近红外技术理论概要
近红外光谱技术概述
近红外光谱技术概述近红外光(Near-infrared)是指波长在780〜2500nm 范围内的电磁波，属于非可见光区域。
习惯上又将近红外光划分为近红外短波(780〜1100nm)和长波(1100〜2500nm)两个区域。
NIR 技术可通过测定样品的NIR 光谱，同时分析样品中的多种成分。
在近红外谱区，光的频率与有机分子中C-H , O-H , N-H 等振动的合频与各级倍频一致，因此通过有机物的近红外光谱可以取得分子中C-H , O-H , N-H 的特征振动信息。
由于近红外光谱的谱带较宽，谱图重叠严重，不能用特征峰等简单方法分析，需要运用计算机技术与化学计量学方法。
近红外光谱的发展大致可以分为5个阶段，50年代以前人们对近红外光谱已有初步的认识，但由于缺乏仪器基础，尚未得到实际应用；进入50 年代，随着商品化仪器的出现及Norris等人所做的大量工作，近红外光谱技术在农副产品分析中得到广泛应用；到60 年代中期，随着各种新的分析技术的出现加之经典近红外光谱分析暴露的灵敏度低、抗干扰性差的弱点，近红外光谱进入一个沉默的时期，除在农副产品分析中开展一些工作外，新的应用领域几乎没有拓展；80年代以后，随着计算机技术的迅速发展，带动了分析仪器的数字化和化学计量学学科的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息的提取及背景干扰方面取得良好效果，加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点，使人们重新认识了近红外光谱的价值，数字化光谱仪器与化学计量学方法的结合形成了现代近红外光谱技术。
进入90 年代，近红外光谱在工业领域中的应用全面开展，由于近红外光在常规光纤中良好的传输特性，使近红外光谱在线分析领域得到很好应用，并取得极好的社会和经济效益，从此近红外光谱步入一个快速发展的时期。
近红外光谱技术的特点。
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。
近红外技术
表1 C-H各级基团倍频在近红外区的分布
频率 基频 合频 一级倍频 二级倍频 四级倍频 五级倍频 波长范围/nm 2900~3200 2200~2450 1600~1800 1150~1250 850~940 700~780 相对吸收强度 建议光程 1 0.01 0.01 0.001 0.0001 0.0005 0.1~4 mm 0.1~2 cm 0.1~2 cm 0.5~5 cm 5~10 cm 10~20 cm
五、特点
• 3.分析速度快，效率高 分析速度快， 分析速度快
近红外光谱的信息必须由计算机进行数 据处理及统计分析，一般一个样品取得光 谱数据后可以立刻得到定性或定量分析结 果，整个过程可以在不到2分钟内完成。 而且通过一次光谱的测量和已建立的相应 的校正模型，可同时对样品的多个组成或 性质进行测定。在工业分析中，可实现由 单项目操作向车间化多指标同时分析的飞 跃，这一点对多指标监控的生产过程分析 非常重要。已有的一些商品模型可以购买， 以节省很多建模的费用及时间。
采用多元校正方法及一组已知的同类样 品所建立的定量模型，可以快速得到相对 误差小于0.5%的测量结果。定性分析采用 模式识别分析方法，先取得一组已知样品 的吸光度分布模型，再测得待定性样品在 不同波长下的吸光度分布，用聚类原理确 定样品是否属于已有的模型。如果已知样 品有好几类，则可以从几种模型中选出最 接近的一类以定性。
三、仪器
（3）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0.1 nm。
近红外光谱技术原理
近红外光谱技术原理
近红外光谱技术是一种非破坏性测试方法，可以对分子结构进行快速、准确的分析。
近红外光谱技术的原理是基于物质分子的振动和转动的能量差异，通过检测物质在近红外光谱范围内的吸收或反射光谱，来获取样品的化学成分信息。
该技术在化学、药品、食品、环境、农业等领域中广泛应用，因为它可以用于研究样品中的有机和无机化合物，无需对样品进行任何化学处理，非常方便快捷，减少了对环境的污染。
近红外光谱技术的原理是基于物质分子的振动和转动的能量差异。
在近红外光谱范围内，物质分子中的C-H、O-H、N-H、S-H等共价键的振动和转动能量与光子能量相等，因此会吸收或散射光子，产生独特的光谱。
当近红外光经过样品后，样品吸收或反射了一部分光子，另一部分继续传递。
被吸收或反射的光子数与样品的化学成分、浓度和分子结构等有关。
通过测量吸收或反射的光谱图，可以得到样品在近红外光谱范围内的光谱。
近红外光谱技术的优点在于可以对不同种类的样品进行非破坏性测试，且不需要对样品进行任何化学处理。
同样的，近红外光谱技术有其缺点，即需要一定数量和质量的样品数据来进行模型训练，有时候样品中复杂物质的存在可能会产生干扰或信噪比较低的问题。
总的来说，近红外光谱技术是一种非常实用的检测方法，它为许多行业提供了一个快速、准确、非破坏性的检测方法。
随着技术的不断发展，近红外光谱技术将
会被广泛应用到更多的领域。
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。
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。
近红外光谱技术的原理
近红外光谱技术的原理
近红外光谱技术是一种非常重要的光谱分析方法，其原理基于近红外光在物质中的吸收谱带。
近红外光谱波长范围通常在780 nm到2500 nm之间，这个范围内的物质分子和化学键通
常会对光吸收或散射。
通过测量物质在不同波长处的吸光度或反射率，可以获得该物质的光谱特征。
近红外光谱技术的实验系统通常由光源、样品、光学元件和检测器组成。
光源发出近红外光，经过样品后，部分光被物质吸收或散射，其他光经过光学元件聚焦后，最终到达检测器。
检测器将接收到的光信号转化为电信号，并通过计算机处理和分析得到光谱图。
通过近红外光谱技术，可以获取样品的光谱图像，其中横轴表示波长，纵轴表示吸光度或反射率。
根据不同的样品性质，其光谱图像会呈现出特定的吸收峰或吸收带。
通过对光谱图的解析，可以确定样品中的不同物质成分以及它们的含量。
近红外光谱技术在很多领域应用广泛，例如农业、食品、药品、生物医学等。
在农业方面，通过分析土壤和作物的近红外光谱，可以评估土壤的肥力和作物的生长状态。
在食品工业中，近红外光谱可以用来检测食品中的营养成分、成分含量、质量等。
在药品和生物医学领域，近红外光谱被广泛应用于药品质量控制和生物组织成分分析等方面。
总之，近红外光谱技术是一种快速、无损、准确的光谱分析方
法，通过测量物质在近红外波段的吸光度或反射率，可以获取物质的光谱特征，从而实现对物质成分和性质的分析和检测。
近红外原理和应用简介
功能近红外光谱成像技术原理和应用简介一．功能近红外光谱成像技术原理人体组织对不同波段的光具有不同的吸收率。
研究发现，人体组织中携氧血红蛋白(HbO)和脱氧血红蛋白(Hb)对波段在800~2500nm的红外光的吸收率吸引率显著不同并且有交叉，这样就可以通过数学方法间接求出各自的浓度。
功能近红外光谱成像技术(functional Near-infrared spectroscopy, fNIRS)就是应用近红外光波段，通过对一处或多处的组织进行光学照射，然后在照射的对面或同面的一处或多处组织收集反射回来的光，通过研究光在人体组织中的传播特性，基于最新断层成像算法，就可以重建图像，从而间接检测出人体组织内氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和全血红蛋白的浓度变化。
fNIRS的优点：1)理想的空间定位能力：由于受到容积导体效应的影响，EEG/MEG无法准确的溯源。
与EEG/MEG不同，该fNIRS所测量的血红蛋白浓度恰好反映了测量点所在位置的局部脑活动，从而为建立脑活动与解剖位置的对应关系提供了可能。
2)理想的空间分辨能力：如果有多个脑内源，EEG/MEG无法分辨不同的源。
fNIRS可以较为准确的区分来自不同脑结构的信号，其空间分辨率可以达到1-2厘米。
3)更高的采样率：fNIRS的采样率可以达到0.1秒，远远高于功能磁共振成像。
由于血氧动力学信号中混杂各种生理噪声，比如呼吸、心跳等。
由于fMRI的时间采样率较低，所以无法排除这些生理噪声的影响。
而fNIRS的时间采样率较高，可以测到完整的生理信号，比如心率(~1hz)，血管和代谢过程的低频噪音(~0.1hz)，从而可以滤掉这些生理噪音。
4)更多的测量指标：除了脱氧血红蛋白以外，实现fNIRS还可以提供氧合血红蛋白和总的血红蛋白浓度变化，而fMRI只能提供脱氧血红蛋白的信息。
5)更强的实用性：从实际应用的角度来说，该成像方法具有无可比拟的优势。
它具有可移动性，安静无噪声，使用成本低，容易操作和维护，对被试的限制少，兼容磁性金属物品，允许长时间连续测量和短时间内反复多次测量等特点。
近红外光谱的工作原理阐述
近红外光谱的工作原理阐述近红外光谱（NIR）是一种非常重要的光谱技术，可以用于材料、食品、制药和医学等领域的分析和质量控制。
本文将介绍近红外光谱的基本原理、实现方法和应用。
近红外光谱的基本原理近红外光谱是在800 nm至2500 nm波长范围内测量物质的吸收光谱的技术。
这个波长范围对应了光学中的近红外区域，即可见光谱和红外光谱之间的区域。
相比于传统的红外光谱，近红外光谱有很多优点。
它不需要样品的准备和处理，可以对样品进行非破坏性的分析，还可以在不同的状态下实时监测样品。
近红外光谱的工作原理基于分子吸收光谱。
当近红外光照射到样品上时，样品中的分子会吸收一部分光子的能量。
这些能量会使分子的振动产生改变，从而导致部分光子被散射、透射或吸收。
吸收的光子数量与分子含量的多少有关，因此可以通过比较不同样品的吸收光谱来得到它们分子组成的差异。
近红外光谱的实现方法近红外光谱的实现方法主要有两种：透射模式和反射模式。
在透射模式中，样品被置于两个特定光学材料之间，光线透过样品后到达检测器，被检测器测量。
透射模式一般用在对液体和固体的分析中。
在反射模式中，样品就位于光源和检测器之间，光线透射到样品表面后被反射回来，经过检测器测量。
反射模式适用于粉末、纤维和其他固体样品。
近红外光谱的应用近红外光谱的应用非常广泛，包括材料、食品、制药和医学等领域。
下面是几个常见的应用案例：食品近红外光谱可以用于食品成分分析和检测。
它可以检测食品中含有的各种成分，如蛋白质、脂肪、糖和水等，并且可以检测到食品的质量和成熟度。
医学近红外光谱可以用于医学诊断和生物医学研究。
它可以测量人体血液中的葡萄糖和氧气含量，也可以检测癌症细胞和其它细胞的成分。
制药近红外光谱可用于药物质量控制、成分分析和纯度检测等领域。
它可以测量药品各种成分的含量，检测药品的制备过程和纯度。
总之，近红外光谱作为一种非破坏性的分析技术，在材料科学、食品工艺学、医疗诊断和制药开发等领域被广泛应用。
近红外光谱技术原理
近红外光谱技术原理
近红外光谱技术是一种常用的非破坏性分析方法，用于物质的组成分析和质量检测。
其原理基于近红外光（波长范围为750-2500纳米）与物质相互作用的特性。
近红外光谱技术原理的核心是分析样品对不同波长的近红外光的吸收和散射情况。
当近红外光照射到样品时，样品中的分子会与光发生相互作用，导致光的能量发生改变。
这些能量改变可以通过检测光的强度和波长来获得。
虽然每种化合物与近红外光的相互作用方式各异，但是总体上可以分为两种情况：吸收和散射。
吸收是指样品吸收一部分光的能量，而散射则是指样品将光随机反射、散射。
近红外光谱技术利用了不同样品吸收和散射光谱特性的差异来分析物质的组成和相关信息。
通过建立光谱库，将已知样品的近红外光谱与其组成关联起来，可以利用光谱库中的信息来识别未知样品的组成。
在实际应用中，近红外光谱技术可以被应用于多个领域，包括农业、医学、食品安全等。
例如，在食品安全领域，可以使用近红外光谱技术来检测食品中的营养成分、食品添加剂和污染物的含量，从而确保食品的质量和安全性。
总之，近红外光谱技术利用近红外光与物质相互作用的特性，通过分析样品对不同波长光的吸收和散射来获得物质的组成和
相关信息。
这种非破坏性分析方法在许多领域中有广泛应用，并且具有快速、准确、无需样品处理等优势。
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。
近红外技术培训资料
近红外技术培训资料一．近红外的发展概述1．什么是近红外？近红外（Near Infrared 简称NIR）是一种电磁波，按ASTM （美国实验和材料协会）定义是指波长在780nm~2526nm范围内的电磁波。
(1nm=1╳10-9m; 1um=1╳10-6m)近红外是红外光的一部分，红外光包括：近红外、中红外和远红外IR = NIR + MIR(2.5~15um) + FIR(15~200um) （波长范围：0.78~200um）近红外介于可见光（400~780nm）和中红外之间，是人们发现最早的非可见光区域，近红外谱区最初于1800年被Tomas Herschel发现，距今已有200多年的历史。
2．近红外在20世纪的发展状况◆ 20世纪初，人们采用摄谱的方法首次获得了有机化合物的近红外光谱，并对有关基团的近红外光谱特征进行了解释，预示着近红外光谱有可能作为分析技术的一种手段得到应用。
◆50年代以前，近红外光谱的研究只限于为数不多的几个实验室中，且没有得到实际的应用。
◆50年代中后期，随着简易近红外光谱仪器的出现及Norris等人在近红外光谱漫反射技术上所做的大量工作，掀起了近红外光谱应用的一个小高潮，近红外在测定农副产品的品质方面得到广泛应用。
由于这些都基于传统的光谱定量方法，测量结果往往产生较大的误差。
近红外光谱吸收较中红外光谱弱，谱带重叠多，受当时技术条件的限制，近红外光谱分析技术应用不多。
◆60年代中后期，随着中红外光谱技术的发展及其在化合物结构表征中所起的巨大作用，使人们淡漠了近红外光谱在分析测试中的应用。
在此后的约20年的时间里，除了农副产品领域的传统应用之外，近红外光谱技术几乎处于徘徊不前的状态，以至于被人们称为光谱技术中的沉睡者。
◆80年代后期，近红外光谱才真正为人们所注意，这在很大程度上应归功于化学计量学方法的应用，再加上过去中红外光谱技术积累的经验，使近红外光谱分析技术迅速得到推广，成为一门独立的分析技术，有关近红外光谱的研究和应用文献几乎呈指数增长。
近红外光谱技术基础理论与应用
的就是该方法，先对近红外光谱数据通过主成分分析进行压缩，选取合适的几个 主成分的得分作为输入参数。
三、近红外光谱分析技术的工作过程
样品的近红外光谱包含了组成与结构的信息，而性质参数（如油品的相对密 度、馏程和闪点等）也与其组成、结构相关。因此，在样品的近红外光谱和其性 质参数间也必然存在着内在的联系。使用化学计量学这种数学方法对其两者进行 关联，可确立这两者间的定量或定性关系，即校正模型。建立模型后，只要测量 未知样品的近红外光谱，再通过软件自动对模型库进行检索，选择正确模型，根 据校正模型和样品的近红外光谱就可以预测样品的性质参数。所以，整个近红外 光谱分析方法包括了校正和预测两个过程。
近红外光谱
近红外光谱
训练集样品
化学计量学 软件
模型
未知样品
组成或性质 数据
组成或性质 数据
图 1 分析过程示意图
因此，近红外光谱分析又称“黑匣子”分析技术，即间接测量技术。通过
5
对样品光谱和其性质参数进行关联，建立校正模型，然后通过校正模型预测样品 的组成和性质。过程如图 1 所示。蓝色箭头所表示的就是预测过程，用于常规分 析。使用化学计量学软件，通过待测样品的光谱和模型计算出其性质和组成数据。
2
第一章 近红外光谱分析技术概述及发展历程
近红外光谱技术（NIR）是一种高效快速的现代分析技术，它综合运用了计 算机技术、光谱技术和化学计量学等多个学科的最新研究成果，以其独特的优势 在多个领域得到了日益广泛的应用。并已逐渐得到大众的普遍接受和官方的认 可。
近红外区域按ASTM定义是指波长在 780～2526nm范围内的电磁波，是人们最 早发现的非可见光区域。由于物质在该谱区的倍频和合频吸收信号弱，谱带重叠， 解析复杂，受当时的技术水平限制，近红外光谱“沉睡” 了近一个半世纪。直 到 20 世纪 50 年代，随着商品化仪器的出现及Norris等人所做的大量工作，使得 近红外光谱技术曾经在农副产品分析中得到广泛应用。到 60 年代中后期，随着 各种新的分析技术的出现，和经典近红外光谱分析技术暴露出的灵敏度低、抗干 扰性差的弱点，使人们淡漠了该技术在分析测试中的应用，从此，近红外光谱进 入了一个沉默的时期。80 年代后期，随着计算机技术的迅速发展，带动了分析 仪器的数字化和化学计量学的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和 背景干扰方面取得的良好效果，加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点，使 人们重新认识了近红外光谱的价值，近红外光谱在各领域中的应用研究陆续展 开。进入 90 年代，近红外光谱在工业领域中的应用全面展开，有关近红外光谱 的研究及应用文献几乎呈指数增长，成为发展最快、最引人注目的一门独立的分 析技术。由于近红外光在常规光纤中具有良好的传输特性，使近红外光谱在在线 分析领域也得到了很好的应用，并取得良好的社会效益和经济效益，从此近红外 光谱技术进入一个快速发展的新时期。[1]
近红外原理
近红外原理近红外（NIR）是指波长范围在780纳米到2500纳米之间的光线。
近红外技术是一种非破坏性的分析技术，它可以通过物质对近红外光的吸收、反射、透射等特性，来实现对物质成分、结构和性质的快速、准确检测和分析。
近红外技术在农业、食品、医药、化工、环保等领域有着广泛的应用。
首先，近红外技术的原理是基于物质对近红外光的吸收特性。
在近红外光照射下，样品中的化学键和功能团会吸收特定波长的光线，产生特征性的吸收峰。
通过检测样品在不同波长下的吸收情况，可以得到样品的光谱信息，进而推断出样品的成分和性质。
其次，近红外技术的原理还包括样品的反射和透射特性。
当近红外光线照射到样品表面时，一部分光线会被样品反射回来，另一部分光线会穿透样品并被检测器接收。
通过分析反射光谱和透射光谱，可以获取样品的特征信息，实现对样品成分和性质的检测和分析。
另外，近红外技术的原理还涉及到光谱数据的处理和分析。
通过采集样品在不同波长下的光谱信息，可以建立近红外光谱库。
利用光谱库中已知样品的光谱信息，可以对未知样品进行定性和定量分析，实现对样品成分和含量的快速检测。
近红外技术的原理虽然复杂，但其应用非常广泛。
在农业领域，近红外技术可以用于土壤肥力、作物品质、病虫害检测等方面；在食品领域，可以用于食品成分、质量、安全等方面的检测；在医药领域，可以用于药品成分、质量控制等方面的分析；在化工领域，可以用于化工产品的生产过程监控和质量检测；在环保领域，可以用于水质、大气污染物的检测和监测。
总之，近红外技术以其快速、准确、非破坏性的特点，成为了现代分析检测领域不可或缺的重要手段。
随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，相信近红外技术将会在更多领域发挥重要作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
第二部分近红外光谱仪基本理论
干涉峰的强度：是指每次自动检验的干涉峰强度与第一
次在实验室测定时的干涉峰的强度比较的值，允许最 小值是70%，如果低于70%，则会影响仪器的信噪比和 100%线。
能量实验是长期对比实验，是指每次自动检验背景的单
通道能量图的强度与第一次在实验室测定时背景的单 通道能量图的强度比较的偏差值（与参考光谱进行比 较） ，允许最大值30%，如果大于30%，会影响仪器的 信噪比和100%线。
使用两个透光率不同的滤光片来检测Y轴，使谱图的Y
轴更加精确。
红外仪器的发展和现状近 滤光片 光栅 光声调制 二极管阵列 偏振干涉
傅立叶变换
滤光片型仪器的优缺点
滤光片型近红外光谱仪器就是以滤光片作为分光系统，即采用滤光 片作为单色光器件。
优点：1、制造成本低，推广面大； 2、体积小，可以便携。 缺点：1、滤光片的带宽较宽（一般10nm）。
两个立体交镜合并在一个双摆动装置上。在该装置的质量中心处安装了
一个无摩擦枢轴承。
偶合在一起的三维立体角镜
平面反射镜
三维立体角镜 具有良好的抗震性
扩展成在线检测的仪器
在线检测实物图
其它类型干涉仪
优点：扭摆式干涉仪克服了传统干 涉仪的缺陷，精度和稳定性提高。 缺点：镜子过多，抗振性能差。
车载仪器采样附件－光纤
付立叶变换仪器 的优缺点
优点：1、光通亮大，灵敏度高 2、分辨率高，可根据不同的实验要求，连续可调 3、使用HeNe激光做内部参考，波长准确度高，无 需人工校准波长 4、扫描速度快 5、不受杂散光的干扰 6、仪器扩展灵活 缺点：如果是平面镜，在快速扫描过程中会发生晃动和偏 转，造成干涉信号降低，灵敏度下降。
波长范围：是指该近红外光谱仪所能记录的光谱范围，它影
近红外知识
5
Absorbance
4
3
2
MIR NIR
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000
1
0
Wavenumber cm-1
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。
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。
1200
1400
1600
1800 Nanometers
2000
2200
2400
傅立叶变换近红外仪器的光谱
1.2 Absorbance Units 0.0
10000
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
9000
8000
7000 Wavenumber cm-1
6000
5000
4000
四种仪器近红外光谱的比较
远红外 微波
电子自旋振动
核磁振 动 Radio, TV 无线电波
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
10-4
10-3
10-2
10-1
1
101
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、
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近红外技术在我国研究与应用进展
七五期间，近红外定标数据库的开发就列入国家攻关计划。 在此期间以中国农科院畜牧研究所为首，全国近20家研究所联合完成了 饲料用玉米等九个能量饲料
大豆粕等4个蛋白饲料
苜蓿粉等7个粗饲料 蛋鸡配合料
干物质，粗蛋白，粗纤维，和灰分组分的定标数据库建立和定量分析工 作
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近红外光谱波长范围
紫外
可见
近红外
中红外
200 50,000
400 25,000
700 14,285
2500 4,000
25,000 nm 400cm-1
成分定量分析 复杂有机体系的掺假鉴定 元素分析 表观颜色分
Dedicated Analytical Solutions
官能团定性分析
近红外是如何工作的?
光 谱 学 原 理
红外光(Infrared,780-25000nm)的能量与分子振动能量相当
可以反映出不同的官能团、化学键等信息，可划分为——
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FOSS近红外发展历程
Infratec系列早期 Infratec 1241
> 7000台 > 6500台
NIRSystems系列分析仪
InfraXact
> 10000台
> 1000台
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Dedicated Analytical Solutions
FOSS近红外发展历程
2002 射
FoodScan / OliveScan - 基于光纤导光的透 DDS系统
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FOSS近红外发展历程
2004
XDS - 数字偏心光栅系统-更高的光谱性能 和仪器一致性，主要应用于近红外研究领域
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近红外发展史
1800 第一个近红外光谱被记录(Herschel)
一个非常偶然的机会，发现了非可见光的存在
160多年后才开始近红外的应用 1960s Karl Norris于上世纪50年代在美国农业部（USDA）
的 支持下开始进行近红 外光谱分析技术用于农产品
馔写人 国家饲料质量监督检验中心 杨曙明 宋荣
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福斯近红外在国内的主要合作机构
饲料类定标合作单位 国家饲料产品质量监督检验中心 (北京) 杨曙明 主任 从1998年开始
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NIR技术目前所获得的部分国际认可
AACC美国谷物化学家学会 39-21 (大豆中的蛋白,油份 , 水分） 39-21A （小麦中蛋白、水分） AOAC 989.03 (蛋白, 酸性洗涤纤维,水分）
USDA 89-01 （大豆中的蛋白，油 份） 90-101 （小麦中的蛋白）
ICC 国际谷物协会
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近红外光谱研究物质分子对近红外光（能量）的吸收
界于电磁波谱780-2500nm光谱区段 它属于分子光谱的研究范畴，即研究物质分子与
电磁波的相互作用.
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光谱理论
广义的红外光谱（包括中红外光谱及近红外光谱） 是由分子振动吸收引起的 红外活性分子（包括对中红外及近红外谱区能量吸收分子） 可理解为 一振动双极的机械模型（双极具有电荷分离）， 每一双极模型其振动具有特殊的频率及振幅。
(包括谷物、水果、蔬菜等)成份快速定量检测的 探讨 研究。
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近红外发展史
1971全世界第一台商用近红外进入市场 Neotec 公司 Grain Quality Analyzer 伊利诺伊州农业部合作项目 分析大豆的水分、蛋白和含油量 磨粉分析 漫反射技术 滤光片 Neotec-->Pacific Scientific--> FOSS NIRSystems
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近红外区吸收ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
近红外光谱主要是由分子中O-H, N-H, C-H, S-H 键的 振动 吸收引起的，是这些振动的组频和倍频吸收带 近红外区光谱测试成分须含有 O-H, C-H, N-H 或 S-H 键
- CH
- OH -NH -SH
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光 谱 学 原 理
初始态 混合入射光
发生能级跃迁
激发态
出射光
偶极子分子 能量水平
分子振动
ω
匹配偶极分子特征频率的光被吸收
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光 谱 学 原 理
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近红外技术在我国研究与应用进展
6个饲料的消化能和代谢能含量分析
大麦等4个饲料原料的氨基酸分析 米糠饼等6个饲料的植酸磷分析 饲料添加剂中喹乙醇分析的定标工作
这些工作为NIR技术在我国农业上的应用提供了大量的基 础数据
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近红外技术在我国研究与应用进展
3 4 23 23 152 >1000
Dedicated Analytical Solutions
近红外发展史
1994
定标新方法：人工神经网络技术 - 解决非线性 ANN Artificial Neural Network
为Infratec系列仪器提供全球适用的定标
目前FoodScan等型号近红外也采用ANN定标
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FOSS近红外发展历程
1995
NIRSystems 推出基于数字信号控制的 全息光栅DDS系统
Dedicated Analytical Solutions
FOSS近红外发展历程
2001
Infratec 1241- 基于光纤导光的透射DDS系统 更高的仪器一致性
Dedicated Analytical Solutions
FOSS近红外发展历程
1987 基于透射检测技术的谷物原样近红外分析仪 Tecator Infratec 1221 1226-1225-1229 1255 1265 1275 TecatorFOSS Tecator FOSS Analytical AB
福斯近红外在国内的主要合作机构
水稻类定标合作单位 农业部稻米及制品质量监督检验中心 (杭州) 朱智伟 主任 从2002年开始
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福斯近红外在国内的主要合作机构
糖类应用定标合作单位 广西大学 糖业中心 (南宁) 卢家炯 主任 从2000年开始
谈谈你的理解
什么是近红外分析技术？ 近红外能作什么？ 近红外不能作什么？ 你目前还想用近红外来作什么？
Dedicated Analytical Solutions
1800年4月 英国科学家 William Herschel 发 现了红外线
Ref. J. Near Infrared Spectrosc. 8, 75-86. 2000.
近红外发展史
1980s
新的定标技术的产生和采用
主成分分析技术 偏最小二乘法 Partial Least Square (PLS)
处理连续光谱数据，模型更完善稳定
对农产品分析， PLS 永远优于MLR
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近红外发展史
有关近红外研究的文献数量 1930-1940 1940-1950 1950-1960 1960-1970 1970-1980 1980-1990
DA1650
DS2500
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FOSS近红外发展历程
30余年的近红外经验，50多个近红外专利使我们拥有以下荣誉：
第一台商用近红外光谱仪. 第一台具有计算功能的近红外光谱仪. 第一台光栅连续扫描式近红外光谱仪 第一台数字控制全息扫描光栅近红外光谱仪DDS. 第一台数控偏心全息扫描光栅近红外光谱仪XDS 第一台光纤采样系统. 第一台在线光纤系统.
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福斯近红外在国内的主要合作机构
油菜类定标合作单位 农业部油料及制品质量监督检验中心 (武汉) 李光明主任 从2000年开始
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福斯近红外在国内的主要合作机构
• 破坏样品，无法满足育种研究要求 • 测试周期长
• 投资大（需多台精密分析仪器及大量人力）
• 日常消耗多（人员，试剂，水，电........ ） • 环境污染（压力越来越大）
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传统分析手段的局限性
例如国标中常见指标分析的时间消耗: