近红外光谱分析技术PPT讲稿
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《化学近红外》PPT课件
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在预测过程中，首先使用近红外光谱仪测 定待测样品的光谱图，通过软件自动对模 型库进行检索，选择正确模型计算待测质 量参数。
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1.2.3近红外光谱的测量形式
近红外线有很强的穿透能力，其分析仪器 有三种测量形式；漫透射测量、透射测量 和漫反射测量
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透射测量；是指将待测样品置于光源与 检测器之间，检测器所检测的光是透射 光或与样品分子相互作用后的光（光谱 （波长一般在780~1100nm范围内）承载 了样品结构与组成信息），透射光强度 与样品浓度之间的关系符合Beer定律。
10
被测物质的近红外光谱取决于样品的组 成和结构。样品的组成和结构和近红外 光谱之间有着一定的函数关系。使用化 学计量学方法确定出这些重要函数关系， 即经过校正，就可以根据被测样品的近 红外光谱，快速计算出各种数据。
11
1.2.2化学计量学方法
化学计量学是化学、计算机技术与数学 相互结合形成的一门崭新的边缘学科。 现代分析化学计量学已发展成数理统计、 数据处理、分类、解析、实验设计最优 化，最大限度地获取有关物质系统化学 信息等的有效方法。由于采用了计算机 技术，通过解析光谱数据获得物质的有 关化学信息，利用数学模型和数学方法 描述，消除基质和干扰组分的影响，从 而对复杂样品不经预处理直接进行多组 分分析。
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(5)控制及数据处理分析系统 现代近红外光谱仪器的控制及数据处理 分析系统是仪器的重要组成部分。一般 由仪器控制、采谱和光谱处理分析两个 软件系统和相应的硬件设备构成。 (6)打印机
记录或打印样品的光谱或定性、定量分 析结果。
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近红外光谱仪器的主要类型 近红外光谱仪的分类方式比较多，但市 场上分类主要还是按照仪器的分光器件 不同来分，一般可分为4种主要类型：滤 光片型、光栅色散型、傅里叶变换型和 声光调制滤光器型。其中光栅色散型又 有光栅扫描单通道和非扫描固定光路多 通道检测之分。
近红外光谱分析技术 ppt课件
PPT课件
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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。
PPT课件 8
（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：
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
PPT课件
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。
30
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。
PPT课件
9
近红外光谱原理 PPT资料共88页
..........
3. n个波长点
C = B0 + B1 * A1 + B2 * A2 + ..... + Bn* An n+1 dimensions !!!
How to find the bands you need?
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
9000
8000
7000
6000
Wavenumber cm-1
10
140
9090
4000
16
318
9090
4000
32
159
9090
4000
8
636
9090
4000
4
1273
9090
4000
2
2545
About how many data points are we talking about?
Optical resolution Dispersive system in cm-1
迈克尔逊干涉仪 Mems
立体角镜
滤光片型
光源
滤光片
样品
检测器
滤光片型仪器的优缺点
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）。 2. 滤光片透光的光谱中心点难以保证。 3. 同一波长滤光片的带宽和透过率难以保证一致。 4. 信息量少，只能作为专用仪器。 5. 得到的不是连续光谱，不能对光谱进行预处理（如平滑、求导等）。
100
90
80
70
Resolution (cm-1)
《近红外光谱NIR》PPT课件
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，谱带的归属较困难，而且样品浓度、 温度、湿度、氢键形成、样品状态、仪器环境等因素的 变化，对谱带都有显著的影响。导致近红外光谱解析复 杂化，难以获得明确的信息。这是近红外光谱在一段时 间内未得到发展和应用的原因。
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。
光谱测量时不需要对分析样品进行前处理；
分析过程中不消耗其它材料或破坏样品；
分析重现性好、成本低。
对于经常的质量监控是十分经济且快速的，但对于 偶然做一两次的分析或分散性样品的分析则不太适 用。因为建立近红外光谱方法之前必须投入一定的 人力、物力和财力才能得到一个准确的校正模型。
编辑ppt
7
近红外光谱主要是反映Ｃ－Ｈ、Ｏ－Ｈ、Ｎ－Ｈ、 Ｓ－Ｈ等化学键的信息，因此分析范围几乎可覆盖 所有的有机化合物和混合物。加之其独有的诸多优 点，决定了它应用领域的广阔，使其在国民经济发 展的许多行业中都能发挥积极作用，并逐渐扮演着 不可或缺的角色。
(2)近红外光谱分析不是一种直接测定方法， 而是将未知样品测得的光谱通过训练集样品 得到的校正模型来预测其组成或性质。 因此，训练集样品的组成或性质的适用范 围、基础数据的准确性及选择计量学方法的 合理性，都将直接影响最终的分析结果。
编辑ppt
18
五、近红外光谱定量、定性分析
1.定量分析
用一组已知样品建立光谱数据与性质或组成数据 间的关系。
NIR的特点很适合于在线测定聚合物的结构 信息和动力学参数。 ∗NIR在聚合物合成及加工中的应用：
聚合物的合成与加工过程的控制； 聚合物中添加剂的分析； 聚合物分剂含量测定。
编辑ppt
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4. 近红外光谱分析在生命科学与医药中的应用
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。
光谱测量时不需要对分析样品进行前处理；
分析过程中不消耗其它材料或破坏样品；
分析重现性好、成本低。
对于经常的质量监控是十分经济且快速的，但对于 偶然做一两次的分析或分散性样品的分析则不太适 用。因为建立近红外光谱方法之前必须投入一定的 人力、物力和财力才能得到一个准确的校正模型。
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近红外光谱主要是反映Ｃ－Ｈ、Ｏ－Ｈ、Ｎ－Ｈ、 Ｓ－Ｈ等化学键的信息，因此分析范围几乎可覆盖 所有的有机化合物和混合物。加之其独有的诸多优 点，决定了它应用领域的广阔，使其在国民经济发 展的许多行业中都能发挥积极作用，并逐渐扮演着 不可或缺的角色。
(2)近红外光谱分析不是一种直接测定方法， 而是将未知样品测得的光谱通过训练集样品 得到的校正模型来预测其组成或性质。 因此，训练集样品的组成或性质的适用范 围、基础数据的准确性及选择计量学方法的 合理性，都将直接影响最终的分析结果。
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五、近红外光谱定量、定性分析
1.定量分析
用一组已知样品建立光谱数据与性质或组成数据 间的关系。
NIR的特点很适合于在线测定聚合物的结构 信息和动力学参数。 ∗NIR在聚合物合成及加工中的应用：
聚合物的合成与加工过程的控制； 聚合物中添加剂的分析； 聚合物分剂含量测定。
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4. 近红外光谱分析在生命科学与医药中的应用
近红外光谱法PPT课件
❖ 相关系数R2：表示样品预测值与理论值的相关程度。
37
近红外光谱定量分析的流程与步骤
38
❖ 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。
39
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。
❖平滑处理涉及处理窗口的大小，较大的平 滑点数可以使信噪比提高，但同时也会导 致信号的失真。
30
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
31
人参总皂甙近红外光谱及定标建模分析
❖ 中国药典2005版首次收载
附录XIXK 近红外分光光度法指导原则
2
NIR的特点
❖分析速度快，分析效率高 ❖适用的样品范围广（液体、固体、半固体和
胶状体） ❖样品一般不需要预处理，分析成本较低 ❖测试重现性好 ❖不破坏样品，应用在活体分析和医药临床领
域 ❖不适合痕量分析以及分散性样品的分析
3
二、基本原理
❖ 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。
11
12
不同化合物基团在近红外区的吸收谱带
13
不同化合物基团在近红外区的吸收谱带
14
❖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。
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近红外光谱定量分析的流程与步骤
38
❖ 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。
❖平滑处理涉及处理窗口的大小，较大的平 滑点数可以使信噪比提高，但同时也会导 致信号的失真。
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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
❖ 中国药典2005版首次收载
附录XIXK 近红外分光光度法指导原则
2
NIR的特点
❖分析速度快，分析效率高 ❖适用的样品范围广（液体、固体、半固体和
胶状体） ❖样品一般不需要预处理，分析成本较低 ❖测试重现性好 ❖不破坏样品，应用在活体分析和医药临床领
域 ❖不适合痕量分析以及分散性样品的分析
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二、基本原理
❖ 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
13
不同化合物基团在近红外区的吸收谱带
14
❖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。
近红外光谱及其在.ppt
总之，近红外光谱分析技术作为一种“绿色”分 析技术，优点非常明显，能够有效地应用于大批 量样品的快速分析。相信今后会在烟草行业得到 进一步的推广应用。
谢谢！
曹建国[55]建立了二醋酸纤维丝束外油分析的数学模 型，并建立了滤棒中三醋酸甘油酯含量测定的数学模 型嗍。
王家俊等[57]应用SIMCA分类法与PLS算法结合傅里 叶变换近红外光谱，建立了卷烟纸的分类模型，用于 卷烟纸的判别分类，同时建立了测定卷烟纸定量、厚 度、透气度、水分和灰分等性质的校正模型。
三、展望
一、近红外光谱
近红外光谱分析技术作为分析化学领 域迅猛发展的高新技术，它的出现带来了 又一次分析技术的革命。近几届匹兹堡会 议的方法学分类中，“近红外”从“红外 及拉曼”中分离出来单独列为一类，因而 受到持续关注。近年来该项技术在烟草行 业已成为研究热点，并得到广泛应用。
1、近红外光谱原理
近红外光谱及其在烟草行业中 的应用
冉霞
一、近红外光谱 1、近红外光谱原理 2、近红外光谱分析技术的优点 3、近红外光谱分析技术的不足 4、近红外光谱分析技术的发展
二、近红外光谱在烟草行业中的应用 1、常规化学成分分析 2、烟气分析 4、烟叶类型或产地判别 5、卷烟配方识别 6、卷烟真伪鉴别 7、卷烟材料分析 8、烟叶物理指标测定
7、烟叶物理指标测定
近红外光谱分析技术已初步应用于烟叶物 理指标测定。
周汉平等[59]采用外观质量评价法给250个 烟叶样品的叶片结构和油分赋值。而后用 近红外光谱仪在3 500～12 000 cm-1波长范 围对这些烟叶样品进行扫描，并采用偏最 小二乘法建立了叶片结构和油分的近红外 预测模型。
王东丹等[52]应用近红外聚类分析，对不同牌 号、类型的样品进行了定性分析。
谢谢！
曹建国[55]建立了二醋酸纤维丝束外油分析的数学模 型，并建立了滤棒中三醋酸甘油酯含量测定的数学模 型嗍。
王家俊等[57]应用SIMCA分类法与PLS算法结合傅里 叶变换近红外光谱，建立了卷烟纸的分类模型，用于 卷烟纸的判别分类，同时建立了测定卷烟纸定量、厚 度、透气度、水分和灰分等性质的校正模型。
三、展望
一、近红外光谱
近红外光谱分析技术作为分析化学领 域迅猛发展的高新技术，它的出现带来了 又一次分析技术的革命。近几届匹兹堡会 议的方法学分类中，“近红外”从“红外 及拉曼”中分离出来单独列为一类，因而 受到持续关注。近年来该项技术在烟草行 业已成为研究热点，并得到广泛应用。
1、近红外光谱原理
近红外光谱及其在烟草行业中 的应用
冉霞
一、近红外光谱 1、近红外光谱原理 2、近红外光谱分析技术的优点 3、近红外光谱分析技术的不足 4、近红外光谱分析技术的发展
二、近红外光谱在烟草行业中的应用 1、常规化学成分分析 2、烟气分析 4、烟叶类型或产地判别 5、卷烟配方识别 6、卷烟真伪鉴别 7、卷烟材料分析 8、烟叶物理指标测定
7、烟叶物理指标测定
近红外光谱分析技术已初步应用于烟叶物 理指标测定。
周汉平等[59]采用外观质量评价法给250个 烟叶样品的叶片结构和油分赋值。而后用 近红外光谱仪在3 500～12 000 cm-1波长范 围对这些烟叶样品进行扫描，并采用偏最 小二乘法建立了叶片结构和油分的近红外 预测模型。
王东丹等[52]应用近红外聚类分析，对不同牌 号、类型的样品进行了定性分析。
近红外光谱理论PPT课件
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14
弯曲振动 – 面外弯曲 (2)
Dedicated Analytical Solutions
2020年5月11日星期一
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15
光谱理论….
频率 是指单位 时间的振动数目 振幅 是 振动双极的振动距离
Dedicated Analytical Solutions
2020年5月11日星期一
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16
0.6
二级倍频吸收带
0.4
三级倍频吸收带
0.2
合频吸收带
0 700
1000
Dedicated Analytical Solutions
2020年5月11日星期一
1300 1600 1900 波长 (纳米)
.
2200
2500
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随波长变化的一些因素变化趋势
吸光度
波带叠加 在样品中穿透
700nm
1100nm
光谱理论….
当光能与分子振动能量相匹配时，分子将吸收光能，振 动能级将跃迁为新能级，表征为振动振幅的增加
在新能级时，分子振动频率保持不变
Dedicated Analytical Solutions
2020年5月11日星期一
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17
分子振动能级跃迁
Dedicated Analytical Solutions
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
Dedicated Analytical Solutions
2020年5月11日星期一
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7
NIR技术已正式列入我国饲料国标
GB /T 18868-2002 饲料中水分、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、赖氨酸、蛋氨 酸、快速测定近红外光谱法
近红外光谱分析技术课件
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
近红外光谱定量分析的八个环节
• （1）样品的选择 • （2）样品近红外谱图的扫描 • （3）谱图的预处理 • （4）样品中各待测成分化学值的测定 • （5）剔除异常值 • （6）分析谱区的选定 • （7）建立模型 • （8）检验与评价模型
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
反射光谱法
• 反射光谱分析时，检测器与光源置于待测样品的同一 侧，检测器检测到的分析光是光源发出的作用光投射 到物体后，以各种方式反射回来的光。物体对光的反 射分为规则反射光（镜面反射）与漫反射。规则反射 光指在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生 的反射。漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉末）后， 在物体表面或内部发生的方向不定的反射。
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
近红外光谱分析技术
• 定性分析 • 定量分析
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
• 多元线性回归（MLR） MLR方法是从光谱中找出与某 种成分或指标相关显著的几个波长点的吸光度进行多 元回归得到标准方程，预测未知样品。该方法在1985 年以前普遍使用
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
近红外光谱定量分析的八个环节
• （1）样品的选择 • （2）样品近红外谱图的扫描 • （3）谱图的预处理 • （4）样品中各待测成分化学值的测定 • （5）剔除异常值 • （6）分析谱区的选定 • （7）建立模型 • （8）检验与评价模型
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
反射光谱法
• 反射光谱分析时，检测器与光源置于待测样品的同一 侧，检测器检测到的分析光是光源发出的作用光投射 到物体后，以各种方式反射回来的光。物体对光的反 射分为规则反射光（镜面反射）与漫反射。规则反射 光指在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生 的反射。漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉末）后， 在物体表面或内部发生的方向不定的反射。
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
近红外光谱分析技术
• 定性分析 • 定量分析
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
• 多元线性回归（MLR） MLR方法是从光谱中找出与某 种成分或指标相关显著的几个波长点的吸光度进行多 元回归得到标准方程，预测未知样品。该方法在1985 年以前普遍使用
相关主题
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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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近红外光谱的常规分析方法
• 透射光谱法 • 反射光谱法
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透射光谱法
• 透射光谱法就是把待测样品置于作用光（光源发出的
光）与检测器之间，检测器所检测到的分析光是作用 光通过样品体与样品分子相互作用后的光，若样品是 透明的真溶液，则分析光在样品中经过的路程一定， 透射光的强度与样品组分浓度由比耳定律决定。
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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。
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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。
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近红外光谱谱区示意图
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近红外光谱的产生
近红外光谱主要是由于分子的非谐振性使分子振动从基 态向高能级跃迁时产生的，有两种模式（伸缩振动和弯 曲振动）的分子能吸收近红外光
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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近红外光谱测量的是分子中单个化学键的基频振动的倍 频和合频信息，主要是含氢基团（X＝C,N,O,S)
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近红外光谱分析技术
• 定性分析 • 定量分析
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定性分析
• 近红外光谱定性分析方法主要有建库判别、聚类
分析、马氏距离聚类分析、模式识别和人工神经 网络等
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• 在模式识别运算时需要有一组用于计算机“学习”的
样品集，通过计算机运算，得出学习样品在数学空间 的范围，对未知样品运算后，若也在此范围内，则该 样品属于学习样品集类型，反之则否定。
近红外光谱分析技术课件
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什么是近红外光
• 近红外光（Near infrared，NIR）是介于可见光(VIS)和中
红外（MIR)之间的电磁波。
• 近红外光谱区的波长范围为780nm～2500nm，习惯上又将
近红外区分为近红外短波区（780nm～1100nm）和近人工神经网络（ANN）和拓扑（TP） ANN和TP在处
理模型的非线性问题上有一定的优势
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近红外光谱定量分析的八个环节
• （1）样品的选择 • （2）样品近红外谱图的扫描 • （3）谱图的预处理 • （4）样品中各待测成分化学值的测定 • （5）剔除异常值 • （6）分析谱区的选定 • （7）建立模型 • （8）检验与评价模型
• 聚类运算时不需学习样品集，它通过待分析样品的光
谱特征，根据光谱近似程度进行分类。
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• PCA-马氏距离法是基于类模型基础上的有监督的模式
识别方法，该法基于以下假设：同一类样本具有相似 的特征，在一定的特征空间内，属于同一类的样本就 会聚集在某一特定的空间区域，而对于不同类的样本， 则分布在不同的区域，通过主成分分析法分别针对训 练集中的每类样本建立类模型。类模型建好后，对实 验集中的样本，计算其到各类模型的马氏距离，根据 马氏距离判别该样本属于某一已知类，或同时属于某 几个已知类，或归于新类。
• 噪音滤除 （1）平滑处理。主要去掉高频噪音对信号
的干扰，方法有傅立叶变换、奇异值分解、以及 Savitzky和Golay提出的卷积平滑方法等。（2）基线 校正。 扣除仪器背景或漂移对信号的影响，最常用 的方法是对光谱进行一阶或二阶微分处理
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• 归一化处理 消除光程的变化或者样品的稀释等变化
对光谱响应产生的影响。标准归一化处理（SNV）是消 除光程变化较理想的方法，而多元散射校正技术（MSC） 则对样品粒径不均匀或测量容器不一致造成光谱响应 发生影响的有效手段。
• 主成分回归（PCR） PCR方法是先求出样品集光谱矩
阵的主成分矩阵和载荷矩阵，通过建立样品成分含量 矩阵与主成分矩阵的线性关系，用所建立的线形函数 来预测未知样品。该方法在1990年以前替代MLR方法 被广泛使用
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• 偏最小二乘回归(PLS) PLS方法是分别求出样品集光谱
矩阵和样品组分矩阵的主成分矩阵，将这两个矩阵相 关联，求其线性关系，用所建立的线形函数来预测未 知样品。1990年以后至今，该方法是世界上近红外定 量分析商品化软件中最流行的算法，完全取代了MLR 和PCR方法
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反射光谱法
• 反射光谱分析时，检测器与光源置于待测样品的同一
侧，检测器检测到的分析光是光源发出的作用光投射 到物体后，以各种方式反射回来的光。物体对光的反 射分为规则反射光（镜面反射）与漫反射。规则反射 光指在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生 的反射。漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉末）后， 在物体表面或内部发生的方向不定的反射。
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定量分析
• 各种多元校正技术如多元线性回归（MLR）、主成
分回归（PCR）、偏最小二乘回归(PLS)、人工神 经网络（ANN）、和拓扑（TP）等方法是近红外光 谱定量分析中常用的校正方法
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• 多元线性回归（MLR） MLR方法是从光谱中找出与某
种成分或指标相关显著的几个波长点的吸光度进行多 元回归得到标准方程，预测未知样品。该方法在1985 年以前普遍使用
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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
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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。
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谱图的预处理
• 针对样品的要求对光谱进行适当的处理，最大限度地
减弱各种非目标因素对光谱的影响净化图谱信息，为 建立校正模型及预测未知样品作好前期准备
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样品的选择
• 在选择样品时，要考虑样品组分含量和梯度，以及样
品的理化性质等因素，以提高定标效果，使定标模型 具有广泛的应用范围。此外，还应考虑样品的背景， 如水分含量、PH值等对定标模型的影响。同时，样品 数量的多少影响分析结果的准确性，数量太少不足以 反映被测样本群体的常态分布规律；数量太多，则增 加工作量。
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近红外光谱的常规分析方法
• 透射光谱法 • 反射光谱法
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透射光谱法
• 透射光谱法就是把待测样品置于作用光（光源发出的
光）与检测器之间，检测器所检测到的分析光是作用 光通过样品体与样品分子相互作用后的光，若样品是 透明的真溶液，则分析光在样品中经过的路程一定， 透射光的强度与样品组分浓度由比耳定律决定。
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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。
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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。
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近红外光谱谱区示意图
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近红外光谱的产生
近红外光谱主要是由于分子的非谐振性使分子振动从基 态向高能级跃迁时产生的，有两种模式（伸缩振动和弯 曲振动）的分子能吸收近红外光
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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近红外光谱测量的是分子中单个化学键的基频振动的倍 频和合频信息，主要是含氢基团（X＝C,N,O,S)
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近红外光谱分析技术
• 定性分析 • 定量分析
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定性分析
• 近红外光谱定性分析方法主要有建库判别、聚类
分析、马氏距离聚类分析、模式识别和人工神经 网络等
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• 在模式识别运算时需要有一组用于计算机“学习”的
样品集，通过计算机运算，得出学习样品在数学空间 的范围，对未知样品运算后，若也在此范围内，则该 样品属于学习样品集类型，反之则否定。
近红外光谱分析技术课件
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什么是近红外光
• 近红外光（Near infrared，NIR）是介于可见光(VIS)和中
红外（MIR)之间的电磁波。
• 近红外光谱区的波长范围为780nm～2500nm，习惯上又将
近红外区分为近红外短波区（780nm～1100nm）和近人工神经网络（ANN）和拓扑（TP） ANN和TP在处
理模型的非线性问题上有一定的优势
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近红外光谱定量分析的八个环节
• （1）样品的选择 • （2）样品近红外谱图的扫描 • （3）谱图的预处理 • （4）样品中各待测成分化学值的测定 • （5）剔除异常值 • （6）分析谱区的选定 • （7）建立模型 • （8）检验与评价模型
• 聚类运算时不需学习样品集，它通过待分析样品的光
谱特征，根据光谱近似程度进行分类。
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• PCA-马氏距离法是基于类模型基础上的有监督的模式
识别方法，该法基于以下假设：同一类样本具有相似 的特征，在一定的特征空间内，属于同一类的样本就 会聚集在某一特定的空间区域，而对于不同类的样本， 则分布在不同的区域，通过主成分分析法分别针对训 练集中的每类样本建立类模型。类模型建好后，对实 验集中的样本，计算其到各类模型的马氏距离，根据 马氏距离判别该样本属于某一已知类，或同时属于某 几个已知类，或归于新类。
• 噪音滤除 （1）平滑处理。主要去掉高频噪音对信号
的干扰，方法有傅立叶变换、奇异值分解、以及 Savitzky和Golay提出的卷积平滑方法等。（2）基线 校正。 扣除仪器背景或漂移对信号的影响，最常用 的方法是对光谱进行一阶或二阶微分处理
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• 归一化处理 消除光程的变化或者样品的稀释等变化
对光谱响应产生的影响。标准归一化处理（SNV）是消 除光程变化较理想的方法，而多元散射校正技术（MSC） 则对样品粒径不均匀或测量容器不一致造成光谱响应 发生影响的有效手段。
• 主成分回归（PCR） PCR方法是先求出样品集光谱矩
阵的主成分矩阵和载荷矩阵，通过建立样品成分含量 矩阵与主成分矩阵的线性关系，用所建立的线形函数 来预测未知样品。该方法在1990年以前替代MLR方法 被广泛使用
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• 偏最小二乘回归(PLS) PLS方法是分别求出样品集光谱
矩阵和样品组分矩阵的主成分矩阵，将这两个矩阵相 关联，求其线性关系，用所建立的线形函数来预测未 知样品。1990年以后至今，该方法是世界上近红外定 量分析商品化软件中最流行的算法，完全取代了MLR 和PCR方法
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反射光谱法
• 反射光谱分析时，检测器与光源置于待测样品的同一
侧，检测器检测到的分析光是光源发出的作用光投射 到物体后，以各种方式反射回来的光。物体对光的反 射分为规则反射光（镜面反射）与漫反射。规则反射 光指在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生 的反射。漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉末）后， 在物体表面或内部发生的方向不定的反射。
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定量分析
• 各种多元校正技术如多元线性回归（MLR）、主成
分回归（PCR）、偏最小二乘回归(PLS)、人工神 经网络（ANN）、和拓扑（TP）等方法是近红外光 谱定量分析中常用的校正方法
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• 多元线性回归（MLR） MLR方法是从光谱中找出与某
种成分或指标相关显著的几个波长点的吸光度进行多 元回归得到标准方程，预测未知样品。该方法在1985 年以前普遍使用
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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
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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。
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谱图的预处理
• 针对样品的要求对光谱进行适当的处理，最大限度地
减弱各种非目标因素对光谱的影响净化图谱信息，为 建立校正模型及预测未知样品作好前期准备
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样品的选择
• 在选择样品时，要考虑样品组分含量和梯度，以及样
品的理化性质等因素，以提高定标效果，使定标模型 具有广泛的应用范围。此外，还应考虑样品的背景， 如水分含量、PH值等对定标模型的影响。同时，样品 数量的多少影响分析结果的准确性，数量太少不足以 反映被测样本群体的常态分布规律；数量太多，则增 加工作量。