近红外光谱法

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定量模型的应用
物理参数：硬度、粒度、溶解度 多晶形测定 水分测定 含量测定 冻干粉 生物技术 其他：药物包装的厚度
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优点：
（1）快速，通常30秒内就可给出分析结果，可 进行在线分析； （2）制样简单； （3）信息量大，可同时测定多组分； （4）经定标建模后，无须用其他常规化学分析 手段，不使用有毒有机 试剂，无污染； （5）非破坏性分析，可实现产品的无损质量检 测； （6）可使用光纤，从而可实现远程分析检测。
NIR技术的 基本构成
近红外光谱仪
化学计量学软件
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模型
近红外光谱分析常用的计算方法为多元校正方法 主要包括：
多元线性回归（Multivarate Linear Regression， MLR） 主成分分析（Principle Component Analysis， PCA） 主成分回归（Principle Component Regression， PCR） 偏最小二乘法（Partial Least Squire，PLS） 人工神经网络（Artificial Neutral Networks， ANN）方法等。
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7.模型验证
对建立的校正模型必须通过验证集样本的测量， 来 评价模型的好坏。 校正集预测误差均方根RMSEC：用于衡量校正集样 品预测结果的准确性。 验证集预测误差均方根RMSEP：用于衡量验证集样 品预测结果的准确性。
相关系数R2：表示样品预测值与理论值ห้องสมุดไป่ตู้相关程度。
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近红外光谱定量分析的流程与步骤
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⑵ 固体、半固体 发生镜面反射、漫反射、吸收、透射、折射、 散射等作用方式
近红外光与固体样品作用示意图 7 1—镜面反射；2—漫反射；3—吸收；4—透射；5—折射；6—散射
样品对光漫反射示意图
S—镜面反射；D—漫反射
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4、近红外光谱常规分析方法
a：透射式 b：漫反射式 c：漫透射式 1：光源 2：单色器 3：样品 4：检测器 透射分析和漫透射分析测定光源与检测器处在样品的两侧； 漫反射分析测定光源与检测器处在样品的两侧
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MIR、PCR和PLS属线性回归方法，主要用于样品的质量 参数为线性关系的关联。 MLR方法计算简单，物理意义明确，易于理解，但对参加 关联的变量（如波长通道）数目有限制。由于仅使用几个 波长下的光谱数据，这样常常会丢失许多光谱信息。建立 MLR模型要求训练集样品的个数多于变量数目，即使这 样，它仍对许多质量参数均获得较好的结果。 MLR方法计算简单，物理意义明确，易于理解，但对参加 关联的变量（如波长通道）数目有限制。由于仅使用几个 波长下的光谱数据，这样常常会丢失许多光谱信息。建立 MLR模型要求训练集样品的个数多于变量数目，即使这 样，它仍对许多质量参数均获得较好的结果。
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2.用标准方法测定样品
对一个模型，有必要选用一个为大家所接 受的、权威的参考方法，对样品的组成或 性质进行分析，并用测量结果和对应的光 谱建立模型。 在验证模型时，使用模型预测验证集样品， 将预测值和已知值比较，来验证模型预测 的准确性。
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3.测量光谱数据
透射光谱法：适用于透明样品的分析，定 量关系符合比尔定律。 漫透射光谱法：适用于能对光产生散射效 应的样品的分析，比尔定律不适用。（如 乳液体系） 漫反射光谱法：几乎适用于各类样品的分 析，如不透明、固体、半固体样品的分析。
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拓扑学方法和ANN方法等常用于非线性关系的 关联。 ANN和PLS方法结合使用，可改善数据关联的 能力。
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建立定量模型的方法
MLR只要知道混合物中某些组分的浓度或性质，就 可以建立复杂体系的校正模型。但是仅适用几个波 长下的光谱数据，常常会丢失许多光谱信息。 PLSR该法是一种全光谱分析方法，并能滤去原始数 据噪音，提高信噪比， 解决交互影响的非线性问题。 PCR不需要知道校正样品中的所有组分浓度，就可 以建立被测组分的校正模型，某些主成分与组分浓 度无任何关系 ANN其抗干扰、抗噪音及强大的非线性转换能力， 对于某些特殊情况，ANN会得到更小的校正误差和 预测误差。
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1 K K 2 K A log( ' ) log{ 1 （ ） （ ）2 } [ 2 ] S S S R
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K A a b S
漫反射吸光度A和K/S的关系
当样品浓度不高时， 吸收系数 K 与样品浓度 C 成正比， 当散射系数 S 不变时， 漫反射吸光度 A 与 样品浓度的关系可表示为：
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近红外漫反射光谱不具备光谱吸光度的加和性。 近红外漫反射光谱不能像经典多组分分析那样通 过光谱吸光度的加和性建立并解联立方程组，解 得各组分的浓度）来实现多组分分析。
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三、 近红外漫光谱分析中常用的计算方法
对特定的样品体系，近红外光谱特征峰的分析需要 通过对光谱的处理减少以至消除各方面因素对光谱 信息的干扰，再从差别甚微的光谱信息中提取样品 的定性或定量信息。
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四、近红外分光光度分析方法
样品集选择 用标准方法测定样品 测量光谱数据 光谱预处理 波长选择 建模 模型验证
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1.样品集选择
首先搜集一批样品，再精选代表性样品，并 将样品集分为校正集和验证集。 用来建立模型的校正集样品应涵盖以后要分 析样品的范围。
校正集中应包含除待测成分以外所有的背景 信息；使校正产生的数学模型能将这些背景 加以扣除。
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缺点：
（1）建立模型需要大量有代表性且化学值已知 的样品； （2）模型需要不断的维护改进 ； （3）近红外测定精度与参比分析精度直接相关， 在参比方法精度不够的情况下，无法得到满意结 果。
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NIR光谱仪
光源：溴钨灯、发光二极管 分光系统：滤光片、光栅、干涉仪、声光可调滤 光器 载样器件： 液体样品：石英或玻璃样品池 固体样品：积分球或特定的漫反射载样器件 光纤：定位或在线分析中 检测器 数据处理分析系统
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4.光谱预处理
吸收强度较弱 信噪比低 样品状态、测量条件等造成的光谱不确定性 背景复杂、谱峰重叠
分段波长的组合，也可以是连续全光谱，或区 域光谱波长。
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近红外光谱法测定复方丹参滴丸中的3 种有效成分
建模主成分数的选择
在建模过程中，采用不同的主成分数，模型的预 测能力也会有较大的差异。 因此合理确定参加建模的主成分数是充分利用光 谱信息和滤除噪音的有效方法之一。 预测残差平方和法（PRESS）：使用一定数目 的主成分建立模型，然后用这个模型对参加建模 的每个样品进行预测，计算PRESS值。PRESS 越小，说明模型的预测能力越好。使用PRESS 对主成分数作图，确定最佳主成分数。
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多元散射校正MSC
主要是消除颗粒分布不均匀及颗粒大小产生的散 射影响
经过散射校正后的光谱有效地消除了原始光谱由 于颗粒度及装样误差所导致的基线平移和非线性 影响
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人参总皂甙近红外光谱及定标建模分析
5.波长选择
建模波段过宽，必然包含大量冗余信息，波段 选择有利于简化模型，提高模型预测精度。 由于各成分分子结构存在差异，使得各自对应 的最优建模波段并不相同。
合频近红外谱带位于2000~2500nm处，一级 倍频位于1400~1800nm处，二级倍频位于 900~1200nm处，三级和四级或更高级倍频 则位于780~900nm处。
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不同化合物基团在近红外区的吸收谱带
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不同化合物基团在近红外区的吸收谱带
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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 C－H、O－H、N－H、S －H的倍频和合频吸收。 不同基团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。 具有丰富的结构和组成信息，非常适合用于碳 氢有机物质的组成性质测量。
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NIR 各种物态样品最佳适应模式
吸收区 合频吸收 液体 透射 700—2500nm st 1 —4th 倍频吸收 合频吸收 固体 反射 1100—2500nm st 1 —2nd 倍频吸收 悬浮液 透射或反射 700—1100nm 3rd—4th 倍频吸收 样品 检测法 波长
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5、有机化合物的近红外光谱谱带归属 含氢基团，包括：C-H（甲基、亚甲基、甲氧基、 芳基等），羟基O-H(羧基等)，巯基S-H，氨基 N-H（伯胺、仲胺、叔胺和铵盐等）等。
1、波长范围
约在780~ 2500nm （波数约为12800~4000cm-1）

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2、分子的不同振动形式
对称伸缩振动---非对称伸缩振动---摇摆振动---摇摆振动---弯曲振动---剪切振动
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3、近红外光与物质的作用形式
⑴ 真溶液、乳浊液
近红外光照射到透明真溶液上，光在试样中透射时发生吸 收，分析光在样品中经过的路程（光程）一定，透射光的 强度与样品中组分浓度的关系符合Beer定律，用于测定时 称为透射分析测定法； 近红外光照射到乳浊液上，因为样品是浑浊的，样品中含 有对光产生散射的颗粒，光在试样中透射时，除发生吸收 外还会发生多次散射，光在样品中经过的路程不确定，透 射光的强度与样品浓度间的关系不符合Beer定律，用于测 定时称为漫透射分析测定法（也可用于固体、半固体分 析）。
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6、近红外光谱定量分析依据
对于透明真溶液，近红外透射光谱符合朗伯-比尔定律。 漫反射分析定量公式
R 1 K / S （K / S） （K / S） 2
' 2
'


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式中： R 为漫反射体的绝对漫反射率，反映出射光与入射光的比率，是 K/S 的函 数，即依赖于 S 与 K 的比值； K 为漫反射体吸收系数，取决于漫反射体的化学组成； S 为散射系数，取决于漫反射体的物理特性。

中国药典2005版首次收载