常见矿物近红外光谱特征(扬州)
近红外光谱概述
辛烷值（RON、MON），密度，芳烃，烯烃，苯含量，MTBE， 乙醇含量 辛烷值（RON、MON），PIONA（直链烷烃、异构烷烃，芳 烃，环烷烃和烯烃），馏程 辛烷值（RON、MON），芳烃碳数分布，馏程 辛烷值（RON、MON），二烯、二甲苯异构体含量 POINA，密度，分子量，馏程，乙烯的潜收率，结焦指数 十六烷值，密度，折光指数，凝点，闪点，馏程，芳烃组成 （单环、双环和多环） 冰点，芳烃，馏程 族组成，基础油粘度指数，粘度，添加剂 API 度，渣油中 SARA 族组成；沥青中蜡含量 纯度，水分，羟基含量等 聚合度，动力学、热力学性质测定，添加剂含量 共混、共聚物的组成，分子量，密度，熔融指数，等规度， 残余单体、溶剂，添加剂含量，粒度分布，力学性能，回收 废塑料类别鉴定等 原料药的主要活性成分，结晶状态、粒径、旋光性和密度， 鉴别中药材的真伪、产地和品质分级 混合均匀性，干燥过程水分，注射用产品灭菌，膜衣厚度， 粒径，主要成分和中间产物浓度，溶出度，药物中微生物定 性定量监测 主要成分，硬度，包装材料的鉴定，稳定性，真伪鉴定 全血或血清中血红蛋白载氧量、pH 值、脂肪酸、胆固醇、 蛋白质、葡萄糖、尿素等含量；无创血糖监测；尿液中尿素、 肌氨酸酐和蛋白质；皮肤中水分的测定；烧伤伤口分类；组 织氧含量；脑氧饱和度和血流动力学；细胞病理如癌细胞鉴 别
常见矿物近红外光谱特征 PPT
4、立体模型
5、光谱成像
400 300 200 100
1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500
三、矿物的近红外光谱特征
1、常见蚀变矿物及化学式
2、常见矿物倍频及合成频率位置
3、蚀变矿物光谱特征
9、典型蚀变矿物光谱图
便携式近红外矿物 分析仪的仪器结构及应用
1、仪器结构
2、单色仪光路
3、积分球
4、电子电路
5、底层软件
下位机软件
模块1 系统自检
模块2 系统调零
模块3 光谱位置定位
模块4 全谱扫描
模块5 定波长测量
模块6 通讯模块
模块7 工作状态指示
步进电机子 程序
采集子程序
USB通讯程序
1） AL-OH矿物：2170-2210nm为特征吸收 大多数矿物都有铝离子，特别是硅酸盐矿物，含有AL-OH的代表矿物有叶 蜡石、黄玉、白云母、绢云母、伊利石、锂云母、高岭石、地开石、蒙脱 石、钠长石，硬水铝石、刚玉等，其波长在1390-1440nm处有OH＋H2O二 者合成峰，其中H2O为结构水；在1940-1950nm处有H2O吸收峰，其中H2O 为吸附水。2170－2210nm为AL-OH的吸收峰，通常由于地质作用矿物中的 阳离子Al被取代，产生贫Al现象，使AL-OH吸收峰位发生位移，一般地贫 Al时峰位向高波长位移，此位移量是红外光谱建模的一个参数。通常白云 母、绢云母、伊利石、锂云母和蒙脱石的特征峰在2200nm附近；21602165nm内的特征峰为高岭石，随着结晶度的增加，肩峰向长波方向移动， 原地型高岭石结晶度好，峰形尖锐；搬运型高岭石结晶度低，峰形缓，需 要指出的是，高岭石在1410nm处有双峰，一般对称，在2160-2165nm也有 双峰，但不对称，这个特征比较容易识别高龄石。需要指出的是，迪开石 也有高龄石特性，只是在2160-2165nm一般双峰对称；叶蜡石是高温形成的， 在1394nm附近有尖的结构水吸收峰，在2160-2170nm也有很尖的吸收峰， 因此通常可作为仪器标样，由于高温含水量少，在1390-1396nm处吸收峰不 明显。
各典型地物的光谱曲线-文档资料
常见地物比较光谱曲线 植被光谱曲线 土壤光谱曲线 水体光谱曲线 岩石光谱曲线
地物波谱特征
在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等于零。地物
发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。太阳辐射到达地面之后， 物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未 被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，即： 到达地面的太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量 一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物 体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，特别是对0. 45 ~ 0. 56μm的蓝绿光波段，一般水体的透射深度可达10~20 m，清澈 水体可达100 m的深度。 对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5 cm的电磁波却有透 射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透过地面岩石和土壤。
土壤的光谱曲线
自然状态下，土壤表面的 反射率没有明显的峰值和 谷值，一般来说，土质越 细反射率越高。有机质和 含水量越高反射率越低， 土类与肥力也对土壤反射 率有影响。但由于其波谱 曲线较平滑，所以在不同 光谱段的遥感影像上土壤 亮度区别并不明显。
水体的光谱曲线
水体反射率较低，小于 10%，远低于大多数的其 他地物，水体在蓝绿波段 有较强反射，在其他可见 光波段吸收都很强。纯净 水在蓝光波段最高，随波 长增加反射率降低。在近 红外波段反射率为0；含叶 绿素的清水反射率峰值在 绿光段，水中叶绿素越多 则峰值越高。这一特征可 监测和估算水藻浓度。 而浑浊水、泥沙水反射率 高于以上，峰值出现在黄 红区。
岩石的光谱曲线
岩石反射曲线无统一特 征，矿物成分、矿物含 量、风化程度、含水状 况、颗粒大小、表面光 滑度、色泽都有影响。 例如：浅色矿物与暗色 矿物对其影响较大，浅 色矿物反射率高，暗色 矿物反射率低。 自然界岩石多被植、被 土壤覆盖，所以与其覆 盖物也有关
矿物红外分析解读
中国地质大学（北京）矿物标型实验室
（2） 吸收峰的峰数
•理论上讲，分子的每一种振动形式都会产生 一个基频吸收峰，即一个多原子分子产生的 基频峰的数目=分子所有的振动形式的数目
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峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时， 无红外吸收。
分子振动自由度指分子独立的振动数目，或基本的振动
带很弱，仪器无法检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
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基团频率（峰）位移
基团处于分子中某一特定的环境，因此它的振动不是孤立的 。基团确定后，m 固定，但相邻的原子或基团可通过电子效 应、空间效应等影响 K，使其振动频率发生位移。
在特征频率区，不同化合物的同一种官能团吸收振动总是出 现在一个窄的波数范围内，但不是一个固定波数，具体出现在 哪里与基团所处的环境有关，这就是红外光谱用于结构分析的 依据。
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1 红外光谱分析概述
1.1 红外光谱（IR）
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
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1.2红外光谱的区域
近红外区（泛频区14290~4000cm-1）： -OH，-NH，-CH的特征吸收区（组成及定量分析）
中红外区（基本振动区4000~400cm-1）： 绝大多数有机和无机化合物的化学键振动基频区（分子中原子的振动及分
在一张红外光谱图上， 波数400-1300cm-1的波段通常被称为指纹区； 波数1300-4000cm-1的波段通常被称为特征区（官能团区） 。一般情况下，一张红外光谱图有5~30个吸收带（峰）。
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红外光谱中的重要波段
常见矿物近红外光谱特征(扬州)
8、蚀变矿物 填图矿床种类 可对高硫化物浅成热液矿床、低硫化 物浅成热液矿 床、斑岩型铜矿床、中温热液矿床、沉积岩型金－铜矿床、 铀矿床、火山岩型块状硫化物（VHMS）矿床及金伯利岩矿 床进行系统的蚀变矿物填图，帮助研究者快速评价矿床， 提高勘探效率。
9、典型蚀变矿物光谱图
便携式近红外矿物 分析仪的仪器结构及应用
• 3） Mg-OH矿物： 2300-2400nm为特征吸收峰 ） 矿物： 矿物 为特征吸收峰
• 含有Mg-OH的代表矿物有绿泥石、滑石、绿帘石、角闪石、 含有Mg-OH的代表矿物有绿泥石、滑石、绿帘石、角闪石、 Mg 的代表矿物有绿泥石 阳起石、金云母、蛇纹石、透闪石和黑云母等。 阳起石、金云母、蛇纹石、透闪石和黑云母等。 • Mg-OH矿物在1390－1420nm内都有OH＋H2O二者合成峰，滑 Mg-OH矿物在1390－1420nm内都有OH＋ 二者合成峰， 矿物在1390 内都有OH 石和阳起石为尖峰，吸光度强，闪石吸光度小， 石和阳起石为尖峰，吸光度强，闪石吸光度小，且反射率 Mg-OH特征光谱在2300-2400nm， 特征光谱在2300 低；Mg-OH特征光谱在2300-2400nm，典型的滑石特征光谱 2310nm处有很强的吸收峰,2280nm处有一个小的吸收峰 处有很强的吸收峰,2280nm处有一个小的吸收峰， 在2310nm处有很强的吸收峰,2280nm处有一个小的吸收峰， 通常以此峰作为衡量仪器分辨率标志， 2390nm和 通常以此峰作为衡量仪器分辨率标志，在2390nm和2464nm 处有很明显的吸收峰， 处有很明显的吸收峰，这两个吸收峰的质量作为评判仪器 信噪比标志；绿泥石（与黑云母易混淆） 2250信噪比标志；绿泥石（与黑云母易混淆）在2250-2260nm 处与2340 2350nm处有双峰 1910nm，2000nm处为水的双 2340－ 处有双峰， 处与2340－2350nm处有双峰，1910nm，2000nm处为水的双 1410nm为OH＋ 吸收峰，Fe取代Mg，2340nm强 取代Mg 峰，1410nm为OH＋H2O吸收峰，Fe取代Mg，2340nm强， 2250nm弱且向短波方向移动；金云母（与Mg绿泥石接近） 2250nm弱且向短波方向移动；金云母（ Mg绿泥石接近） 弱且向短波方向移动 绿泥石接近 2380-2390nm为单峰 2000nm无水吸收峰 为单峰， 无水吸收峰； 在2380-2390nm为单峰，2000nm无水吸收峰；蛇纹石在 2320nm吸收峰最强 2380-2390nm有吸收峰 吸收峰最强， 有吸收峰。 2320nm吸收峰最强，2380-2390nm有吸收峰。
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。
常见矿物药近红外漫反射光谱特征归纳与分析
常见矿物药近红外漫反射光谱特征归纳与分析结合前期研究工作，对51种不同阴离子类型的常见矿物药的近红外漫反射光谱（near infrared diffuse reflectance spectrometry，NIR）特征谱段进行归纳和解析，并参考矿物学和地质学文献，确定矿物类中药NIR 特征谱段的归属，为其NIR快速鉴别提供理论依据。
结果表明，矿物药的NIR特征主要在8 000～4 000 cm-1，归属于矿物药中所含的水、羟基（OH）及碳酸根[CO2-3]等基团。
水峰具有一定的规律性：一般结构水与OH基团在7 000 cm-1附近有组合峰，尖锐而强，结晶水在7 000，5 100 cm-1附近有2个强峰，吸附水只在5 100 cm-1附近有宽峰。
不同类型矿物药中水的存在形式不同，含量不同，水峰特征不同，据此可用于矿物药的鉴别。
硫酸盐类矿物药多含结晶水，硅酸盐类多含结构水，而碳酸盐类中以吸附水为主，因此，以阴离子类型对矿物药进行分类在NIR分析中具有合理性。
此外，由于某些矿物药所含的阳离子类型、杂质种类以及结晶性和晶型存在差异，在4 600～4 000 cm-1谱段存在专属性的NIR特征，主要可归属于AlOH，MgOH，FeOH，SiOH，[CO2-3]等基团的特征吸收。
煅制过的矿物药常伴随水分和主要成分的改变，其NIR特征亦发生变化，可用于其炮制过程的监测。
该文对NIR技术在矿物药分析中的适用性和局限性进行讨论：绝大部分矿物药具有明显的NIR特征谱段，可用NIR作为系统分析的主要方法，少数矿物药的NIR特征峰不明显，如紫石英、朱砂、雄黄等，可尝试应用拉曼光谱进行补充。
这将为矿物药质量控制提供参考。
标签：近红外漫反射光谱；矿物药；特征谱段；快速鉴别矿物类中药是传统中药（包括植物药、动物药和矿物药）的重要组成部分之一。
由于矿物的形态一般较为类似，一种矿物常伴生有其他矿物，所以矿物药（依据形态和成分）的鉴别较为困难，在市场中常有混淆品，加上其品种和用量少，研究较为薄弱，质量标准不够完善。
近红外光谱总结new
近红外光谱总结new一、近红外光谱介绍近红外（Near Infrared,NIR）光是指波长介于可见区与中红外区之间的电磁波，其波长范围约为800~2500nm，波数范围约为12500~4000cm-1，（波数=104/波长）。
近红外光谱分析是指利用近红外谱区包含的物质信息，主要用于有机物质定性和定量分析的一种分析技术。
特定化学基团有其特定的基频频率，称为指纹吸收带。
基团伸缩振动引起的基频吸收带（指纹吸收带）一般位于中红外区，特定的基团对应特定的吸收光谱，所以运用中红外光谱可以定性和定量分析组分成分和含量。
但是中红外只能用于静态测量，样品要求极薄，不适用于在线测量。
基团伸缩振动引起的基频吸收带一般位于中红外区，而基团伸缩振动引起的泛频，又称倍频（如第一、第二甚至更高）一般位于近红外区，伸缩振动和弯曲振动的组频（又称合频）吸收带一般也位于近红外区。
近红外光谱分析的信息与信号：近红外光谱的信息源是分子内部原子间振动的倍频与合频。
该谱区信号的频率比中红外谱区高，介于中红外谱区和可见谱区之间。
但近红外法的检测低限不如中红外定量分析，约为10-3~10-4，（一般要求成分含量不能低于0.1%）不适宜做含量过低的样品、微量样品的分析。
近红外光谱（NIR）作为一种分析手段，可以测定有机物以及部分无机物。
这些物质分子中化学键结核的各种基团（如O —H 、C=O 、N-H 、C-H ）的伸缩、振动、弯曲等运动都有它固定的振动频率。
当分子受到红外线照射时，被激发产生共振，同时光的能量一部分被吸收，测量其吸收光，可以得到极为复杂的图谱，这种图谱表示被测物质的特征。
不同物质在近红外区域有丰富的吸收光谱，每种成分都有特定的吸收特征，这就为近红外光谱定量分析提供了基础。
二、近红外光谱分析1、比耳定律吸收光谱定量分析是根据样品对某一谱区光吸收强度与吸光粒子（低能态的分子或原子）之间的关系，并考虑到样品中吸光粒子数与样品粒子总数的关系来定量的。
红外光谱介绍
红外光谱红外光谱主要是用于研究原子间化学键振动、晶格振动能级跃迁对红外辐射所产生的共振吸收，即红外光谱主要反映物质分子中振动能级的变化，因此也叫振动光谱。
在给定的物质中，内振动的频率主要决定于振动原子的性质，各种基团的红外光谱除受本身的对称性及环境的影响使光谱特征发生一定程度的变化外，对于给定的原子基团，其吸收谱带总是出现在一个相当恒定的范围内，具有一定的特征性，这样的吸收谱带称作特征吸收谱带（或特征峰），吸收谱带极大值的波数位置称为特征基团频率。
这些频率只与特定的基团有关而与该基团所在的物质无关。
如果一种物质中同时含有多种基团，则多种基团同时分别对红外辐射产生特征吸收。
由于物质内部多种基团之间还存在一定的相互作用与影响，对于给定的物质将出现特征的红外吸收光谱，产生“指纹频率”。
指纹频率不是起源于某个基团的振动，而是整个分子或分子的一部分振动产生的。
指纹频率对分子结构的微小变化具有较大的灵敏性，对于特定分子是特征的，因此，指纹频率成为鉴定具有特定结构和组成的物质种属的有效手段之一。
红外电磁辐射可分为近红外、中红外和远红外三个小区，目前较公认的划分方法是14000～4000 cm-1为近红外区，4000～400cm-1为中红外区，400～10 cm-1为远红外区。
远红外光谱主要反映分子内部的振动，包括重原子之间的伸缩振动和弯曲振动以及分子之间的振动，如晶格振动产生的共振吸收。
中红外光谱主要反映物质的指纹频率，大多数物质（尤其是组成宝石的无机物质）的基频振动出现在中红外区，少数出现在远红外区。
中红外光谱与远红外光谱结合在一起成为鉴定宝石种属的关键指纹区。
近红外分子在中红外谱区的吸收是由于振动状态在相邻振动能级之间的跃迁而形成的，而远红外谱区的吸收是由于分子振动的倍频（振动状态在相隔一个或几个能级间的跃迁）或合频（分子两种振动状态的能级同时发生跃迁）吸收所造成的。
分子中只有基频振动的频率在2000 cm-1以上的振动，其倍频吸收才能处于近红外区。
各类化合物红外光谱特征
各类化合物的红外光谱特征有机化合物的数目非常大，但组成有机化合物的常见元素只有10种左右，组成有机化合物的结构单元即称为基团的原子组合数目约有几十种。
根据上述讨论，基团的振动频率主要取决于组成基团原子质量（即原子种类）和化学键力常数（即化学键的种类）。
一般来说，组成分子的各种基团如C-H、C-N 、C=C、C=O 、C-X等都有特定的红外吸收区域（特征吸收峰），根据特征吸收峰可以推断物质的结构。
所以，有必要对各类有机化合物的光谱特征加以总结。
一、烷烃1. νC-H 3000~2840 C-H伸缩振动频率2. δC-H 1460 和1380 C-H弯曲振动频率3.C-C 1250-800当化合物具有四个以上邻接的CH2基团时，几乎总是在（715-725，通常在720cm-1处）有谱带（CH2以内摇摆），它在鉴别上是有用的。
二、烯烃1. ν＝C-H 3010-31002.νC=C1680-16003. δC-H1000-700三、炔烃1. ν≡C-H 3300-3250 峰形较窄，易于OH和NH区别开。
2. δ≡C-H 900-610 宽的谱带3. ν C≡C2140-2100 一元取代炔烃RC≡CH|| 2260-2190 二元取代炔烃四、芳香烃1.νC-H 3080-30102.νC-C 1650-1450 2～4个吸收峰3. 面外弯曲振动(g=C-H ) 900-650五、醇和酚羟基化合物1. νO-H 3700-3500（游离的醇和酚，峰尖、强）|| 3500-3200（缔和的羟基，峰形强而宽）2. δO-H 1500~13003. νC-O 1250~1000六、醚1.脂肪醚1150-10602.芳香醚1270 ~ 1230（为Ar-O 伸缩）1050 ~ 1000 cm-1（为R-O 伸缩）3.乙烯醚：1225-12005、在环氧乙烷类中有三条特征谱带可作为这种基团的存在的标志：1280-1240 环的不对称伸缩振动|| 950-810cm-1 环的对称伸缩振动|| 840-750cm-1七、羰基化合物（包括醛、酮、羧酸、酯、酸酐和酰胺等）1.酮1725-17052.醛1740-1720 2820-2720出现两个强度相等的吸收峰3.羧酸（1）νO-H 3200-2500（液体及固体羧酸）|| 3550（在气相或极稀的非极性溶剂溶液中）（2）nC=O 1730-1700（2）νC-O 1250附近（强峰）（3）δO-H 1400cm-1和920cm-1区域有两个强而宽的吸收峰（4）羧酸盐1580cm-1 和1400cm-1 之间的两个谱带4.酯(1) νC=O1750-1735(2) νC-O-C 1330-10305.酸酐（1）n C=O 在1860-1800cm-1和1800-1750cm-1出现两个强的吸收峰(2) n C-O-C 开链的在1180-1045cm-1，而环状酸酐在1310-1200cm-16.酰胺: 兼有胺和羰基化合物的特点（1)νN-H稀溶液中伯酰胺出现两个中等强度的峰，分别在3500cm-1和3400cm-1附近，浓溶液和固体中由于有氢键发生，将移向3350-3180cm-1低频区仲酰胺在很稀溶液中，在3460-3420cm-1处只出现一个谱带，浓溶液中或固体中缔和体出现在3330cm-1(3)δN-H弯曲振动(酰胺II带）伯酰胺游离态在1600cm-1处，缔合态在1650-1620处,仲酰胺游离态在1550-1510处；缔和体在1570-1515处（4）酰胺还有C-N吸收带（酰胺III带），它们的吸收位置如下：伯酰胺1420-1400cm-1（中）；仲酰胺1305-1200cm-1（中）叔酰胺700-620cm-1（中）八、胺和胺盐1.胺：胺有三个特征吸收带即：nNH、δ N-H和nC-N吸收带（1）nNH 3550-3250（2）δ N-H 1650-15402.铵盐伯胺和仲胺的νNH νNH3+ 伯胺盐在3000-2800cm-1之间出现强和宽的吸收带伯胺盐的δNH3+出现在1600-1575cm-1和1550-1504cm-1处两个吸收带仲胺盐的νNH2+ 出现在2700-2250cm-1 区域；δ NH2+ 出现在1620-1560cm-1区域叔胺盐的νNH+ 在2700-2250cm-1 区域出现一个强的宽带或一组较尖的谱带。
矿物与岩石的可见一近红外光谱特性综述
技
第 １８卷
过程 。
２．１ 电子过程 （１） 晶 体 场效应和电荷转移 电子 在 原 子或离子能级之间或元素之间的电荷
跃迁 ，产生吸收光谱 。常见阳离子的特征吸收位置如
下：
Ｆｅ ＇ ：１ ．０一 １．１ ｕｍ，０ ．５５ ｕｍ，０ ．５１ ｊＡｍ，
０．４３ｔ ｃｍ，０．４５ｔ ｃｍ，１．８一１．９ Ｊｉ ｍ；
亚类 矿物族 矿物名称
化学式
斜 黝 帘 石 Ａ １２ ０ ．Ｏ Ｈ （Ｓ ｉ２０，） Ｍ Ｏ Ｏ
群
状
绿 帘
渤帘石
Ｃａ２（ＡＩＯＨ） Ａ１２（Ｓｉ０４）３
硅 石
（Ｃａ，Ｍ ｎ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｙ，Ｔｈ）２
酸
（Ｆ ｅ３＋ ， Ｆｅ３＋，Ｔｉ）
族
揭帘石
盐
（Ａ ｉ，Ｆ ｅ ３＋）２０．
第 １８卷 第 ４期 ２００３年 ８月
遥感 技术 与应 用
ＲＥＭＯＴＥＳ ＥＮＳＩＮＧＴ ＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡ ＮＤＡ ＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ
Ｖｏｌ．１ ８ Ｎ ｏ．４
Ａｕ ｇ．２００３
矿物与岩石 的可见一 近红外光谱 特性综述
燕 守 勋’ ，张 兵‘，赵永超‘，郑兰芬‘，童庆禧‘，杨 凯“
（１． 中 国 科 学 院 遥 感 应 用 研 究 所 ，北 京 １００１０１； ２．澳大利亚联邦科学与工业研究院，勘探与采矿所 ＰＯ Ｂｏｘ１ ３６，Ｎ ｏｒｔｈＲ ｙｄｅ１ ６７０）
光子（ＩｎｃｏｍｉｎｇＰ ｈ价ｏｎｓ）必须有足够的能量来推动
价带（ＶａｌｅｎｃｅＢ ａｎｄ）电子进人导带区（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｂａｎｄ），而在波长方 向反射光 的急剧增加与带隙能
量有关。在某些如离子缺失的结构缺陷的情况下，就
近红外光谱(百科)
Near Infrared，NIR）是介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波，美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定义为780-2526nm的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。
近红外光谱区与有机分子中含氢基团（OH、NH、CH）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。
近红外光谱技术量测信号的数字化和分析过程的绿色化又使其具有典型的时代特征，近红外光谱区是 Herschel 在 1800 年进行太阳光谱可见区红外部分能量测量中发现的，为了纪念 Herschel 的历史性发现人们将近红外谱区中介于 780～1100nm 的波段称为Herschel 谱区。
红外光谱分析技术作为一种有效的分析手段在二十世纪三十年代就得到了认可，当时红外仪器主要用于分子结构理论的研究。
近红外区的光谱吸收带是有机物质中能量较高的化学键（主要是 CH、OH、NH）在中红外光谱区基频吸收的倍频、合频和差频吸收带叠加而成的。
由于近红外谱区光谱的严重重叠性和不连续性，物质近红外光谱中的与成份含量相关的信息很难直接提取出来并给予合理的光谱解析。
而有机物在中红外谱区的吸收带较多、谱带窄、吸收强度大及有显著的特征吸收性，传统的光谱学家和化学分析家习惯于在中红外基频吸收波段进行光谱解析，所以近红外谱区在很长一段时间内是被人忽视和遗忘的谱区。
随着红外仪器技术的发展，更加稳定的电源、信号放大器、更灵敏的光子探测器、微型计算机等的发展使得近红外光谱区作为一段独立的且有独特信息特征的谱区得到了重视和发展。
Karl Norris 作为近红外光谱分析技术发展的奠基人，于二十世纪五十年代在美国农业部的支持下开始进行近红外光谱分析技术用于农产品（包括谷物、饲料、水果、蔬菜等）成份快速定量检测的探讨研究。
矿物光谱特征分析
2.矿物光谱特征分析方法
2.1 光谱二值编码 如果 x ( n ) >T ；h(n) = 0 x ( n ) ≤T ； h(n) = 1 n = 1, 2, … N 多门限编码 00 x ( n ) ≤ T a h(n)= 01 T a< x ( n ) <Tb 11 x ( n ) >Tb
2.矿物光谱特征分析方法
2.2 包络线去除
以包络线作为背景，对光谱曲线进行包络线消除，得到光谱 的特征吸收谱角度匹配（SAM）
光谱角度匹配即把光谱看做多维矢量，计算两个光谱向量的 广义夹角，夹角越小，光谱越相似。
矿物光谱特征分析
日
期：2012/7/30
目
1
录
岩石矿物的光谱特征
2
矿物光谱特征分析方法
1.
岩石矿物的光谱特征
1.1 矿物光谱吸收及其机理
物体的光谱特性与其内在的物理化学特性紧密相关，由于物 质成分和结构的差异就造成物质内部对不同波长光子的选择 性吸收和发射。
岩矿的光谱特性—光谱的选择性吸收
具有稳定化学成分和物理结构的岩石矿物具有稳定的本征光 谱吸收特征。 造成矿物光谱吸收特性的主要因素： （1） 电子跃迁 （2） 晶格振动
1.
岩石矿物的光谱特征
1.2 光谱吸收特征参数
利用高光谱数据识别各种矿物成分和填图，主要是从光谱参 数中提取各种地质矿物的定性、定量信息。 光谱吸收特征参数包括吸收波段波长位置（P）、深度（H）、 宽度（W）、斜率（K）、对称度（S）、面积（A）和光谱 绝对反射值（R）。
1.
岩石矿物的光谱特征
1.3 常见矿物光谱特征
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2、二维数据（地表数据）建模
3、等值线图
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7、控制和测量软件
8、数据处理软件
仪器测量方式
1、仪器准备：本底扫描、参比扫描、标准扫描 2、定性扫描：蚀变矿物识别 3、半定量扫描：矿物含量分析 4、建库扫描：建立本区特征数据库
数据建模与成图
1、数据建模： 包括一维数据建模和二维数据建模 2、数据成图： 包括等值线图、立体模型、光谱成像
1、一维数据（钻孔数据或沟槽数据）建模
8、蚀变矿物 填图矿床种类 可对高硫化物浅成热液矿床、低硫化 物浅成热液矿 床、斑岩型铜矿床、中温热液矿床、沉积岩型金－铜矿床、 铀矿床、火山岩型块状硫化物（VHMS）矿床及金伯利岩矿 床进行系统的蚀变矿物填图，帮助研究者快速评价矿床， 提高勘探效率。
9、典型蚀变矿物光谱图
便携式近红外矿物 分析仪的仪器结构及应用
6、利用近红外光谱可以区分 含羟基之层状硅酸盐矿物（闪石等） 硫酸盐矿物（明矾石，石膏等） 碳酸盐矿物（方解石，白云石等）。 7、地质中的应用 矿物识别，为勘查、地质和土壤/基岩测量进 行矿物填图，钻孔和隧道（平硐）编录，蚀变系 统填图和目标区选择，成矿作用的指示，成矿潜 力评价，矿物地球化学和结晶学，采矿中的品位 控制，下脚料中粘土含量监测，辅助遥感图片的 判别等。
5、近红外光谱的定性分析
• • • • • • （1）、光谱吸收峰位置匹配 不同的矿物光谱曲线的吸收峰位置不同，所测得的矿物 曲线和标准曲线吸收峰位进行匹配，来判断矿物名称。 （2）导数光谱波形匹配 对标准谱库的光谱曲线和说测得的光谱曲线进行一阶 求导，去掉大气效应，噪声，然后求两者的方差，方差 最小的是所对应的数据库矿物名。 （3）光谱角度匹配 光谱角度匹配法是以是以数据库的光谱和实测的光谱的 平均点为参考，求实测光谱矢量与数据库光谱矢量之间 的广义夹角，角度越小，两者相似越大。
四、几种应用实例
1、陕西某金矿石英分析结果
黑色不含矿，红色含矿
2、翡翠充胶和腊
3、翡翠注腊
4、蔡家营锌金矿矿化分布
4.1、蔡家营锌金矿伊利石分布与含矿相关关系
• 3） Mg-OH矿物： 2300-2400nm为特征吸收峰
• 含有Mg-OH的代表矿物有绿泥石、滑石、绿帘石、角闪石、 阳起石、金云母、蛇纹石、透闪石和黑云母等。 • Mg-OH矿物在1390－1420nm内都有OH＋H2O二者合成峰，滑 石和阳起石为尖峰，吸光度强，闪石吸光度小，且反射率 低；Mg-OH特征光谱在2300-2400nm，典型的滑石特征光谱 在2310nm处有很强的吸收峰,2280nm处有一个小的吸收峰， 通常以此峰作为衡量仪器分辨率标志，在2390nm和2464nm 处有很明显的吸收峰，这两个吸收峰的质量作为评判仪器 信噪比标志；绿泥石（与黑云母易混淆）在2250-2260nm 处与2340－2350nm处有双峰，1910nm，2000nm处为水的双 峰，1410nm为OH＋H2O吸收峰，Fe取代Mg，2340nm强， 2250nm弱且向短波方向移动；金云母（与Mg绿泥石接近） 在2380-2390nm为单峰，2000nm无水吸收峰；蛇纹石在 2320nm吸收峰最强，2380-2390nm有吸收峰。
5) Si－OH矿物：2240～2250nm为特征峰 Si－OH矿物相对较少，典型的矿物有蛋白石，石 英 ， 在 1410 处 有 OH ＋ H2O 二 者 合 成 峰 ， 2240 ～ 2250nm 处为 Si － OH 的特征峰，一般的只有两个峰， 且吸收峰缓，少数石英和蛋白石在 2210nm 处有吸收 峰，有的地方的石英金矿把 2210nm 作为标志，此峰 有表示不含矿，没有表示含矿，当然具体情况需要具 体分析。
•
6、近红外光谱定量分析法
岩石样品通常是矿物的混合体，一般的含两种或两种以 上矿物，通过红外光谱进行含量计算，情况相当复杂， 实际上只能进行半定量分析，这里只讲述两种矿物的分 析方法，三种以上矿物由于复杂，这里不再详述。 • 假设岩石中捡出两种矿物，A和B，实测曲线为C,将A、 B和C所对应的标准曲线进行一阶求导，求导后的曲线 是a、b和c,假设A的含量为D,则B的含量为1－D,通过改 变D值，进行数据叠加的方法使如下标准方差Q最小， 就可得出A和B的含量。
常见蚀变矿物的近红外光谱特征
南京地质矿产研究所 南京中地仪器有限公司
2008年9月21日，扬州
主要内容
1、近红外矿物分析法的原理和应用概况 2、便携式近红外矿物分析仪原理及应用 3、常见蚀变矿物的光谱特征 4、几个应用实例
近红外矿物分析法的原理 和应用概况
1、近红外波长范围 780nm～2500nm 2、矿物的近红外光谱特征原理 矿物晶格中原子间的化学键的弯曲和伸缩吸收某些区 域的近红外光谱，根据矿物某些官能团在近红外区域的特 征吸收光谱可以区分不同的矿物及同一矿物的不同结晶度。
3、对近红外光谱产生吸收的官能团种类 氢基团C-H (甲基、亚甲基、甲氧基、羧基、 方基等)， 羟基O-H，巯基S-H，氨基N-H等 4、官能团吸收频率范围 可见光：400nm-1100nm,氧化物 近红外：1100nm－2500nm,层状硅酸岩矿物等 热红外：8000nm-12000nm,不含水矿物 5、典型应用范围：1300nm～2500nm
4）CO32-矿物：1850～2200nm,2300～2350nm为特 征吸收峰 碳酸盐矿物的吸收峰主要由基团振动产生，即 CO32- 、 H2O 倍频或合成模式产生，其代表矿物有 方解石、文石、白云石、菱镁矿、菱铁矿、菱锰 矿、毒重石、蓝铜矿和孔雀石等。其中方解石和 白云石较常见，峰形一致，很难区别，典型的 CO32- 特征在 2300-2350nm 处，方解石在 2340nm 处 有特征吸收峰；白云石在2320-2325nm处有特征峰； 菱镁矿在2310nm 处有特征峰；菱铁矿峰变化大， 一般大于2320nm 。碳酸盐矿物有个最大特点，就 是特征峰非常强，而其它吸收峰比较弱，且一般 在1800-2100nm范围内，1800nm前没有吸收峰。
4、立体模型
5、光谱成像
400
300
200
100 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500
三、矿物的近红外光谱特征
1、常见蚀变矿物及化学式
2、常见矿物倍频及合成频率位置
3、蚀变矿物光谱特征
1） AL-OH矿物：2170-2210nm为特征吸收 大多数矿物都有铝离子，特别是硅酸盐矿物，含有AL-OH的代表矿物有叶 蜡石、黄玉、白云母、绢云母、伊利石、锂云母、高岭石、地开石、蒙脱 石、钠长石，硬水铝石、刚玉等，其波长在 1390-1440nm 处有OH ＋H2O二 者合成峰，其中H2O为结构水；在1940-1950nm处有H2O吸收峰，其中H2O 为吸附水。2170－2210nm为AL-OH的吸收峰，通常由于地质作用矿物中的 阳离子Al被取代，产生贫Al现象，使AL-OH吸收峰位发生位移，一般地贫 Al时峰位向高波长位移，此位移量是红外光谱建模的一个参数。通常白云 母、绢云母、伊利石、锂云母和蒙脱石的特征峰在 2200nm 附近； 21602165nm内的特征峰为高岭石，随着结晶度的增加，肩峰向长波方向移动， 原地型高岭石结晶度好，峰形尖锐；搬运型高岭石结晶度低，峰形缓，需 要指出的是，高岭石在 1410nm 处有双峰，一般对称，在 2160-2165nm 也有 双峰，但不对称，这个特征比较容易识别高龄石。需要指出的是，迪开石 也有高龄石特性，只是在2160-2165nm一般双峰对称；叶蜡石是高温形成的， 在 1394nm 附近有尖的结构水吸收峰，在 2160-2170nm 也有很尖的吸收峰， 因此通常可作为仪器标样，由于高温含水量少，在1390-1396nm处吸收峰不 明显。
4、识别近红外光谱步骤
• 蚀变矿物的种类繁多，有的矿物含有单一的羟基，有的矿 物含有组合羟基，只有通过实际测量和数据库比较，再结 合具体的地质环境，才能够做出准确判断，但是近红外光 谱矿物分析一般还是遵循如下规律的： • 1）、1400nm左右：－OH吸收峰，结晶水峰 • 2）、1900－2000nm：吸附水峰 • 温度高，结晶度高，峰形好。 • 结晶水，峰形尖锐；吸附水，峰形缓。 • 3）、2124－2170nm：NH4 • 4）、2170 －2210nm：Al－OH • 5）、2240～2250nm：Si-OH • 6）、2210-2300nm：Fe－OH、 • 7）、2300－2400nm：Mg－OH • 8）、2300～2350nm：CO32
具体意义如下： 1）提供矿化环境的特征，如交代类型和交代带等。 2）鉴别原岩类型：鉴别高岭石，表明其原岩是长英质岩 石，发现蒙脱石表明原岩是镁铁质岩石 3） 指示矿化关系，富镁的绿泥石接近矿化中心，富钾的 白云母更和矿化有关 4）指示风化范围和过程，如三水铝石表示晚期的铝土质 环境 5）指示矿化作用的化学过程，（如K/Na交代）及温度 （叶腊石，黄玉，地开石等矿物是高温矿物）
1、仪器结构
2、单色仪光路
3、积分球
4、电子电路
5、底层软件
下位机软件
模块1 系统自检
模块2 系统调零
模块3 光谱位置定位
模块4 全谱扫描
模块5 定波长测量
模块6 通讯模块
模块7 工作状态指示
步进电机子 程序
采集子程序
USB通讯程序
UART通讯子程序
USB固件底层驱动 程序