光谱分析可用于监测土壤、水质和大气中的污染物，以帮助保护环境和预防环境污染。
近红外光谱分析技术原理
近红外光谱分析技术原理
近红外光谱分析技术是一种无损的分析方法，通过测量样品在近红外区域（780-2500 nm）的吸收和散射光谱来获取样品的信息。
这一区域的光波长范围对于化学成分、结构和物理状态的信息具有很高的灵敏度。
近红外光谱分析技术基于样品中的化学键或官能团在近红外区域的振动和转动引起的光吸收现象。
每个化学物质都有其独特的光谱特征，因此可以通过比对样品的光谱和已知物质的光谱数据库来确定样品的成分和含量。
近红外光谱分析技术具有以下几个优点：首先，非破坏性，不需要对样品进行任何物理或化学处理；其次，快速性，一般只需几秒钟或几分钟即可获得结果；再次，可靠性，结果准确性高，对于复杂的样品也有很好的适应性。
具体实施近红外光谱分析技术时，首先需要采集样品的光谱数据。
通常使用近红外光谱仪来进行测量，该仪器会发出一束近红外光束，经过样品后，光束中吸收的光将被检测器接收并转换成电信号。
然后，通过对比已知物质的光谱库，将样品的光谱与库中的光谱进行匹配和比对，以确定样品的成分和含量。
在近红外光谱分析技术中，还需要进行预处理和数据分析。
由于样品中存在吸收、散射、漫反射等干扰，需要对光谱数据进行预处理，如去除噪声、背景光等。
然后，使用统计学和化学计量学方法对处理后的数据进行分析和建模，以提取出样品中的信息和特征。
近红外光谱分析技术在农业、食品、制药、环境监测等领域有广泛的应用。
比如，在农业领域，可以用于农产品质量检测、土壤分析、农药残留检测等；在食品领域，可以用于食品成分分析、真伪鉴别等；在制药领域，可以用于药物质量控制、成分鉴别等。
近红外光谱技术的优缺点分析
近红外光谱技术的优缺点分析优点：1.非破坏性分析：近红外光谱技术可以在不破坏样品的情况下进行分析，不需要对样品进行处理或破坏性操作，因此适用于对昂贵或者珍贵的样品进行分析。
2.快速分析：近红外光谱技术具有快速分析的优点。
仪器操作简单，只需几分钟即可获得样品的光谱数据，因此可以高效地进行大量样品的分析。
3.宽波长范围：近红外光谱技术可以在700到2500纳米的宽波长范围内进行分析，这种宽波长范围可以覆盖各种样品的光谱特征。
不同的化学键和官能团在这个范围内吸收和散射光线的能力不同，因此可以通过光谱分析来确定样品的化学成分和特性。
4.多组分分析：近红外光谱技术可以用于多组分分析。
通过与已知样品的光谱进行比较和匹配，可以识别和定量分析未知样品中的各种化合物和组分。
5.无需样品准备：近红外光谱技术无需对样品进行处理、稀释或准备，不需要使用特殊的试剂或溶剂。
这降低了实验的成本和复杂性，并且减少了潜在的污染和分析误差。
缺点：1.需要校正和标定：近红外光谱技术在应用前需要进行校正和标定。
由于光谱数据容易受到采样条件、仪器性能和环境变化的影响，需要建立可靠的标定模型来保证分析结果的准确性和可靠性。
2.较高的设备成本：近红外光谱仪器价格相对较高，这给普遍应用带来了一定的限制。
同时，维护和管理设备也需要一定的技术和经济投入。
3.样品不透明：近红外光谱技术对于不透明的样品具有一定的限制。
由于近红外光在样品中容易被吸收，样品的透射光谱可能受到吸收效应的影响，因此对于不透明和浑浊的样品，应该采用其他可行的分析方法。
4.有限的解析能力：虽然近红外光谱技术可以提供关于样品组成和质量的定性和定量信息，但由于光谱区域的重叠和叠加效应，对于复杂的样品体系，其分辨能力有一定的局限性。
因此，在一些需要更高分辨能力的应用中，可能需要使用其他分析技术进行补充。
总之，近红外光谱技术作为一种非破坏性、快速的分析方法，在许多领域具有广泛的应用前景。
近红外光谱
36
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
37
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。
38
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；
24
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。
9
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。
17
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
近红外光谱分析技术
It () --------相对透射比
（应用时通称吸光
2、反射光谱法（多指长波近红外区，波长一般在 1100~2500nm范围内）
定义：是指测器和光源 置于样品的同一侧，检 测器所检测的是样品以 各种方式反射回来的光。
在探讨漫反射光强度与样品浓度之间关系时， 引入Kubelka-Munk方程：
• 拟合不足会导致模型的预测结果不可靠；
• 一、近红外光谱的定量分
析 (六) 校正模型的校验
• 交互校验法
优点：校正样品集中不包含用于校正模型的样品，可以独立 地对校正模型进行校验。
• 评定模型质量好坏的几个统计量
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。
仪器结构
一、近红外光谱仪的基本结构
光源系统
分光系统
样品室
检测器
控制和数据处理系统
记录显示系统
二、近红外光谱仪的分类
（一）根据分光系统分类
滤光片型
优点：设计简单、成本低、光通量大、信号 记录快、
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
优化算法介绍
• 1.主成分分析法
是将数据降维，以排出众多化学信息共存下的相互重叠的信 息。它是将原变量进行转换，用少数几个新变量作为原变量 的线性组合，同时，这些新变量应尽可能多的表征原变量的 数据结构特征而不丢失信息。
近红外光谱技术的原理和应用领域
近红外光谱技术的原理和应用领域近红外（NIR）光谱技术是一种非常重要的分析技术，它在许多领域中都有着广泛的应用。
本文将介绍近红外光谱技术的原理以及一些常见的应用领域。
首先，让我们来了解一下近红外光谱技术的原理。
近红外光谱在波长范围为700-2500纳米之间，可以通过光的吸收和散射来探测分子的特征。
每个分子都有特定的吸收光谱，通过分析样品与光的相互作用，可以获取样品组分的信息。
近红外光谱技术有许多应用领域。
其中，食品安全检测是一个重要的应用领域。
通过近红外光谱分析，可以快速准确地检测食品中的有害物质，如农药残留和重金属污染。
这种技术可以在食品加工过程中迅速检测出问题，确保食品的质量和安全。
此外，近红外光谱技术还广泛应用于制药行业。
在药物研发和生产过程中，近红外光谱可以用来分析原料药和药物包装材料的质量。
通过检测样品的特征光谱，可以及时发现并解决质量问题，确保药物的安全和有效性。
近红外光谱技术在农业领域也有着重要的应用。
例如，农作物的生长和发育状态可以通过近红外光谱来监测和评估。
通过分析植物的叶片光谱特征，可以及时了解植物的健康状况，从而进行精细化管理，提高农作物的产量和质量。
此外，近红外光谱技术在环境监测和污染治理中也有着广泛的应用。
例如，在水质监测中，可以通过分析水样的近红外光谱特征来检测水中的有机污染物和重金属。
这种技术具有快速、准确和非破坏性的特点，可以为环境保护工作提供有力的支持。
此外，近红外光谱技术还被广泛应用于化学和材料研究领域。
通过分析物质的近红外光谱特征，可以了解物质的结构和性质。
这对于新材料的研发以及物质的表征和鉴定具有重要意义。
总之，近红外光谱技术具有非常广泛的应用领域。
通过分析样品的近红外光谱特征，可以获取样品的组分和性质信息，从而实现快速、准确和非破坏性的分析。
该技术在食品安全、制药、农业和环境保护等领域中发挥着重要作用，为不同行业的发展和创新提供了有力支持。
随着科技的不断进步，相信近红外光谱技术的应用领域还将不断扩大，为人们带来更多的便利和利益。
近红外光谱技术的应用及前景
近红外光谱技术的应用及前景光谱学是一种分析物质组成与结构的重要科技手段。
在科学、工业和医学等领域都有广泛的应用。
其中，红外光谱技术是目前应用最广泛的一种光谱学技术之一。
而在红外光谱技术中，近红外光谱技术也日渐受到人们的重视，被广泛应用于许多领域，比如农业、食品加工、制药、医疗等。
接下来，本文将探讨近红外光谱技术的应用及前景。
一、近红外光谱技术的基本原理近红外光谱技术是通过红外光经过样品后，检测其吸收光谱来确定物质组成的一种分析方法。
它与通常的红外光谱技术相似，但其工作波长范围略有不同。
近红外光谱技术所使用的工作波长范围一般为800-2500纳米，而在这个波段内，物质的光学吸收一般是由化学键振动和分子的二次振动引起的。
实际应用中，通过近红外光谱技术得到的光谱可以被用作定量分析或者鉴定过程中的指纹图谱。
这些光谱信息可以通过一系列数学统计学方法进行分析，用来研究样本中的结构和成分。
二、近红外光谱技术的应用近红外光谱技术被广泛应用于农业、制造业、食品加工、制药、医疗等行业。
下面将分别探讨这些应用场景。
1. 农业在农业中，近红外光谱技术被用来分析土壤质量、农作物的成分、动物饲料的成分等。
例如，利用近红外光谱技术，可以准确测量肉类和饲料中的蛋白质、脂肪和纤维素含量，帮助农民更好地调整饮食和生产方式。
2. 制造业在制造业中，近红外光谱技术可以作为一种无损检测方法，可以检测所需物料的成分、质量和其它属性，从而提高制造过程的质量和效率。
例如，在造纸厂，可以使用近红外光谱技术检测纸浆的厚度和纤维质量，使生产过程更加精确和高效。
3. 食品加工在食品加工业中，近红外光谱技术可以被用来检测食品中的成分、营养物质和质量。
例如，人们可以通过近红外光谱技术来检测牛奶中的脂肪、蛋白质和酸度等指标，这可以帮助从生产商到消费者有效地管理食品和营养素。
4. 制药在制药领域，近红外光谱技术可以被用来检测和定量化药物中的成分。
这项技术可以在制造过程中进行无损检测，从而提高药物的质量和成分的纯度。
近红外光谱分析原理
近红外光谱分析原理近红外光谱分析是一种常用的无损检测技术，通过测量样品在近红外光波段的吸收和反射特性，来分析和鉴定物质的成分和性质。
本文将详细介绍近红外光谱分析的原理及其应用。
一、原理概述近红外光波长范围通常被定义为从780纳米到2500纳米，相对于可见光波长而言，在这一范围内物质对光的吸收较小。
近红外光谱分析利用了样品在这一波长范围内的吸收特性，通过测量样品对不同波长光的吸收程度来确定样品的成分和性质。
二、光谱仪构成近红外光谱仪通常由光源、样品接口、分光器、检测器和数据处理系统等组成。
光源产生近红外光，样品接口将光传递到样品上，并接收样品反射或透射的光信号。
分光器将光信号按照波长进行分离，并送入检测器进行信号检测。
最后，数据处理系统对检测到的光谱信号进行处理和分析。
三、样品制备近红外光谱分析的样品制备通常较为简单，大部分样品可以直接使用而无需特殊处理。
对于液体样品，可以直接放入透明的试剂盒或玻璃杯中进行测量；对于固体样品，通常需研磨成粉末或制备成透明的薄片，以确保光线可以透过样品进行测量。
四、光谱采集与分析光谱采集是近红外光谱分析的核心步骤，通过扫描一定波长范围内的光信号，得到样品在每个波长下的吸收光谱。
光谱分析可以通过两种方式进行：定性分析和定量分析。
定性分析通过与已知光谱库进行比对，判断样品的成分和特征。
光谱库中包含了不同物质的已知光谱特征，在采集到的光谱与光谱库进行匹配后，可以确定样品中是否含有特定物质。
定量分析则是通过建立样品的光谱特征与样品成分之间的数学模型，来估计或测定样品中的化学成分含量。
通常使用统计学方法和化学计量学模型进行定量分析。
五、应用领域近红外光谱分析在许多领域中得到广泛的应用。
例如，在农业中，可以通过近红外光谱分析检测农产品中的水分、蛋白质、糖分等成分，用于判断产品的质量和品种；在药品制造中，可以利用近红外光谱分析检测药品中的有效成分含量，用于质量控制；在环境监测中，可以通过近红外光谱分析检测土壤和水体中的污染物含量，用于环境保护等。
近红外光谱分析技术
The classical physics considers the atoms as particles with a given mass in the IR absorption process, and the vibrations of diatomic molecule described as follows (e.g., HCl):
MIR fundamental molecular vibrations
H
H H rocking
R H scissoring R R H H
in-plane bending
FIR
molecular rotations
Molecule
Degrees of freedom
H
H bending
Non linear Linear
400 to 33
MID
FAR
3x10-4 to
4000 to 400
7.8x10-5 to 3x10-4
12820 to 4000
近红外光谱分析技术
近红外光谱分析原理
• 近红外光谱主要是由于分子振动的泛频使分子振 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、S）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。
定性分析
• 近红外定性分析主要用于物质的聚类分析 和判别分析。 • 近红外定性分析是用已知类别的样品建立 近红外定性模型，然后用该模型考察未知 样品是否是该类物质。
近红外定性分析的基本原理
近红外光谱分析技术的数据处理方法
近红外光谱分析技术的数据处理方法引言近红外是指波长在780nm～2526nm范围内的光线，是人们认识最早的非可见光区域。
习惯上又将近红外光划分为近红外短波（780nm～1100nm）和长波（1100 nm～2526 nm）两个区域.近红外光谱（NearInfrared Reflectance Spectroscopy，简称NIRS）分析技术是一项新的无损检测技术，能够高效、快速、准确地对固体、液体、粉末状等有机物样品的物理、力学和化学性质等进行无损检测。
它综合运用了现代计算机技术、光谱分析技术、数理统计以及化学计量学等多个学科的最新研究果，并使之融为一体，以其独有的特点在很多领域如农业、石油、食品、生物化工、制药及临床医学等得到了广泛应用，在产品质量分析、在线检测、工艺控制等方面也获得了较大成功。
近红外光谱分析技术的数据处理主要涉及两个方面的内容：一是光谱预处理方法的研究，目的是针对特定的样品体系，通过对光谱的适当处理，减弱和消除各种非目标因素对光谱的影响，净化谱图信息，为校正模型的建立和未知样品组成或性质的预测奠定基础；二是近红外光谱定性和定量方法的研究，目的在于建立稳定、可靠的定性或定量分析模型，并最终确定未知样品和对其定量。
1工作原理近红外光谱区主要为含氢基团X-H（X=O,N,S,单健C,双健C,三健C等）的倍频和合频吸收区，物质的近红外光谱是其各基团振动的倍频和合频的综合吸收表现，包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。
因为不同的有机物含有不同的基团，而不同的基团在不同化学环境中对近红外光的吸收波长不同，因此近红外光谱可以作为获取信息的一种有效载体。
近红外光谱分析技术是利用被测物质在其近红外光谱区内的光学特性快速估测一项或多项化学成分含量。
被测样品的光谱特征是多种组分的反射光谱的综合表现，各组分含量的测定基于各组分最佳波长的选择，按照式(1)回归方程自动测定结果：组分含量＝C0＋C1(Dp)1＋C2(Dp)2＋…＋Ck(Dp)k(1)式中：C0～k 为多元线性回归系数；(Dp)1～k为各组分最佳波长的反射光密度值（D＝－lgp，p为反射比）。
近红外分析原理
近红外分析原理近红外（NIR）光谱分析技术是一种非破坏性的分析方法，广泛应用于食品、药品、化妆品、农业、环境监测等领域。
本文将介绍近红外分析的原理，并探讨其在实际应用中的优势和挑战。
一、近红外光谱分析原理概述近红外光谱（NIR）是指介于可见光和红外光之间的电磁波。
与红外光谱相比，近红外波长范围更窄，通常介于700纳米到2500纳米之间。
近红外光具有高穿透性和强信号特征，在吸收、散射和反射过程中具有特定的光学特性。
二、近红外分析原理详解近红外分析是基于样品对近红外光的吸收特性进行定性和定量分析的方法。
当近红外光照射样品时，部分光会被样品吸收，而另一部分光会穿透并被探测器测量。
吸收的光谱特征与样品的物理化学性质相关联，可以通过建立光谱库或数学模型来解释和预测样品的成分、质量和特性。
近红外分析方法通常分为定性分析和定量分析两种。
1. 定性分析：通过比较待测样品的光谱特征与已知物质的光谱库相匹配，确定样品的成分或特性。
近红外光谱能够捕捉到物质的结构、键合和官能团等信息，通过光谱匹配可以快速准确地鉴别样品。
2. 定量分析：利用数学建模方法，通过建立样本的光谱与含量之间的定量关系，预测未知样品的含量。
这种方法需要建立多元线性回归模型或偏最小二乘回归模型，进行定量分析。
三、近红外光谱分析的优势和挑战近红外分析具有以下优势：1. 非破坏性：近红外光谱分析无需对样品进行处理或破坏性试验，可以保持样品的完整性。
2. 快速性：近红外光谱仪器操作简便，数据获取快速，可以在短时间内获得大量样品的光谱数据。
3. 多样性：近红外光谱可以应用于多种样品类型，包括液体、固体和气体等。
4. 多组分分析：近红外分析可以同时检测多个组分，提高分析效率。
然而，近红外光谱分析技术也存在一些挑战：1. 样品干扰：样品的颜色、湿度、温度等因素可能对近红外光谱产生影响，需要进行校正和修正。
2. 光学路径：样品的形状和厚度可能会对光谱信号的强度和形状产生影响，需要考虑样品的光学路径。
近红外光谱法原理
近红外光谱法原理
近红外光谱法是一种分析技术，通过检测和分析物质在近红外光谱范围内的吸收特性来确定样品中的成分。
该技术基于物质分子与电磁波的相互作用而产生的吸收波长和强度的变化。
近红外光谱法的原理基于分子的振动和转动。
分子在光照射下会发生不同类型的振动和转动，这些振动和转动的能量可以与入射光的能量相互作用。
近红外光谱法利用了分子振动和转动的特点，通过测量物质在近红外光谱范围内的吸收能力来确定样品中的不同成分。
在近红外光谱法中，使用近红外光源产生的特定波长的光照射到样品上，并通过检测光的透过率或反射率来获取样品的光谱信息。
通过比较待测样品与已知标准样品的光谱特征，可以确定待测样品中的不同成分的含量。
这种方法可以广泛应用于化学、制药、食品等领域，用于分析各种化合物的含量、纯度和组成。
总的来说，近红外光谱法利用了物质分子在近红外光谱范围内的吸收特性，通过测定样品的吸光度或透过率来确定样品的成分。
通过比较待测样品与标准样品的光谱信息，可以快速准确地分析物质的含量和成分。
细胞近红外光谱
细胞近红外光谱
近红外光谱是一种用于分析细胞和组织成分的技术，它利用了介于可见光和中红外光之间的电磁波。
近红外光谱技术主要依赖于分子振动光谱的原理，通过测量细胞或组织样本对近红外光的吸收情况，可以获得有关其化学成分和结构信息的数据。
这种技术具有以下特点：
1. 非破坏性：近红外光谱分析是一种非侵入性的检测手段，可以在不损害样品的情况下进行多次测量。
2. 快速检测：近红外光谱仪能够迅速获取光谱数据，适合实时或在线分析。
3. 多组分分析：可以同时分析样品中的多种成分，包括有机分子、水分等。
4. 成本效益：相对于其他光谱分析技术，近红外光谱仪器的维护成本较低。
5. 应用广泛：在食品工业、农业、制药、石油化工等领域都有广泛的应用。
总的来说，近红外光谱技术是一种强大的分析工具，它在细胞学和分子生物学研究中提供了重要的结构和功能信息。
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。
红外光谱新技术
有关“红外光谱”的新技术
有关“红外光谱”的新技术如下：
1.近红外光谱分析技术（NIRS）：这是一种快速、无损的光谱分析技术，主要利用近红外
谱区包含的有效信息，通过计算机软硬件技术对物质进行快速定性或定量的分析。
该技术具有分析速度快、样品不需预处理、操作简单、无浪费和无污染等优点，一次测试可以测定多种成分和指标，具有很高的精密度和统计准确度。
2.集成电容式触控和红外线感应的全新触控技术：这种技术可以无需依靠复杂的物理硬
件就能准确地在一个触摸表面传达压力。
该系统在触摸屏下方部署了一个或多个红外发射器，可在特定角度向触屏玻璃盖发射红外光线。
这些光线被设计成能被玻璃盖顶部和底部表面以及周围空气和手指所发出反射光线获得100%反射。
当玻璃盖内的光线获得反射之后，发射的红外线将会触发一个可以计算全部内反射总数量的接收器，这个接收器根据反射光线是否来自周围空气或者用户的手指来显示不同的输出读数。
近红外光谱技术在医学诊断中的应用
近红外光谱技术在医学诊断中的应用近红外光谱技术是一项先进的无损分析技术，近年来在医学诊断领域受到了越来越多的关注和应用。
它通过测量和分析物质在近红外光谱区域的吸收和散射特性，可以快速、准确地检测分析样本中的化学成分和生物分子信息，为医学诊断和治疗提供了全新的思路和方法。
一、近红外光谱技术在疾病诊断中的应用1.肿瘤诊断：近红外光谱技术可以通过分析患者血液或组织样本中的近红外光谱信号，探测肿瘤标志物的变化，从而实现早期肿瘤的诊断和定量判别。
该技术通过建立肿瘤光谱数据库和模型算法，能够对不同类型的肿瘤进行识别，为肿瘤治疗提供了依据和参考。
2.血糖检测：近红外光谱技术可以通过皮肤组织对近红外光的吸收和散射特性来非侵入性地测量人体的血糖浓度，实现连续、动态监测。
这对于糖尿病患者来说，可以避免频繁的采血和痛苦，提高生活质量和管理效果。
3.心血管疾病诊断：通过近红外光谱技术对血液中的脂质和蛋白质等成分进行测量，可以评估患者的心血管健康状况。
该技术可以检测血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白含量的比例，以及脂质代谢产物的浓度，辅助医生进行心血管疾病的诊断和治疗。
4.胃肠道疾病诊断：近红外光谱技术可以通过分析患者呼气或经口摄入样本中的光谱信息，对胃肠道疾病进行早期筛查和诊断。
该技术可以检测胃肠道气体成分的变化，识别特定的生物标志物，辅助医生进行疾病鉴别和治疗方案制定。
二、近红外光谱技术在药物研发中的应用1.药物质量控制：近红外光谱技术可以通过快速扫描药物样品的光谱信息，判断药物的成分和纯度是否符合规定标准，实现药物质量的控制和监测。
该技术可以提高药物生产的效率和安全性，减少传统检测方法的时间和成本。
2.药物代谢研究：近红外光谱技术可以通过测量患者血液或尿液中的光谱信息，实时监测和分析药物在体内的代谢过程。
这对于药物疗效评估和个体化用药非常重要，可以帮助医生调整药物的剂量和方案，提高疗效和减少副作用。
3.药物疗效评价：近红外光谱技术可以通过测量患者体内药物的光谱信号，评估药物是否达到治疗效果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
C
合频跃迁（对应于分子两种振动状态的能级 同时发生跃迁）
在实际体系中，由于分子振动并 不完全符合简谐振点模式，存在 非谐性振动的情况，即从最低振 动能级，不仅可以向第一激发能 级跃迁（谐性),还可以向第二激 发、第三激发甚至更高的激发能 级跃迁，由此产生倍频吸收峰， 另外，如果某光子的能量正好等 于两个或者两个以上基频跃迁的 能量总和，该辐射也有可能被吸 收，同时引起相应的多重跃迁， 由此对应的合频吸收峰。
• 一、近红外光谱的定量分析
• (五) 校正模型的建立
• 目的是对未知样品的组成或性质进行预测。 • 常用的三种建立校正模型的方法：主成分回归( PCR)、偏最小二乘归( PIS) 和多元线性回归(MIR)。 • 常见的非线性校正模型建立技术区域权重回归( LMR )和人工神经网络 ( ANN )。
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7002500nm（波数14286-4000cm-1） 作为近红外谱区。
优化算法介绍
• 1.主成分分析法
• 是将数据降维，以排出众多化学信息共存下的相互重叠的信息。它是将原变量进行 转换，用少数几个新变量作为原变量的线性组合，同时，这些新变量应尽可能多的 表征原变量的数据结构特征而不丢失信息。 • 通过主成分回归，可以去除噪声，解决了回归中的共线性问题，有效地提高了信息 利用，提高了模型的稳定性。
一、近红外光谱的定量分析
• (一) 具有代表性的建模样品的收集
• 建模样品为从总体中抽取的有限个(一般是几十个)能代表研究对象总体的适合分析 的样品。 • 代表性指的是同一材料中的不同举型、不同品种、不同来源以及待测组分含量分布 等。
• (二) 建模样品被测组分化学分析值的测定
• 校正模型是由建模样品被测组分的化学值和相关近红外光谱的吸光度或光密度值经 回归得到的，因此模型预测结果的准确性很大程度上取决于标准方法测得的化学值 的稳定性。 • 保证化学值的准确性： • ①选用国际或国内标准方法测定建模样品;②在不同时间测定2-3 个平行样品， 平行样之间的相对误差不能大于方法允许的误差范围；③测定结果建议以干基 含量表示，这样表示的结果不会因空气湿度的变化而波动。
I s ( ) 1 A( ) lg[ ] lg[ ] I t ( ) T ( )
-------标准溶液 T ( ) --------试验溶液 I t ( ) --------相对透射比
--------相对吸光度 （应用时通称吸光度）
2、反射光谱法（多指长波近红外区，波长一般在 1100~2500nm范围内）
被测物质是透明的物质，物质内部只发生光的吸收，没有光的反射、散射、 荧光等其他现象发生时，其吸光度遵循朗伯-比尔定律:
I 0 ( ) 1 A* （） lg[ ] lg[ ] cd I t ( ) T * ( )
A* （）
I 0 ( )
I t ( )
T * ( )
、c、d
（中）红外光谱主要对应分子中官能团的谐性振动吸收，与此不同 近红外光谱则主要对应由于分子振动非谐性而产生的从基态向高振 动能级跃迁时的倍频和合频吸收，主要包括含氢基团X-H(X，C、N、 O)振动。由于不同基团或同一基团在不同化学环境中的吸收波长和 吸收强度有着明显的差别，所以近红外谱能够反映丰富的结构和组 成信息。 主要基团合频与各级 倍频吸收带的近似位 置：
• 一、近红外光谱的定量分析
• (三) 光谱数据的测量
• 在测定光谱数据时，应注意到仪器状态和环境因素的变化，测 量条件尽量保持一致。
• (四) 光谱数据的预处理
• 目的是针对特定的样品体系通过对光谱的适当处理减弱以至于 消除各种非目标因素对光谱的影响，净化谱图信息为校正模型 的建立和未知样品组成或性质的预测奠定基础。 • 常用的预处理方法包括：高频噪声滤除(卷积平滑、傅里叶变 换、小波变换等)，光谱信号的代数运算( 中心化、标准化处理 等)，光谱信号的微分，基线校正，对光谱信号的坐标变换( 横 轴的波长、波数等单位变换，纵轴的吸光度、透过率、反射率 等单位变换) 等。
五、近红外光谱技术的特点
分析速度快，测量过程大多可在1min内完成。
1
2
分析效率高，通过一次光谱测量和已建立的相应校 正模型，可同时对样品的多个组分或性质进行测定， 提供定性、测量结果。
3
适用的样品范围广，通过相应的测样器件可直接 测量液体、固体、半固体和胶状体等不同物质的 样品，光谱测量方便。
4
傅里叶变换型 （FT）
声光调谐型 （AOTF）
二、近红外光谱仪的分类 （二）根据用途分类
01
过程监测仪器
02Leabharlann 专用仪器通用仪器 图像仪器
03
04
什么样的近红外光谱仪器最好？ 如何选择一台合适的近红外光谱仪器？
三、近红外光谱仪的主要性能指标
指仪器对于紧密相邻 的峰可分辨的最小波 长间隔，表示仪器实 际分开相邻两谱线的 能力，往往用仪器的 单色光带宽来表示。
01
光辐射的能量恰好满足分子振动能级跃迁所需要的能量， 即只有当光辐射频率与分子中基团的振动频率相同时，辐 射才能被吸收。 振动过程中，必须有偶极矩的改变，只有偶极矩发生变化 的那种振动形式才能吸收红外光谱。
02
四、近红外光谱测定的基本原理
透射光谱法
反射光谱法
1、透射光谱法（多指短波近红外区，波长一般在7001100nm范围内） 定义：是指将待测液样品置于光源与检测器之间， 检测器所检测光是透射光或与样品分子相互作用的光。
光栅色散型
二、近红外光谱仪的分类
优点：信噪比高、分辨率高、波长准确且重复性好、 稳定性好等。 缺点：由于干涉仪中动镜的存在，仪器的在线长久可 靠性受到一定的限制，另外对仪器的使用和放置环境 也有较高的要求。
优点：无机械移动部件, 测量速度快、精度高、准确性 好, 提高了工作的可靠性和减少了维修费用, 可以稳定 地长时间工作。它的分辨率也很高, 目前可以达到 0.01 nm; 波长调节速度快, 一般4000波长·s -1 。 缺点：价格较贵。
8
9
六、近红外光谱分析技术存在的难点
1
测试灵敏度相对较低，被测组分含量一般大于 0.1%。 需要用标样进行校正对比，很多情况下仅是一种 间接分析技术。 由于近红外光谱中信息强度低，因此组分在近红 外光谱中谱峰强度较弱，影响近红外测量的检测 限。
2
3
4
由于样品未经预处理，因此样品的状态、测定的方式以及测 定的条件都会影响测量的结果，使近红外光谱的变动性大。 由于近红外光谱测定的样品经常是不经过提纯等预处理的复 杂样品，因此样品中出待测成分外还存在着复杂的高强度背 景，造成了NIR分析图谱的背景复杂和谱峰重叠，难以用常规 方法解析图谱。 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。
5
6
仪器结构
一、近红外光谱仪的基本结构
光源系统
分光系统
样品室
检测器
控制和数据处理系统
记录显示系统
二、近红外光谱仪的分类 （一）根据分光系统分类
滤光片型
优点：设计简单、成本低、光通量大、信号 记录快、坚固耐 用; 且可根据需要在固定几个波长下进行测量,灵活方便。 缺点：单色光的带宽较宽, 波长分辨率差,如遇样品基体或温 湿变化较大, 往往会引起较大的测量误差, 需要完善的校正系 统, 且所选滤光片的波长也需通过扫描型仪器对样品的全谱扫 描分析才能确定。 优点：可进行全谱扫描, 分辨率较高, 仪器价位适中, 便于维 护。 缺点：扫描速度慢。
度
-----被测物的吸光度（或称绝对吸光度） -----入射光强度 -------透射光强度 -------透色比 -------摩尔吸光系数、被测物质浓度和光程长
采用在另一等同的吸收池中放入标准物质（也称为参 比）与被分析物质的透射强度进行比较参比：
I t ( ) T ( ) I s ( )
指该近红外光谱 仪器所能记录的 光谱范围。
波长范围
仪器的 分辨率
波长的 精确度
指仪器所显示的波长 值和分光系统实际输 出单色光的波长值之 间的相符程度。
波长的 准确度
指对同一样品进行 多次扫描，光谱谱 峰位置间的差异程 度或重复性。
指仪器对某物质 进行透射或漫反 射测量时，所测 光度值与该物质 真实值之差。
将相对反射率代入①代替绝对反射率，①变为： ⑤
式中K与被测物质的摩尔吸收系数 和试样浓度成比例关系，因此在散射 系数不变的条件下，显然f ( R ) 也是与试样浓度成正比的量。
漫反射测量时定义名义吸光度：
I s ( ) A( ) lg[ ] I t ( )
⑥可以转变为：
⑥
代入入射光强度
相对反射概念：即将试料的反射光强与标准板（参比）的 反射光强之比定义为相对反射率（一般记作R）。
对于标准测试板，其绝对反射率为： R 对于测试样，其绝对反射率为：
R
t s
Is I0
② ③
It I0
t It R 则相对反射率定义为： R s R Is
④
K (1 R) 2 f ( R) S 2R
分类
①短波近红外 （700-1100nm）
②长波近红外 （1100-2500nm）