近红外光谱分析技术

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1、近红外光谱分析技术数据分析应用原理仪器结构原理一、近红外光谱分析技术的发展1800年发现20s50年代中后期20s80年代后19s80年代20世纪60年代中期20世纪90年代可简单概括为：二、近红外光谱的产生分类区域介于可见光与中红外之间的近红外波段。整个谱区波长范围根据ASTM定义为780-2526nm,在一般应用中将波长在700-2500nm（波数14286-4000cm-1）作为近红外谱区。①短波近红外（700-1100nm）②长波近红外（1100-2500nm）三、近红外光谱的产生分子在近红

2、外谱区的吸收主要是由于分子内部振动状态的变化而产生的，近红外区主要对应的是能量更高的合频或倍频吸收，这主要是由于在分子振动中存在谐性振动和非谐性振动。能量跃迁:ABC基频跃迁（对应分子振动状态在相邻振动能级间的跃迁）倍频跃迁（对应于分子振动状态在相隔一个或几个振动能级之间的跃迁）合频跃迁（对应于分子两种振动状态的能级同时发生跃迁）在实际体系中，由于分子振动并不完全符合简谐振点模式，存在非谐性振动的情况，即从最低振动能级，不仅可以向第一激发能级跃迁（谐性),还可以向第二激发、第三激发甚至更高的激发能级

3、跃迁，由此产生倍频吸收峰，另外，如果某光子的能量正好等于两个或者两个以上基频跃迁的能量总和，该辐射也有可能被吸收，同时引起相应的多重跃迁，由此对应的合频吸收峰。（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

4、置：01光辐射的能量恰好满足分子振动能级跃迁所需要的能量，即只有当光辐射频率与分子中基团的振动频率相同时，辐射才能被吸收。02振动过程中，必须有偶极矩的改变，只有偶极矩发生变化的那种振动形式才能吸收红外光谱。红外光线的能量要被分子基团所吸收，必须满足两个条件：四、近红外光谱测定的基本原理近红外光谱的测定方法：透射光谱法反射光谱法1、透射光谱法（多指短波近红外区，波长一般在700-1100nm范围内）定义：是指将待测液样品置于光源与检测器之间，检测器所检测光是透射光或与样品分子相互作用的光。被测物质是

5、透明的物质，物质内部只发生光的吸收，没有光的反射、散射、荧光等其他现象发生时，其吸光度遵循朗伯-比尔定律:-----被测物的吸光度（或称绝对吸光度）-----入射光强度-------透射光强度-------透色比-------摩尔吸光系数、被测物质浓度和光程长度采用在另一等同的吸收池中放入标准物质（也称为参比）与被分析物质的透射强度进行比较参比：-------标准溶液--------试验溶液--------相对透射比--------相对吸光度（应用时通称吸光度）2、反射光谱法（多指长波近红外区，波长

6、一般在1100~2500nm范围内）定义：是指测器和光源置于样品的同一侧，检测器所检测的是样品以各种方式反射回来的光。在探讨漫反射光强度与样品浓度之间关系时，引入Kubelka-Munk方程：①K-------试料的吸收系数（单位面积，单位深度）S-------试料散射系数------样品厚度大于入射光透射深度时的漫反射比（含镜面反射），定义为全部漫反射光强与入射光强之比，又称绝对反射率。相对反射概念：即将试料的反射光强与标准板（参比）的反射光强之比定义为相对反射率（一般记作R）。对于标准测试板，其

7、绝对反射率为：②对于测试样，其绝对反射率为：③则相对反射率定义为：④将相对反射率代入①代替绝对反射率，①变为：⑤式中K与被测物质的摩尔吸收系数和试样浓度成比例关系，因此在散射系数不变的条件下，显然也是与试样浓度成正比的量。漫反射测量时定义名义吸光度：⑥代入入射光强度⑥可以转变为：⑦------试料的绝对反射率-------标准板的绝对反射率因此，即使是同一试样，如果标准版不一样，近红外光谱将会发生上下移动。故当进行一系列实验时，使用同一标准板是一个最基本的要求。123五、近红外光谱技术的特点分析速度

8、快，测量过程大多可在1min内完成。分析效率高，通过一次光谱测量和已建立的相应校正模型，可同时对样品的多个组分或性质进行测定，提供定性、测量结果。适用的样品范围广，通过相应的测样器件可直接测量液体、固体、半固体和胶状体等不同物质的样品，光谱测量方便。456样品一般不需要预处理，不需要使用化学试剂或高温、高压、大电流等测试条件，分析后不会产生化学、生物或电磁污染。分析成本低测试重视性好789对样品无损害，可在活体分析和医药临床领域广泛应用。近红外光在普通光纤中具有良好的