近红外光谱设备基础知识

什么是近红外光谱仪？

近红外光谱是一种分析近红外光照射所得吸收和透射光谱的分析仪。

近红外射线的吸收极小于中红外和远红外射线，使得无需预处理如切片即可进行无损检测。它们可以快速测量含水量和组分，广泛应用于化学和食品等领域。

近红外光谱仪的应用

近红外仪器可以在无预处理的情况下进行无损检测。 它被用于多个领域分析物质的含水量和成分。 主要的应用领域包括：

• 研发：材料结构分析与化学反应监测

• 食品：对水分、脂肪和蛋白质等食品进行成分分析和质量控制

• 药品与化学品（如聚合物）：验证原材料并评估产品均匀性

• 农业：作物成分分析

近红外光谱分析是测量、原材料验收测试和质量控制的有用仪器，适用于各种制造场景。

近红外光谱仪原理

1. 近红外光谱

近红外（NIR）波长约为800~2500纳米（波长12500~4000厘米）-1它指的是光之领域的光。 该区域位于可见光和中红外光区之间的中间位置。

红外光谱和近红外光谱是观察分子振动引起的红外吸收的分析方法。 由于分子中连接原子的键结部分根据键的类型表现出不同的伸缩振动，可以通过观察吸收红外线的波数来确定官能团的类型。

分子通过吸收红外光从基态跃迁到激发态，目前存在三种过渡态：

• 基音：一种量子数1的基态与激发态之间的跃迁。

• 谐波：基态与激发态之间的跃迁，仅对一种量子数而言大于2。

• 结合声：基态与激发态之间的跃迁，具有两个或以上的1或多个量子数。

近红外光谱主要研究谐波和合取。 由于许多泛音和连接音重叠且不易归属频带，分析采用群频的概念。

2. 近红外光谱仪器的特性

近红外光谱仪器无需样品准备，可以测量样品的原始状态。

探测器测量样品吸收（或反射）多少物质，并从红外照射中还原多少。 红外光谱（红外吸收光谱）即为受辐射红外射线的波数（单位符号：cm）-1水平轴为透射率百分比T。

在定量分析中，校准曲线是利用统计方法创建的。 主成分回归分析和偏最小二乘回归常被用作校准曲线创建的定量模型。

近红外仪器的类型

近红外光谱仪器采用色散和傅里叶变换（FT-NIR）。 一般来说，傅里叶变换类型被常用。

1. 去中心化

在分布式近红外光谱仪中，光谱仪使用衍射光栅在穿透样品后分散光，然后探测器依次检测每个波长。

2. 傅里叶变换（FT-NIR）

傅里叶变换近红外光谱（FT-NIR）利用干涉仪产生干涉波，然后将这些波照射到样品上。 它是一种同时以非色散方式检测所有波长的方法，然后在计算机上进行傅里叶变换以计算每个波长分量。