常见矿物近红外光谱特征(扬州)
土壤在350-2500nm范围的反射光谱特征及其影响因素
土壤在350-2500nm范围的反射光谱特征及其影响因素土壤在可见光和近红外光谱范围（350-2500nm）的反射光谱特征主要受土壤的组分和结构影响。
这个光谱范围包括了紫外线、可见光和近红外光谱。
土壤的反射光谱特征对土壤性质的研究和监测在农业、地球科学和环境科学等领域都具有重要意义。
主要的土壤反射光谱特征：1.水合铁氧体吸收峰：在400-600nm范围内，土壤中的水合铁氧体（如铁铝土）通常表现为吸收峰，对应于土壤的颜色。
2.有机质吸收：在1900-2500nm范围内，有机质通常表现为一个吸收峰。
这一区域的光谱特征对于土壤中有机质含量的估算很重要。
3.粘土和矿物的吸收特征：在可见光和近红外范围，粘土和矿物质的光谱特征对土壤的矿物成分和结构有所反映。
4.水分吸收：在可见光和近红外范围，水分对土壤的反射光谱有较强的吸收带，因此土壤中水分的变化会影响土壤的反射光谱。
影响土壤反射光谱的因素：1.土壤类型：不同类型的土壤具有不同的矿物质成分和有机质含量，因此其反射光谱特征也不同。
2.土壤湿度：土壤湿度的变化会影响土壤中水分的含量，从而影响反射光谱。
3.土壤质地：砂壤、壤土和黏土在反射光谱上的特征也有所不同，与土壤的质地密切相关。
4.土壤有机质：有机质含量高的土壤在近红外光谱区域具有更显著的吸收带。
5.土壤pH：土壤pH的变化也会对反射光谱产生一定的影响。
6.植被覆盖：土壤表面的植被覆盖对反射光谱有一定的掩蔽效应，需要进行去除或修正。
这些因素的相互作用导致了土壤在350-2500nm范围内复杂而多样的反射光谱特征。
研究土壤反射光谱可以帮助科学家更好地了解土壤的性质，支持土地管理、农业生产和环境监测等应用。
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。
红外光谱谱图解析
3、再根据谱带的位置、强度、宽度等特征，推测官能团可能与什么取 代基相连接。
=C-H C-H CC C=C
O-H O-H（氢键） S-H P-H
C=O C-C，C-N，C-O N-O N-N C-F C-X
N-H
CN C=N
3500
18:02:04
3000 2500 2000 特征区
—CH2—CO—O—
1735 cm-1 酯
—CH2—CO—NH— 1680 cm-1 酰胺
18:02:04
（四）从分子中减去己知基团所占用的原子，从分子的总不饱和度中 扣除已知基团占用的不饱和度。根据剩余原子的种类和数目以及剩余的 不饱和度，并结合红外光谱，对剩余部分的结构做适当的估计
在判断存在某基团时，要尽可能地找出其各种相关吸收带，切不可仅 根据某一谱带即下该基团存在的结论。
18:02:04
２、为什么红外光谱图纵坐标的范围为4000~400 cm-1？
红外光波波长位于可见光波和微波波长之间0.75~1000μm（1μm=10-
4 cm）范围。
0.75~2.5μm为近红外区 2.5~25μm为中红外区 25~1000μm为远红外区 2.5~15.4μm的中红外区应用最广
1:2 1250 cm-1
c) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在。
n=1 770~785 cm-1 （中 ） n=2 740 ~ 750 cm-1 （中 ）
n=3 730 ~740 cm-1 （中 ） n≥ 722 cm-1 （中强 ）
d) CH2和CH3的相对含量也可以由1460 cm-1和1380 cm-1的峰 强度估算强度
任务2-4
infrared absorption spec-
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
近红外光谱对天然岩石中矿物成分含量测定的研究
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ５ — ２ １ 。修 订 日期 ： ２ ０ 外光谱采集 单元 、 采集 控 制单元和计算 机显 示控 制 单元 组成 。近红外 光 谱采 集单 元 由： 爱万提 斯公 司 Ａｖ ａ Ｓ ｐ ｅ ￣ ＮＩ Ｒ ２ ５ ６ — ２ ． ５ 近红外光 谱仪 （ 波长 范围 ： ９ ０ ０ ￣２ ５ ０ ０ ｎ ｍ， 最高分辩率 ： １ ５ ｎ ｍ， 信噪比 ： １ ２ ０ ０：
率 和产 品质量两方面得到 了显著地提高 。我 国在 近红外 光谱 分析技术 上面起步较晚 ，２ Ｏ世纪 ８ ０年代后 期长 春光机所 与
试验样本购 自北京水远 山高矿物标本有 限公司 的较高纯 度高岭土 、蒙脱 石和白云母 三种有着重要 的工业使用价值 的
块状单矿物粉碎成 的粉末状样本 。三种 粉末样本按 照一 定体
的应用 ［ １ ］ 。 近红外光是 指波 长在 ７ ８ ０ ￣２ ５ ２ ６ ｎ ｌ Ｔ ｔ 范围 内的
行预测 ， 并 以其真实值和预测值的最小均方根误差 为评价指 标。 实 验表 明随机森林 预测结果较好 ，基本 能够满足实 际应 用的需求 ，对矿物的分析具有指导意义。
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
中国地质大学（北京）矿物标型实验室
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。
中国地质大学（北京）矿物标型实验室
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
中国地质大学（北京）矿物标型实验室
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)
2、二维数据（地表数据）建模
3、等值线图
3212000
3211800
3211600
3211400
3211200
3211000
3210800
3210600
3210400
3210200 570000
570200
570400
570600
570800
571000
571200
571400
571600
571800
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。
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。
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
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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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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。
矿物：1850～2200nm,2300～2350nm为特 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， 碳酸盐矿物的吸收峰主要由基团振动产生，即 倍频或合成模式产生， 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、 方解石 、 文石 、 白云石 、 菱镁矿 、 菱铁矿 、 菱锰 毒重石、蓝铜矿和孔雀石等。 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， 白云石较常见 ， 峰形一致 ， 很难区别 ， 典型的 特征在2300 2350nm 2300nm处 方解石在2340nm处 2340nm 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； 2320nm处有特征峰 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， 2310nm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， 2320nm 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， 是特征峰非常强 ， 而其它吸收峰比较弱 ， 且一般 1800-2100nm范围内，1800nm前没有吸收峰。 nm范围内 nm前没有吸收峰 在1800-2100nm范围内，1800nm前没有吸收峰。
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
6、仪器指标
仪器测量范围 ：1300nm-2500nm； 仪器分辨率 ：〈8nm； 波长稳定性 ：±1nm； 波长重复性 ：±1nm； 波长扫描间隔 ：2nm,4nm； 信噪比 ：63dB； 探测器 ：PbS(Te制冷)； 仪器体积 ：255×110×187； 仪器重量 ：4.2kg； 备用电源 ：〉2小时 ; 软件 ：PC机应用程序；微型PDA应用程序。
• 2）Fe-OH矿物，硫酸盐矿物 矿物， ） 矿物 • Fe-OH矿物 2210-2300nm为特征吸收 矿物 为特征吸收
• 在矿物组成中，Fe离子是重要元素之一。其代表矿物有明 矾石、黄铁钾矾，囊脱石，皂石，锂皂石、石膏、纤铁矿、 菱铁矿、阳起石、直闪石和石榴子石等，特别指出的是， 铁氧化物的吸收峰一般在1100nm前，而现有的矿物分析仪 波长范围1300－2500nm，因此有的矿物无法测到，但上述 的代表矿物可以进行检测。.明矾石在1420nm处有OH＋H2O . 二者合成峰，Fe-OH特征峰K明矾石在2210nm处，Na明矾石： 2160-2170nm处；黄铁钾矾Fe-OH特征峰在2260-2270nm； 石膏：Fe-OH特征峰是1449、1489与1550nm三个重叠峰， 这也是石膏的标志峰。
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
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
2、二维数据（地表数据）建模
3、等值线图
3212000
3211800
3211600
3211400
3211200
3211000
3210800
3210600
Байду номын сангаас3210400
3210200 570000
570200
570400
570600
570800
571000
571200
571400
571600
571800
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）
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。
5) Si－OH矿物：2240～2250nm为特征峰 Si－OH矿物 2240～2250nm 矿物： nm为特征峰 Si－OH矿物相对较少 典型的矿物有蛋白石， 矿物相对较少， 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， nm处为 Si－ 的特征峰， 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 且吸收峰缓 ， 少数石英和蛋白石在 2210nm 处有吸收 2210nm 有的地方的石英金矿把2210nm作为标志 2210nm 作为标志， 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， 有表示不含矿，没有表示含矿，当然具体情况需要具 体分析。 体分析。
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。
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