近红外光谱概述

6.1　近红外光谱概述

近红外光（NIR）是介于可见光区和中红外光区之间的电磁波。图6－1所示为全部电磁波谱、可见光、近红外光在电磁波谱中的位置。

图6－1　电磁波谱

不同文献对近红外光波长范围的划分不尽相同。有的文献认为，近红外光是指波长在780～2 500nm范围的电磁波，官能团在近红外区有特征吸收，而且被测成分有机物对红外光有显著吸收，与特征波长处的光密度呈线性关系；有的文献认为，近红外光是指波长在780～2 526nm范围内的电磁波，将近红外光划分为近红外短波（780～1 100nm）和长波（1 100～2 526nm）；而美国试验和材料协会（ASTM）规定近红外光波长为700～2 500nm，分为短波近红外（SW－NIR，700～1 100nm）和长波近红外（LW－NIR，1 100～2 500nm）；还有的文献认为，近红外光根据波长的长短分为长波近红外（1 100～2 600nm）和短波近红外（700～1 100nm）。

现代的近红外光谱分析结合了光谱测量技术、计算机技术、化学计量学技术、基础测试技术等多个方面的内容。近红外光谱分析有如下两个步骤。

（1）建立校正模型。首先采集反映样品基团、组成或物态信息的近红外光谱，然后用标准常规方法或认可的参比方法测得样品的组成或性质数据，最后采用化学计量学技术建立校正模型。

（2）预测过程。建立校正模型后，再采集未知样品的近红外光谱，将测定光谱代入已经建立的校正模型中，然后快速预测样品的组成或性质。

与常规分析技术不同，近红外光谱是一种间接分析技术，必须通过建立校正模型（标定模型）来实现对未知样品的定性或定量分析。在具体的分析过程中要注意以下问题：一是要选择有代表性的样品并测量其近红外光谱；二是要采用国家标准的常规方法或通用认可的参考方法来测定所关心的组分或性质数据；三是要采用最适当、稳定可靠的化学计量方法来建立校正模型。

与传统分析技术相比，近红外光谱分析技术具有诸多优点：它能在几分钟内，仅通过对被测样品完成一次近红外光谱的采集测量，即可完成其多项性能指标的测定；进行光谱测量时不需要对分析样品进行预处理；分析过程中不消耗其他材料或破坏样品；分析重现性好、成本低。近红外光谱分析技术对经常的质量监控是十分经济且快速的，但对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。

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，分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物和混合物。目前，近红外光谱在工业领域中的应用全面展开，有关近红外光谱的研究及应用文献几乎呈指数增长，成为发展最快、最引人注目的一门独立的分析技术。由于近红外光在常规光纤中具有良好的传输特性，使近红外光谱在在线分析领域也得到了很好的应用，并取得良好的社会效益和经济效益。近红外光谱分析在石油及石油化工、基本有机化工、精细化工、冶金、生命科学、制药、临床医学、农业、食品、饮料、烟草、纺织、造纸、化妆品，以及相应产品的质量监督、环境保护等领域取得了长足的进步，它在农产品质量安全无损检测方面也逐步得到研究。随着科学技术的不断发展，近红外光谱分析技术将在农产品质量安全无损检测方面得到广泛的认同和应用。