近红外光谱仪的基本工作原理

近红外光谱仪的基本工作原理:

波长在700nm – 2,500nm (4,000–14,300cm-1) 的光谱为近红外光谱。它是一种既快速(十到二十秒钟) 又简便(不需作样品前处理) 的测试手段, 这种方法的特点是对样品作一步式组份(需测的浓度大于0.01%) 分析而不需破坏样品。如果产品颜色是质量指标之一、您可选400nm-1,100nm 的图谱数据作鉴定。近红外光谱仪适用于对含有C-H, N-H, O-H 和S-H 化学键的化合物作组份分析。在700 – 2,500 nm 的近红外波长范围内, 含有上述化合键的物质(药品、烟草、食品、农作物、聚合物、石油化工产品等) 会产生吸收。一些物质除在1,450 nm 到2,050 nm 之间产生第一谐波外，往往还会分别在1,050 nm - 1,700nm 和700 nm - 1,050 nm 谱带内产生第二及第三谐波。这些谐波的组合构成了被测物质在近红外光谱带内的特征吸收谱图-指纹图。相同的近红外谱图(样品的指纹图) 一定是从相同的物质得到。这也是应用近红外光谱仪作质量管理的主导基础原理。有机物在近红外光谱带内的吸收强度比在中红外(如FT-IR) 的吸收强度弱10 到1,000 倍。由于这特殊的弱吸收优点, 近红外射线能很容易地穿透未经研片与稀释等需作预处理的非透明样品，实现透射吸收；而另一部分反射光谱也可很容易地被检测。但是如何利用近红外图谱来对原材料或产品进行质量监控呢? 答案是利用统计学理论建立被测样品的数据库或校正曲线，而统计学之成败与校正曲线(数据库) 的相互转移性有决定性的关系。在建立校正曲线或数据库之前, 近红外仪器的使用者把日常的测试样品先作近红外扫描, 然后再用传统分析法(如：GC、HPLC、TKN、FIA、折光仪、……) 准确测定出样品的数值, 具有不同指标的样品在近红外光谱中将产生不同强度的吸收图谱(不是某一吸收峰)，利用专用软件处理, 便可得到校正曲线或数据库，分析人员可利用该校正曲线或数据库方便快速地通过测定未知样品的近红外谱图得知其被测指标的数据。

近红外光谱仪在制药与石化/高聚合物工业中的应用:

- 原料及成品在实验室或在线作鉴定、定性、定量-

- 制药工艺过程中反应程度及反应终点的判断

- 固体或液体制剂质量控制-

- 药品的指纹图和药品真伪识别

- 化工反应程度及产率、物料混合比、回流比、溶剂循环量控制

- -化工原料及产品在实验室或现场作品质鉴定、定性、定量

- 炼油、混合过程辛烷值的监控-

- 化学反应过程控制及终点判定

- -反应程度、转化率、共聚组成、反应物粘度、

- 原料的品质鉴定、定性、定量

- 添加剂含量、含水率、羟基含量、聚合度

- 工程塑料后加工过程中共混比的监控

- 及反应终点的监控在线监控流动床干燥切片含水率过程

近红外光谱仪在烟草工业的应用

- 烟叶及香烟在实验室或现场作现场鉴定、定性、定量

- 制烟工艺过程中生产程度及生产终点判断

- -包装材料的质量检验

- 液体样品（如香精、香料）的质量分析

- 真伪香烟的识别

近红外(NIR) 与FT-IR 和FT-NIR 的区别:

NIR 是专为主份浓度高于0.1%的有机物作鉴定、定性、定量的工作而设计，

样品范围从清晰或高浊度的液体以至固体都不需作测试前处理。FT-IR 是专为纯的有机样品作鉴定、定性而设计，因IR 的吸收度太强,故样品都需要作复杂的前处理稀释至浓度低于0.1%而导致较高误差。受FT-NIR 光学设计的限制，它只适合使用于低光散射、较清晰的液体在极优良环境中(如实验室) 使用，这也是较难以FT-NIR 作为高散射颗粒样品或在线检测的光学系统的主要原因。FT-IR 是为解决高噪音IR 仪器而设计，但FT-NIR 是为扫描速度慢的NIR 仪器（滤光片式NIR）而设计、但设计最好的FT-NIR 光学系统的信/ 噪比值较福斯-近红外系统公司的仪器还差起码一到两个数量值。信/ 噪比越差、可用的波长越往可见光方向移、令可用的近红外波长范围越窄、而导致可适用的样品范围越窄。信/ 噪比的好坏决定了样品与化学计量统计学的适用性。NIR 是应用在工业上的技术(主份分析) 的仪器而FT-IR 是学术研究(对稀释后的有机物作鉴定、定性) 所用的仪器。

为弥补FT-NIR 光学系统的缺陷，固体样品都需被研磨成幼细粉末（先把烟草样品烘干，再磨粉，然后作NIR 扫描，全程约需两小时）。但您可以直接把样品送至Foss NIRSystems 公司的NIR 仪器作分析，这其实就是两种技术的最简单和最基本的分别！

皆能（亚洲）有限公司