University,Changchun,130023),Li Baohua(School of Electronic Science and Engineering,Jilin University,Changchun, 1300223),Y uan Mao(Jilin Province Environmental Monitoring Central Station,Changchun,130011) T he current situation of commonly used methods and instruments fo r the measurement of mineral oil in wa ter and soil is re-view ed.T heir advantages and shor tcoming s and the future trends of development are discussed.T he methods concerned include g ravimetry,turbidimetry,gas chromatography,electric resistance metho d,py rolitic method,U V spectrophotometry,fluo rescence spectro pho to metry and I R spectrophotometry.
现代近红外光谱分析技术的原理及应用
高荣强 范世福
(天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津,300072)
摘 要 介绍了近红外光谱分析技术的发展简史,工作原理,技术特点,基本分类,仪器结构,典型用途及部分知名的国内外近红外光谱仪器生产厂家,为近红外光谱技术的用户和仪器厂商提供了较为详细的资料。
关键词 近红外光谱技术 化学计量学 原理 应用
1 引 言
近红外光(near infrared,N IR)是介于可见光(V IS)和中红外光(M IR或I R)之间的电磁波,美国材料检测协会(AST M)将近红外光谱区定义为波长780～2526nm的光谱区(波数为12820～3959cm-1),习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780～1100nm)和近红外长波(1100～2526nm)两个区域。从20世纪50年代起,近红外光谱技术就在农副产品分析中得到广泛应用,但是由于技术上的原因,在随后的20多年中进展不大。进入20世纪80年代后,随着计算机技术的迅速发展,以及化学计量学方法在解决光谱信息提取和消除背景干扰方面取得的良好效果,加之近红外光谱在测试技术上所独有的特点,人们对近红外光谱技术的价值有了进一步的了解,从而进行了广泛的研究。数字化光谱仪器与化学计量学方法的结合标志着现代近红外光谱技术的形成。数字化近红外光谱技术在20世纪90年代初开始商品化。近年来,近红外光谱的应用技术获得了巨大发展,在许多领域得到应用,对推进生产和科研领域的技术进步发挥了巨大作用。近红外光谱技术是90年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术,测量信号的数字化和分析过程的绿色化使该技术具有典型的时代特征。由于近红外光在常规光纤中有良好的传输特性,使近红外光谱技术在实时在线分析领域中得到很好的应用。在工业发达国家,这种先进的分析技术已被普遍接受,例如,1978年美国和加拿大采用近红外法代替凯氏法,作为分析小麦蛋白质的标准方法。
20世纪90年代初,外国厂商开始在我国销售近红外光谱分析仪器产品,但在很长时间内,进展不大,其原因主要是:首先,近红外光谱分析要求光谱仪器、光谱数据处理软件(主要是化学计量学软件)和应用样品模型结合为一体,缺一不可。但被分析样品会由于样品产地的不同而不同,国内外的样品通常有差异,因此,进口仪器的应用模型一般不适合分析国内样品。如果自己建立模型,就需要操作人员了解和熟悉化学计量学知识和软件,而外商在中国的代理机构缺乏这方面的专业人才,不能有效地根据用户的需要组织培训,因此,用户对这项技术缺乏全面了解,影响到了它的推广使用。其次,进口仪器价格昂贵,售后技术服务费用也往往超出大多数用户的承受能力。
1995年以来,国内许多科研院所和大专院校开始积极研究和开发适合国内需要的近红外光谱分析技术,并且做了大量技术知识的普及工作,为我国在这一技术领域的发展奠定了良好的基础,开创了崭新的局面。
2 工作原理
近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。近红外光谱记录的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息,它常常受含氢基团X—H(X C、N、O)的倍频和合频的重叠主导,所以在近红外光谱范围内,测量的主要是含氢基团X—H振动的倍频和合频吸收。
获得近红外光谱主要应用两种技术:透射光谱技术和反射光谱技术。透射光谱(波长一般在700～1100nm范围内)是指将待测样品置于光源与检测器之间,检测器所检测的光是透射光或与样品分子相互作用后的光(承载了样品结构与组成信息)。若样品是混浊的,样品中有能对光产生散射的颗粒物质,光在样品中经过的路程是不确定的,透射光强度与样品浓度之间的关系不符合Beer定律。对这种样品应使
用漫透射分析法。反射光谱(波长一般在1100～2500nm范围内)是指将检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。物体对光的反射又分为规则反射(镜面反射)与漫反射。规则反射指光在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生的反射;漫反射是光投射到物体后(常是粉末或其它颗粒物体),在物体表面或内部发生方向不确定的反射。应用漫反射光进行的分析称为漫反射光谱法。此外,还有把透射分析和漫反射分析结合在一起的综合漫反射分析法和衰减全反射分析法等。
由于倍频和合频跃迁几率低,而有机物质在NI R光谱区为倍频与合频吸收,所以消光系数弱,谱带重叠严重。因此从近红外光谱中提取有用信息属于弱信息和多元信息,需要充分利用现有的光机技术、电子技术和计算机技术进行处理。计算机技术主要包括光谱数据处理和数据关联技术。光谱数据处理是消除仪器因素(灯及测量方式等),环境因素(如温度等)和样品物态(如颜色、形态等)等对光谱的影响。常采用的方法有平滑、微分、基线漂移扣减、多元散射校正(M SC)和有限脉冲响应滤波(FI R)等,也可以用小波变换来进行部分处理。数据关联技术主要是化学计量学方法。化学计量学的发展使多组分分析中多元信息处理理论和技术日益成熟,解决了近红外光谱区重叠的问题。通过关联技术可以实现近红外光谱的快速分析。在近红外光谱的应用中我们所关心的是被测样品的组成或各种物化性质,因此,如何提取这些有用信息是近红外光谱分析的技术核心。现在的许多研究与应用表明,利用化学计量学方法进行近红外光谱分析是非常有效的。化学计量学理论在近红外光谱仪器中的应用对仪器的实用化是非常关键的。
在近红外光谱分析中,被测物质的近红外光谱取决于样品的组成和结构。样品的组成和结构和近红外光谱之间有着一定的函数关系。使用化学计量学方法确定出这些重要函数关系,即经过校正,就可以根据被测样品的近红外光谱,快速计算出各种数据。现在常用的校正方法主要有,多元线性回归(M L R),主成分分析(PCA),偏最小二乘法(P LS),人工神经网络(AN N)和拓扑(Topological)方法等。
3 技术特点
近红外光谱技术之所以成为一种快速、高效、适合过程在线分析的有利工具,是由其技术特点决定的。近红外光谱分析的主要技术特点如下:
(1)分析速度快,测量过程大多可在1min内完成。
(2)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、定量结果。
(3)适用的样品范围广,通过相应的测样器件可以直接测量液体、固体、半固体和胶状体等不同物态的样品,光谱测量方便。
(4)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。
(5)分析成本较低(无需繁杂预处理,可多组分同时检测)。
(6)测试重现性好。
(7)对样品无损伤,可以在活体分析和医药临床领域广泛应用。
(8)近红外光在普通光纤中具有良好的传输特性,便于实现在线分析。
(9)对操作人员的要求不苛刻,经过简单的培训就可胜任工作。
近红外光谱技术存在的问题是:
(1)测试灵敏度相对较低,被测组分含量一般应大于0.1%。
(2)需要用标样进行校正对比,很多情况下仅是一种间接分析技术。
4 仪器分类
根据分光系统,近红外光谱仪器可分为固定波长滤光片、光栅色散、快速傅立叶变换和声光可调滤光器(AO TF)四种类型。光栅色散型根据使用检测器的不同又分为扫描式和固定光路式两种。
根据测试方法,近红外光谱法主要分为透射测定法,漫透射测定法和反射测定法3种。透射测定法用于透明样品的分析,样品浓度与对光的吸收关系符合比尔定律。漫透射测定法,由于样品中含有光散射物质,光在穿透分析样品时,除了吸收外还有多次散射,比尔定律不适用。反射测定法,近红外光照射到样品表面后,由于样品表面状态和结构的不同,光线会发生多次反射。
根据用途,近红外光谱仪可以分为通用型和专用型。通用型以美国Perkin-Elmer和德国Bruker的近红外光谱仪器为代表,性能非常好,处于世界领先地位,常常可以作为获得标准光谱图的仪器来使用,主要适用于实验室和大型企业,对用户的操作水平要求较高。专用型以丹麦FOSS公司生产的近红外光谱仪器为代表,主要是针对某个方面的应用专门开发的,例如专门测定牛奶的组成成分。
5 对硬件和软件的要求
在硬件上,光栅型近红外光谱仪的设计与紫外-可见光谱仪的设计极为相似,但使用的光栅,滤光片和检测器不同(有些需要更换光源)。目前F T-IR光谱仪主要用于中红外区,但只要更换一些光学元件(光源、分束器及检测器)并配合适用的软件,就可扩展到近红外区。AO T F是一种新的分光方法,已经有厂家将其用于中红外和近红外光谱仪器。使用滤光片的仪器,主要用于对仪器要求不太高的专项测量。
在软件上,应该设计光谱测量通用软件,化学计量学光
谱分析软件和仪器自检系统。光谱测量通用软件完成近红外光谱图的获取、存储等常规功能;化学计量学光谱分析软件完成对样品的定性或定量分析,是近红外光谱快速分析技术的核心。常用的化学计量学方法有,多元线性回归(M L R)、主成分分析(PCA)、偏最小二乘法(P LS)、人工神经网络(AN N)和拓扑(T opological)等。所采用的算法的好坏(收敛速度)直接影响仪器的分析速度,所以在这一方面需要加强研究。仪器自检系统完成仪器性能状态的自我检测,判定仪器是否符合样品的测试条件,仪器在硬件上要有相应的功能。
另外,还需要建立相应的模型库(训练集)。这项工作需要具有相应领域专业知识的人才,大量有代表性的样品,准确的标准分析数据(主要是化学分析),数据建模并建成相应的光谱数据库,才有可能完成。
6 应用领域
近红外光谱分析仪除可用于实验室分析外,还可用于工农业生产过程中的检测,包括品质分析和质量控制,例如原料的快速鉴定,复杂混合物的多组分定量分析。配以相应的附件或利用专用的在线分析仪,可以实现在线过程分析。近红外光谱分析技术主要用于以下领域:
6.1 食品分析
(1)酒制品:葡萄酒(乙醇,含糖量,有机酸,含氮值,pH 值等),白酒(原料中的水分,淀粉,支链淀粉,酒醅中的水分, pH值,淀粉和残糖等),啤酒(大麦原料中的水分,麦芽糖,啤酒中的乙醇和麦芽糖等),以及产地鉴别,真伪鉴别等。
(2)饮料:咖啡因,糖分,酸度,果汁真伪鉴别。
(3)乳制品:乳糖,脂肪,蛋白质,乳酸,灰分,固体物质。
(4)玉米浆:果糖,水分,葡萄糖,多醣类。
(5)食用油:脂肪酸,含水量,蛋白质,氧化程度,不饱和程度,真伪鉴别。
(6)烘焙食品(饼干,面包):脂肪,蛋白质,水分,淀粉,面筋等。
(7)肉类:蛋白质,脂肪,水分,各种氨基酸,脂肪酸,纤维素等,以及新鲜及冷冻程度,产品种类,真伪鉴别。
6.2 农产品分析
(1)豆类,小麦,面粉,水稻及其它谷类:脂肪,蛋白质,水分,纤维量,淀粉量,小麦产地,产季鉴别,品质分级,谷物老化程度。
(2)烟草作物:尼古丁,水分,总糖,还原糖,多酚类,香料,添加物,产地鉴别,等级分类。
(3)咖啡:咖啡因,水分,绿原酸(chlorogenic acid),产品种类,产地鉴别,品质分级。
(4)木材:组织分析,水分,品质分级。
(5)水果、蔬菜:糖分,酸度,维生素,水分,纤维素,品质分级,成熟程度。
(6)茶叶:水分,茶黄素,油脂,多元酚,氮值,品质分级。
6.3 化工,纺织,化妆品及药品分析
(1)汽油炼制:辛烷值,芳香族,苯,乙醇,蒸馏值,挥发值,添加剂。
(2)高分子及塑料制品:一般物性(密度,粘度,硬度,分子量,结晶度),O H数目,酸数,水分,添加剂,皂化值,共聚合物成分,残余溶剂量,反应动力学测定,乳化反应进程,树脂熟化度,回收塑料品分类,最终成品分级。
(3)药品:主要成分,水分,结晶测试,粉末粒径分析,乙醇,氨基酸,糖分,原料鉴定,不纯物分析,硬度,分解度,观察合成反应,混合程序鉴定,塑料包装鉴别。
(4)化学品:纯度,水分,观察合成反应,原料鉴定,有机盐和无机盐的鉴别。
(5)天然气:烷类成分分析,水分,总热含量。
(6)纺织品与人造纤维:水分,含棉及聚酯比例,共聚合物成分,加工用添加剂,染料,地毯高分子鉴别。
(7)造纸:水分,纸浆顶油酸值,皂比值,纸品添加剂。
(8)化妆品:油脂混合物分析,原料纯度,香料,蜡成分鉴别,均匀程度。
(9)油漆及墨水:原料分析,溶剂纯度,色素品质。
6.4 生物医学分析
(1)血液(全血或血清):血红素携氧量,血糖,尿素,三酸甘油脂,脂肪酸,胆固醇,蛋白质。
(2)细胞病理:癌细胞判别(乳癌,结肠癌,子宫颈抹片等),含水量,温度变化及酸碱度。
(3)发酵反应:乙醇,葡萄糖,乳糖,胺基酸,生物量,细胞密度,甘油,氨,观察反应变化,反应动力学追踪。
(4)微生物或病毒:菌种鉴定。
(5)临床医学:血红素携氧量,心肌蛋白质,尿结石。
6.5 其它应用
(1)土壤分析:有害化学污染物(汽油及芳香族等),含氮量,水分。
(2)刑事鉴定:毒品分析,伪钞鉴定。
(3)化学废弃物:生物处理反应追踪,废弃物含量。
(4)煤炭:水分,灰分,品质分级。
(5)环保:海洋石油污染分析,湖泊有机物富集。
7 国内外有代表性的近红外仪器厂商
(1)A naly tical Spectral Devices(ww https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:快速扫描光栅;应用领域:化学、药物、石化、食品和饮料、纸浆和造纸、纺织品、颜料、烟草。
(2)Bio-Rad(ww https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:F T;应用领域:化学、药物、石化、食品和饮料、纸浆和造纸、纺织品、颜料、烟草、法庭、高分子。
(3)Bomem(ww https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:FT;应用领域:化学、药物、石化、高分子、乳
产品、油和脂肪、肉类。
(4)Bran+Luebbe(w https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:光棚,分立滤光片,AO T F,F T;应用领域:实验室、在线和在位分析、食品、乳品、饮料、谷物、化妆品、化学、药物、石化、纸浆和造纸、纺织品、烟草。
(5)Brimrose(w https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:AO TF;应用领域:食品、乳品、谷物、薄膜、化学、药物、石化、纸浆和造纸、烟草、法庭、高分子、陶器、矿石、溶煤复原。
(6)Bruker O ptics(w https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:F T;应用领域:食品、饮料、高分子、化学、药物、石化、纺织品、再生利用。
(7)FOSS N IRSy stems(w ww.foss-nirsy https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:光栅;应用领域:农产品,牛奶,高分子化学、药物、石化。
(8)Instruments SA(w https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:光栅;应用领域:二极管/光源特性、材料分析、过程控制。
(9)Jasco(w https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:光栅,FT;应用领域:化学、石化、农业、药物。
(10)LECO(ww https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:分立滤光片;应用领域:食品、谷物、药物、石化。
(11)L.T.Industries(https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:光栅;应用领域:药物、食品、化学、石油。
(12)LU M EX(ww https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:F T;应用领域:食品、饲料、谷物。
(13)T hermo Nicole t(ww https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:F T;应用领域:食品、化学、药物、石化、纸浆和造纸、塑料和高分子、颜料和涂料、教学。
(14)M idac(ww https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:F T;应用领域:化学、药物、石化、烟草、颜料。
(15)O cean Optics(w https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:光栅;应用领域:激光和激光二极管特性、光导纤维成分的质量检测。
(16)O ptical Solutions(www.opticalso https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:二极管阵列和分立滤光片;应用领域:过程、实验室化学、石化分析系统。
(17)Orbital Sciences(https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:F T,固定二极管,光栅;应用领域:化学、药物、石化、食品、纸浆和造纸、钢铁、过程开发、研究。
(18)Perkin-Elmer(https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:FT;应用领域:药物、食品、饮料、农业。
(19)Shimadzu(ww https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:光栅,F T;应用领域:光学、滤光片、涂料、镜子、透镜化学、石化。
(20)V arian(https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:光栅;应用领域:材料科学、石化、食品和谷物、药物。
(21)Zeltex(https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,)
仪器类型:分立滤光片;应用领域:药物、石化、食品和谷物。
(22)英贤仪器实业有限公司(IN CE)
仪器类型:光栅,CCD接收;应用领域:主要是石油化工,其次有农业,食品,生物,药物,烟草,纺织,质量监督,冶金。
(23)北京瑞利分析仪器公司
仪器类型:FT;应用领域:农业科学、石油、化工、生物、医药、食品等行业。
(24)北京天大公司
仪器类型:A OT F;应用领域:医药,食品,石油化工,纺织品,农业等领域;对产品的成分进行定性或者定量分析,也可作为传感器应用于工业生产的闭环过程控制。
参考文献
1 周学秋,朱雨杰.现代傅立叶变换近红外光谱仪器技术及应用.布鲁克光谱仪器公司,2001.10
2 Henry C M.Anal chem,1999,71(17):
3 陆婉珍.现代仪器,2000,(3):36
4 赵环环,严衍禄.现代科学仪器,1999,(3):61
5 Baughmano E H et al.A merican Labora tory,1989,(10): 6 田地,金钦汉.分析仪器,2001,(3):39
7 袁洪福,陆婉珍.现代光谱分析常用的化学计量学方法.
http://ww https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,/fbwzh/jsff.html,2001
8 Minjin K im et https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,puters and Chemical Engineering, 2000,1(24):513-517收稿日期:2002-04-19
高荣强,男,1976年出生,1998年西安交通大学电信学院生物医学工程系本科毕业,现为天津大学精密仪器与光电子工程学院在读硕士,主要从事近红外光谱分析研究工作。
Principles and applications of modern near infrared spectroscopic techniques.Gao Rongqiang,Fan Shi fu(College of Preci-sion Instruments and Opto-electronics Engineering,Tianjin University,Tianjin,300072)
T he brief history,w orking principles,technical characteristics,classification and construction of near infrared spectrometers are described.T he fields of applications and the major manufacturers are listed for reference.
红外光谱分析概述（上） 1．红外光谱 红外光谱是反映红外辐射强度或其他与之相关性质随波长（波数）变化的谱图。目前，它是一种被广泛应用于研究表征物质的化学组成，在分子层次上的结构及分子间相互作用的有力手段。红外射线发现于1800年，在用普通温度计测量可见光谱的温度效应时，在红光一端的外侧观察到有较强的热效应。后来，实验证实了这是由一种肉眼看不见、波长比红光更长的电磁辐射所造成的，这种电磁辐射被称为红外光。通常将红外辐射的波长范围定为0.8～1000微米，并可粗略地分为三个波段：（1）近红外的波段为0.8～2.5微米，波数为12500～4000厘米-1；（2）中红外的波段为2.5～25微米，波数为4000～400厘米-1；（3）远红外的波段为25～1000微米，波数为400～10厘米，目前，实验上已能测定到2500微米，波数为4厘米-1。相应地有近红外光谱、中红外光谱和远红外光谱。 红外光谱的形式虽然多种多样，从本质上可分为发射光谱和吸收光谱两大类。物体的红外发射光谱是指样品在通过受激或自发辐射的条件下，所发射的红外光的强度随波长(波数)变化的光谱图，红外发射光谱主要决定于物体的温度和化学组成。吸收光谱是指样品对红外辐射的吸收能力随波长(波数)变化的光谱图，在实验上，使红外光与样品发生相互作用，测定红外光与物质相互作用前后光强的变化与波长(波数)之间的关系, 称红外吸收光谱。 2．分子的振动和转动光谱 对于分子体系而言，其振动和转动是量子化的，其能级差所对应的光子的波长落在红外光范围，因此是红外光谱(拉曼光谱)的主要研究对象。研究指出，红外光谱的研究范围不仅仅局限于分子的振动、转动跃迁，某些特殊体系的电子能级跃迁亦可能落在红外光谱波段范围内，例如，超大规模共轭体系的电子跃迁、某些稀土离子的f-f能级跃迁等等。不过目前绝大多数的红外光谱研究工作仍集中于分子的振动能级跃迁上，以最简单的双原子为例，其振动吸收Eν可近似地表示为： 式中h为普朗克常数；ν为振动量子数（取正整数）；n0为简谐振动频率。当ν=0时，分子的能量最低，称为基态。处于基态的分子受到频率为n0的红外射线照射时，分子吸收了能量为n0的光量子，跃迁到第一激发态，得到频率为n0的红外吸收带, 它称为分子振动的基频。反之，处于该激发态的分子也可发射频率为n0的红外射线而恢复到基态。n0的数值决定于分子的约化质量μ和力常数κ： κ决定于原子的核间距离、原子的特性和化学键及键级等。 在多原子分子体系中，各原子在平衡位置附近作相对运动。这些振动方式可以被分解为各种简正振动的线性组合，所谓简正振动就是指分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简揩振动。含N个原子的非线分子有3N-6个简正振动方式；线性分子有3N－5种简正振动方式。 对于分子的转动而言，往往可以假定分子为刚性转子，则其转动能量Er为： 红外光谱分析概述（中）
红外光谱分析仪基础知识 前言 (2) 第一章红外光谱法及相关仪器 (4) 一. 红外光谱概述 (4) 1. 红外光区的划分 (4) 2. 红外光谱法的特点 (5) 3. 产生红外吸收的条件 (5) 二. 红外光谱仪 (6) 1. 红外光谱仪的主要部件 (6) 2. 红外光谱仪的分类 (9) 3. 红外光谱仪各项指标的含义 (12) 三．红外光谱仪的应用 (15) 四．红外试样制备 (16) 四．红外光谱仪的新进展 (17)
前言 分析仪器常使用的分析方法是光谱分析法，光谱分析法可分为吸收光谱分析法和发射光谱分析法，而吸收光谱分析法又是目前应用最广泛的一种光谱分析方法：它包括有核磁共振，X射线吸收光谱，紫外-可见吸收光谱，红外光谱，微波谱，原子吸收光谱等。但最常用的则是原子吸收光谱、紫外-可见吸收光谱和红外光谱，这些方法的最基本原理是物质（这里说物质都是指物质中的分子或原子，下同）对电磁辐射的吸收。还有拉曼光谱和荧光光谱，也是比较常用的手段，它们的原理是基于物质发射或散射电磁辐射。其实物质与电磁辐射的作用还有偏振、干涉、衍射等，由此发展而成的是另外一系列的仪器，如椭偏仪、测糖仪、偏光显微镜、X射线衍射仪等等，这些仪器都不是基于光谱分析法，不是我们介绍的重点。 吸收光谱可分为原子吸收光谱和分子吸收光谱。当电磁辐射与物质相互作用时，就会发生反射、散射、透射和吸收电磁辐射的现象，物质所以能够吸收光是由物质本身的能级状态所决定的。例如原子吸收可见光和紫外光，可以使核外电子由基态跃迁到激发态，相应于不同能级之间的跃迁都需吸收一定波长的光。因此，如有一波长连续的光照射单原子元素的蒸气（如汞蒸气、钠蒸气等），将会产生一系列的吸收谱线。由于在一般情况下原子都处于基态，通常只有能量相当于从基态跃迁到激发态的所谓主系谱线出现在原子的吸收光谱中。 而分于吸收光谱则比较复杂。它们不是分立的谱线而是许多吸收带。因为每一个分子的能量包括三部分，即分子的电子能量、振动能量和转动能量。每一种能量都是量子化的。当电子有一种能级跃迁到另一能级时，可能同时还伴有振动能级和转动能级的跃迁。应此分子吸收光谱是一系列的吸收带。通常引起原子或分子中外层价电子的跃迁需要1.5-8.0ev的能量，其相应的辐射波长在 150nm-800nm之间，这是紫外－可见吸收光谱的波长范围。引起振动跃迁或振动－转动跃迁的能量是0.05-1.2ev，相应的辐射波长在1.0-25μm之间，这是红外光谱的范围。
常用色谱和光谱分析方法和技术 色谱分析、光谱分析以及两谱联用技术，构成了药物分析学科领域中最主要和最基本的研究手段和方法，应用日趋广泛，发展十分迅速，新颖方法层出不穷。 新近常用的色谱分析方法： 一、胶囊色谱(Micellar Chromatography,MC)又称拟相液相色谱或假相液相色谱(Pseudophase LC)，是一种新型的液相色谱技术。特点是应用含有高于临界胶囊（或称胶束，微胞等）浓度的表面活性剂溶液作为流动相。所谓“胶囊”就是表面活性剂溶液的浓度超过其临界胶囊浓度(Critical Micelle Concentration,CMC)时形成的分子聚合体。通常每只胶囊由n个（一般为25～160个）表面活性剂单体分子组成，其形状为球形或椭圆球形。在CMC值以上的一个较大浓度范围内，胶囊溶液的某些物理性质（如表面张力、电导等等）以及胶囊本身的大小是不变的。构成胶囊的分子单体与溶液中自由的表面活性剂的分子单体之间存在着迅速的动态平衡。通常有正相与反相两种胶囊溶液。前者是由表面活性剂溶于极性溶剂所形成的亲水端位于外侧而亲脂端位于内部的胶囊；后者是指表面活性剂溶于非极性溶剂所形成的亲水端位于核心而亲脂基位于外面的胶囊。被分离组分与胶囊的相互作用和被分离组分与一般溶剂的作用方式不同，并且被分离组分和两种胶囊的作用也有差别。改变胶囊的类型、浓度、电荷性质等对被分离组分的色谱行为、淋洗次序以及分离效果均有较大影响。胶囊色谱就是充分运用了被分离组分和胶囊之间存在的静电作用、疏水作用、增溶作用和空间位阻作用以及其综合性的协同作用可获得一般液相色谱所不能达到的分离效果。适用于化学结构类似、性质差别细微的组分的分离和分析，是一种安全、无毒、经济的优越技术。 （一）原理：胶囊溶液是一种微型非均相体系(Microheterogenous system)。在胶囊色谱中，分离组分在固定相与水之间、胶囊与水相之间以及固定相与胶囊之间存在着分配平衡。组分的洗脱得为取决于三相之间分配系数的综合作用；同时定量地指出分离组分的容量因子k'的倒数值与胶囊浓度成正比，一般增加胶囊浓度即可获得较佳的分离效果。 （二）方法特点：与传统液相色谱的最大区别在于胶囊色谱流动相是由胶囊及其周围溶剂介质组成的一种微型的非均相体系，而常规流动相是一种均相体系。特点： 1、高度的选择性：因分离组分与胶囊之间存在着静电、疏水以及空间效应的综合作用，只要通过流动相中胶囊浓度的改变，就可使分离选择性获得改善和提高。此外，通过适当固定相以及表面活性剂的选择也可提高分离选择性。 2、便于梯度洗脱：由于表面活性剂的浓度高于CMC后再增大浓度时，溶液中仅胶囊的浓度发生改变，而表面活性剂单体分子的浓度不变，不影响流动相与固定相的平衡过程，因而比传统的梯度洗脱技术大大缩短了分析时间，并减少了流动相的消耗，适用于常规。 3、提高检测灵敏度：胶囊流动相可增加某些化合物的荧光强度，从而提高检测灵敏度。还可稳定某些化合物在室温条件下发生的液体磷光。 4、因分离组分不易分出，故缺点是柱效低且不适于制备分离。 （三）常用表面活性剂：常用的阳离子表面活性剂主要有：溴化或氯化十六烷基三甲铵(Cetyl trimethyl ammonium bromide or chloride,CTMAD或CTMAC)；阴离子表面活性剂有十二烷基硫酸钠(SDS)；非离子表面活性剂有Brij-35即(聚氧乙烯)35-十二烷基醚。 二、手性分离色谱(Chiral Separation Chromatography,CSC) 是采用色谱技术(TLC、GC和HPLC)分离测定光学异构体药物的有效方法。由于许多药物的对映体(Enantiomer)之间在药理、毒理乃至临床性质方面存在着较大差异，有必要对某些手性药物进行
近红外光谱分析及其应用简介 1、近红外光谱分析及其在国际、国内分析领域的定位 近红外光谱分析是将近红外谱区（800-2500nm）的光谱测量技术、化学计量学技术、计算机技术与基础测试技术交叉结合的现代分析技术，主要用于复杂样品的直接快速分析。近红外分析复杂样品时，通常首先需要将样品的近红外光谱与样品的结构、组成或性质等测量参数（用标准或认可的参比方法测得的），采用化学计量学技术加以关联，建立待测量的校正模型；然后通过对未知样品光谱的测定并应用已经建立的校正模型，来快速预测样品待测量。 近红外光谱分析技术自上世纪60年代开始首先在农业领域应用，随着化学计量学与计算机技术的发展，80年代以来逐步受到光谱分析学家的重视，该项技术逐渐成熟，90年代国际匹茨堡会议与我国的BCEIA等重要分析专业会议均先后把近红外光谱分析与紫外、红外光谱分析等技术并列，作为一种独立的分析方法；2000年PITTCON 会议上近红外光谱方法是所有光谱法中最受重视的一类方法，这种分析方法已经成为ICC（International Association for Cereal Science and Technology国际谷物科技协会）、AOAC(American Association of Official Analytical Chemists美国公职化学家协会)、AACC（American Association of Cereal Chemists美国谷物化学家协会）等行业协会的标准；各发达国家药典如USP(United States Pharmacopoeia美国药典)均收入了近红外光谱方法；我国2005年版的药典也将该方法收入。在应用方面近红外光谱分析技术已扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等领域。发达国家已经将近红外方法做为质量控制、品质分析和在线分析等快速、无损分析的主要手段。 我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，上世纪70年代开始，进行了近红外光谱分析的基础与应用研究，到了90年代，石化、农业、烟草等领域开始大量应用近红外光谱分析技术，但主要是依靠国外大型分析仪器生产商的进口仪器。目前国内能够提供完整近红外光
Antaris II傅立叶变换近红外分析仪 Antaris II是ThermoFisher分子光谱部（Nicolet）推出的最新一代专业傅立叶变换近红外光谱系统，该仪器为制药、高分子、化工化学、烟草、农业食品等领域的样品分析提供了全新、可靠、快速方便的分析工具。 1．新的设计理念和标准 y结构化的模块设计，即一台仪器上可同时集成积分球漫反射、透射、光纤探头、漫透射检测模块，各检测模块采用各自独立的高灵敏度InGaAs检测器； y建立在高可靠性和稳固性基础上的高性能 y强调高重现性，包括系统自身重现性和系统间重现性（模型数据资源共享） y高适应能力，可用于实验室，也可用于工厂车间，灵活的发挥NIR技术的优势 2．优越性 y建立在Nicolet成熟和先进的傅立叶红外制造工艺和严格的认证标准基础上 y采用Nicolet专利的电磁式动态准直干涉仪技术 y精密对针定位的光学部件封装技术，免调整的永久准直 y波长准确性、重现性、系统间重现性等方面具备目前最高性能指标 y Antaris是第一个采用结构化模块设计技术的近红外仪器， Antaris II还具备同时检测药片/凝胶等样品的透射光谱和漫反射光谱的能力 y所有检测模块，包括光纤探头均能自动采集背景 y在仪器维护方面为用户考虑得更为周全，其光源只需用户自己从外部更换，且更换
后无需任何光路调整 y全新工业标准的RESULT操作系统软 件，其管理模式、拓展能力、操作方 便性、规范性均非常规实验室软件能 比 y独立的光谱化学计量学软件TQ Analyst，将复杂的数据处理和分析程 序化，将强大灵活的数据处理技术融 于直观友好的图形化界面和随处可见 的自动优化及帮助信息中 y Antaris II采用的是开放式的数据格 式，能够将各家公司的光谱数据直接 转移到其软件中 3．硬件技术 ①.干涉仪： y采用尼高力最先进的高光通量自动调整和高速动态准直(每秒13万次)技术的DSP 电磁式干涉仪，具有超高检测稳定性、可靠性和精度，是目前作为傅立叶近红外仪 器心脏部件最先进的技术； y采用CaF2分束器，在近红外光谱图的一、二、三倍倍频和合频区域(光谱范围12000-3800cm-1或833-2631nm)具有更高的能量分布。 ②.光学台： y所有光学镜面采用专利的STONEHENCE合金模块化镜面设计，光学镜面在整体合金座上用金刚石精密抛光形成，光路传输效率更高； y所有光学器件精密对针定位，完全不需要任何光路调整，具有极高的重复性、热稳定性和可靠性； y严格的系统间元器件公差限制和工艺精 度要求，是卓越模型转移精度的保证。 ③.检测器：所有采样模块均有自己独立的高 灵敏度InGaAs检测器。 ④.电子控制技术： y仪器与电脑间高速USB接口，更方便可 靠； y可通过OPC或PLC技术与实验室信息管 理系统如LIMS或工业控制系统如DCS 进行数据交换。
【导语】近几年，随着化学计量学、光纤和计算机技术的发展，在线近红外光谱分析技术正以惊人的速度应用于包括农牧、食品、化工、石化、制药、烟草等在内的许多领域，为科研、教学以及生产过程控制提供了一个十分广阔的使用空间。那么今天我们一起走入下文了解一下关于近红外光谱仪。 【近红外光谱仪注意事项】 由于近红外光在常规光纤中有良好的传输特性，且其近红外光谱仪较简单、分析速度快、非破坏性和样品制备量小、几乎适合各类样品（液体、粘稠体、涂层、粉末和固体）分析、多组分多通道同时测定等特点，近红外光谱仪成为在线分析仪表中的一枝奇葩。近红外光谱仪的一个重要特点就是技术本身的成套性，即必须同时具备三个条件： （1）各项性能长期稳定的近红外光谱仪，是保证数据具有良好再现性的基本要求； （2）功能齐全的化学计量学软件，是建立模型和分析的必要工具； （3）准确并适用范围足够宽的模型。 这三个条件的有机结合起来，才能为用户真正发挥作用。因此，在购买仪器时必须对仪器提供的模型使用性有足够的认识，特别避免个别商家为推销仪器所做的过度宣传的不良诱导，为此付出代价的厂家有之，因此，一定要对厂家提供模型与技术支持情况有详细了解。 【近红外光谱仪厂家】
山东润通科技有限公司是一家致力于环境在线监测系统、数据采集传输系统、大数据云智慧平台的研发、生产、销售及技术服务为一体的高新技术企业、双软认证企业。 公司拥有多项自主知识产权与完善的体系认证，主要产品有RAIN-VI系列VOCs在线监测系统、水质在线监测系统，R-I7000系列数据采集传输系统，润通云智慧平台。 润通人本着“更用心更专业”的服务理念，为客户提供满意的产品和服务，为员工创造良好的工作和生活环境，为社会做出贡献。为改善人类环境而努力奋斗。山东润通科技有限公司是一家致力于环境在线监测系统、数据采集传输系统、大数据云智慧平台的研发、生产、销售及技术服务为一体的高新技术企业、双软认证企业。 公司拥有多项自主知识产权与完善的体系认证，主要产品有RAIN-VI系列VOCs在线监测系统、水质在线监测系统，R-I7000系列数据采集传输系统，润通云智慧平台。 润通人本着“更用心更专业”的服务理念，为客户提供满意的产品和服务，为员工创造良好的工作和生活环境，为社会做出贡献。为改善人类环境而努力奋斗。
红外光谱仪的应用 (陕西科技大学材料科学与工程学院西安任莹莹710021) 摘要：傅里叶转换红外光谱(FTIR)是一种用来获得吸收，射出光电导性或固体，液体或气体的拉曼散射的仪器。本文将从红外光谱仪的使用原理，样品制备，结果分析等几个方面对红外光谱仪进行介绍。 关键字：FTIR，原理，样品制备，结果分析 The Application of Infrared Spectrometer (School of Materials Science and Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an Ren yingying 710021) Abstract:Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) is a kind of instrument, which is used to get absorbed, penetrate photoconductivity or solid, liquid or gas Raman scattering. This article from the principle of the use of infrared spectrometer, sample preparation, the analysis of several aspects, such as the infrared spectrometer is introduced. Key words: FTIR, principle, sample preparation, analysis of the results 一、原理 红外线是波长介于可见光和微波之间的一段电磁波。红外光又可依据波长范围分成近红外、中红外和远红外三个波区，其中中红外区（2.5—5μm；4000—400cm-1）能很好地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的特征，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而中红外区是红外光谱中应用最广的区域，一般所说的红外光谱大都是指这一范围。 红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度。如图1，辛烷的红外光谱图，纵坐标为透过率，横坐标为波长λ(μm )或波数(cm-1)。
红外光谱分析技术及其应用（作者： _________ 单位：___________ 邮编： ___________ ） 作者：范雪芳徐淼侯晓涛王帅李洪宇张丽华 【摘要】红外光谱（IR）分析技术是一门发展迅猛的高新技术，与传统分析技术相比，红外光谱分析技术具有分析速度快，样品用量少，无破坏无污染等特点。红外光谱测定的是物质中分子的吸收光谱，不同的物质会有其特征指纹的特性，利用红外指纹图谱技术对中成药进行质量鉴定与分析，借助计算机和模式识别等技术，以综合的、宏观的、非线性的分析理念和质量控制模式来评价中药的真伪优劣 【关键词】红外光谱；红外指纹图谱技术 【Abstract ] Infrared spectrum （IR） is a fast developing newly tech no logy. Comparedwith traditi onal an alysis tech no logy, IR possesses characters of fast analysis, little sample, no breach and no pollution. IR measures the absorption spectrum of molecule, and different substances have different fingerprint patter ns. Thus, IR tech no logy can be applied to detect and an alyze the quality of traditi onal Chin ese drug. Using the computer, pattern recognition and so on, we can estimate if
第30卷 第3期2009年3月 仪器仪表学报 Chinese Journal of Scientific I nstru ment Vol 130No 13Mar .2009 收稿日期:2008202 Received Date:2008202 3基金项目:国家自然科学基金(50574035)、浙江省重大应用电子技术和新型电子元器件专项(2007C11091)、浙江省自然科学基金人才基金 (R104315)资助项目 在线近红外光谱分析仪的研制及应用 3 叶华俊 1,2 ,刘立鹏2,夏阿林1,张学峰2,王健 1 (1 杭州电子科技大学电子信息学院 杭州 310018; 2 聚光科技(杭州)有限公司 杭州 310052) 摘 要:针对过程分析应用领域,研制了一种在线近红外光谱分析仪。详细描述了该仪器系统的主要组成结构,展现各模块 功能特点。对该仪器进行性能测试,结果显示该分析仪性能稳定,超过了USP1119(美国国家药典)规定的指标要求。实验室中的汽油样本建模实验和现场的重烷基苯与白糖应用结果表明,该仪器具有响应速度快、建模能力强、预测精度高、可同时预测多种组分、使用维护方便、维护成本低和可靠性高等优点,能够适应各种复杂的应用环境。关键词:近红外;光谱分析;在线 中图分类号:TG115.3 文献标识码:A 国家标准学科分类代码:460.40 D evelop m en t and appli ca ti on of on 2li n e near i n frared spectroscopy ana lyzer Ye Huajun 1,2 ,L iu L i peng 2,Xia A lin 1,Zhang Xuefeng 2,W ang J ian 1 (1E lectronic Infor m ation College ,Hangzhou D ianzi U niversity,Hangzhou 310018,China; 2Focused Photonics (Hangzhou ),Inc .,Hangzhou 310052,China ) Abstract:An on 2line near infrared s pectr oscopy analyzer was devel oped f or p r ocess analysis app licati ons .The fea 2tures and configurati on of the analyzer are described in detail .The perf or mance tests reveal that the analyzer perf or m s well and meets the require ments of USP1119.Further more,the analyzer has been successfully app lied t o laborat ory and field .App licati on results de monstrate that the analyzer has the merits of fast ti m e res ponse,excellent modeling capability,high accuracy and l ow maintenance cost,and can deal with comp lex industrial envir onment .Key words:near infrared;s pectr oscopy analysis;on 2line 1 引 言 近红外光谱区域按AST M 定义是指波长在780～2526n m 之间电磁波。这一区域兼备了可见光区信号容易获取与红外光区光谱分析信息量丰富两方面的优点。由于近红外区的倍频与合频吸收强度弱,光谱谱带宽而复杂,重叠严重,在早期限制了近红外光谱技术的应用。光电与计算机技术的不断发展,特别是化学计量学在分析领域的广泛应用,大大 推动了近红外分析技术的发展[1] 。 近红外光谱分析技术被誉为“多快好省的绿色 分析技术”,是最符合目前工业生产需求的一种分析技术,在发达国家被广泛应用于大型工业生产过程的在线分析。在线近红外光谱分析技术主要具有以下优势:1)仪器简单,分析速度快;2)无浪费、无污染,容易实现无损和在线检测;3)适应性广,几乎适合各类样品(液体、粘稠体、涂层、粉末和固体)分析;4)多组分多通道同时测定;5)可使用光纤,实现远程分析检测。基于以上优点,近红外光谱分析已成为现代过程分析中的主流技术之一。 经济的快速发展,必将导致生产模式由粗放型
近红外光谱技术在药物分析中的应用 1·前言 近红外光谱分析技术是分析化学领域迅猛发展的高新分析技术，越来越引起国内外分析专家的注目，在分析化学领域被誉为分析“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。 近红外（NIR）谱区是人类认识最早的非可见光谱区，波长范围在0.75—2.5 m之间，用波数表示时则在13330—4000cm-1之间。由于近红外的吸收谱带复杂，谱峰重叠，信号弱，在分析上难以应用，长期以来没有受到人们的重视。近十多年来，随着近红外仪器的改良，新的光谱理论和光度分析方法的建立，特别是计算机技术和化学计量学的广泛应用和迅速发展，使近红外光谱技术成为目前发展最快、最引人注目的分析技术，并以其简单快速、实时在线、无损伤无污染分析等特点，在复杂物质的分析上得到广泛应用。在包括制糖和制药的许多与化学分析和品质管理有关的行业中的应用前景极其广阔。 关于近红外光谱技术在制药行业中应用的文献报道越来越多，显示了近红外光谱技术在制药领域中越来越受到人们的重视。近红外光谱分析具有的快速实时、操作简单、无损伤测定、不受样品状态影响的特点很符合药物分析的要求。因此，在制药业中原料药的分析、药物制剂中水分、有效成分的分析、药物生产品质的过程控制等方面近红外光谱技术得到了十分广泛的应用。 2·光谱介绍 近红外光是介于可见光和中红外光之间的电磁波，根据ASTM（美国试验和材料检测协会）定义是指波长在780～2526nm范围内的电
磁波，习惯上又将近红外区划分为近红外短波（780~1100nm）和近红外长波（1100~2526nm）两个区域。 近红外光谱属于分子振动光谱的倍频和主频吸收光谱，主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，具有较强的穿透能力。近红外光主要是对含氢基团X－H（X=C、N、O）振动的倍频和合频吸收，其中包含了大多数类型有机化合物的组成和分子结构的信息。由于不同的有机物含有不同的基团，不同的基团有不同的能级，不同的基团和同一基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸收波长都有明显差别，且吸收系数小，发热少，因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效的载体。近红外光照射时，频率相同的光线和基团将发生共振现象，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子；而近红外光的频率和样品的振动频率不相同，该频率的红外光就不会被吸收。因此，选用连续改变频率的近红外光照射某样品时，由于试样对不同频率近红外光的选择性吸收，通过试样后的近红外光线在某些波长范围内会变弱，透射出来的红外光线就携带有机物组分和结构的信息。通过检测器分析透射或反射光线的光密度，就可以确定该组分的含量。 3·近红外光谱技术在制药业中的应用 3·1 原料和活性组分的测定 药物加工过程中第一步就是原料的鉴定，其质量的好坏直接决定后续加工过程的成败于否，而同一类型的原料中多变因素主要是湿度和颗粒大小，近红外光谱在湿度测定中的灵敏度及其适于固体表面的表征的特性，使他能够很快地得到样品的湿度和颗粒大小的信息，然
红外光谱法的特点和应用1.红外光谱法的一般特点特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样、分析灵敏度较低、定量分析误差较大2.对样品的要求①试样纯度应大于98％，或者符合商业规格?这样才便于与纯化合物的标准光谱或商业光谱进行对照?多组份试样应预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱互相重叠，难予解析②试样不应含水（结晶水或游离水）水有红外吸收，与羟基峰干扰，而且会侵蚀吸收池的盐窗。所用试样应当经过干燥处理③试样浓度和厚度要适当使最强吸收透光度在5～20%之间 3.定性分析和结构分析红外光谱具有鲜明的特征性，其谱带的数目、位置、形状和强度都随化合物不同而各不相同。因此，红外光谱法是定性鉴定和结构分析的有力工具①已知物的鉴定将试样的谱图与标准品测得的谱图相对照，或者与文献上的标准谱图（例如《药品红外光谱图集》、Sadtler标准光谱、Sadtler商业光谱等）相对照，即可定性使用文献上的谱图应当注意：试样的物态、结晶形状、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应与标准谱图相同②未知物的鉴定未知物如果不是新化合物，标准光谱己有收载的，可有两种方法来查对标准光谱：A.利用标准光谱的谱带索引，寻找标准光谱中与试样光谱吸收带相同的谱图B.进行光谱解析，判断试样可能的结构。然后由化学分类索引查找标准光谱对照核实解析光谱之前的准备：?了解试样的来源以估计其可能的范围?测定试样的物理常数如熔沸点、溶解度、折光率、旋光率等作为定性的旁证?根据元素分析及分子量的测定，求出分子式?计算化合物的不饱和度Ω，用以估计结构并验证光谱解析结果的合理性解析光谱的程序一般为：A.从特征区的最强谱带入手，推测未知物可能含有的基团，判断不可能含有的基团B.用指纹区的谱带验证，找出可能含有基团的相关峰，用一组相关峰来确认一个基团的存在C.对于简单化合物，确认几个基团之后，便可初步确定分子结构 D.查对标准光谱核实③新化合物的结构分析红外光谱主要提供官能团的结构信息，对于复杂化合物，尤其是新化合物，单靠红外光谱不能解决问题，需要与紫外光谱、质谱和核磁共振等分析手段互相配合，进行综合光谱解析，才能确定分子结构。④鉴定细菌，研究细胞和其它活组织的结构 4.定量分析红外光谱有许多谱带可供选择，更有利于排除干扰。?红外光源发光能量较低，红外检测器的灵敏度也很低，ε＜103?吸收池厚度小、单色器狭缝宽度大，测量误差也较大☆对于农药组份、土壤表面水份、田间二氧化碳含量的测定和谷物油料作物及肉类食品中蛋白质、脂肪和水份含量的测定，红外光谱法是较好的分析方法 文章链接：中国化工仪器网https://www.doczj.com/doc/3818164823.html,/Tech_news/Detail/4266.html 2.液体样品测试 液体样品是我们红外测试中最常见的样品，定性或定量分析样品中的成分。液体样品测试方法有： ?液体涂膜法，直接将液体样品涂在盐片上测试。该方法仅适合于定性分析；也可以将液体样品涂在其中一片盐片上，将另一个盐片压上去，测试。该方法适合于易挥发的液体样品； ?液体池法，将液体样品用注射器注入液体池测试。该方法适合于定性定量分析； ?ATR法，将液体样品直接滴在ATR晶体表面，用ATR技术测试。该方法适合于定性、半定量分析。 对于吸收光谱来说，吸光度符合比尔定律： A=a×b×c 其中：A，样品的吸光度
近红外光谱仪器比较 一 基本构成 近红外光谱仪的光学部分由：光源、分光系统、测样附件和检测器等部分构成。 （１）光源 近红外光谱仪器最常用的光源是卤钨灯，性能稳定，价格也相对较低。发光二 极管ＬＥＤ是一种新型光源，波长范围可以设定，线性度好，适于在线或便携式 仪器。 （２）测样附件：液体多使用透射式测量池，也可采用透射式光纤探头。 （３）检测器：可分为 单点检测器和阵列检测器 金陵石化汽油调和的是单点检测器。 在短波区域多采用Ｓｉ检测器或ＣＣＤ阵列检测器。 在长波区 多采用ＰｂＳ 或 ＩｎＧａＡｓ 或其阵列检测器。ＩｎＧａＡｓ 检测器的响应速 度快，信噪比和灵敏度高，但响应范围相对较窄，价格也较贵。ＰｂＳ 检测器的 响应范围较宽，价格约为ＩｎＧａＡｓ检测器的１／５，但其响应呈较高的非线性。为 了提高检测器的灵敏度，扩展响应范围，在使用时往往采用半导体或液氮制冷， 以保持较低的恒定温度。 二 光谱仪的类型 色散型光谱仪由于固有的缺点：扫描速度慢、分辨率低、信噪比低、重复性差。 检测器的作用：检测光通过样品后的能量。选用检测器要满足下面三点要求： （１）具有较高的检测灵敏度（２）快的响应速度（３）较宽的测量范围 按单色器分类，市场上存在的ＮＩＲ光谱仪可分为：滤光片型、光栅色散型、傅里叶变换型（ＦＴ）、声光可调滤光器型（ＡＯＴＦ）四类。 除采用 单色器 分光外，也有仪器采用多个不同波长的发光二极管作为光源，即 ＬＥＤ型近红外光谱仪。 １．滤光片型 滤光片型仪器采用干涉滤光片进行分光。光学滤光片是建立在光学薄膜干涉原理上的精密光学滤光器件，利用入射和反射之间相位差产生的干涉现象，得到带宽相当窄的单色光，其半波宽可在１０ｎｍ以下，基本能达到单色器的分光质量。 优点：采样速度快、比较坚固、可制造现场分析的手提式仪器。 缺点：只能在单一或少数几个波长下测定，波长数目有限，若样品的基体发生变化，往往会引起较大的测量误差。 ２．光栅扫描型 原理：光源发出的复色光束，经准直后通过入射狭缝，照射到单色器（光栅）上，将复色光色散为单色光，从单色器出射的不同波长单色光的出射角度不同，通过转动光栅按照波长顺序依次通过出射狭缝，与待测样品发生作用后，到达检测器被检测。 优点：结构不复杂、容易制造。与中红外相比，由于近红外光谱仪区可采用高能量的光源和高灵敏度的检测器，其信噪比较高。 缺点：仪器的分辨率较傅里叶变换型仪器稍差，波长的准确性也有所下降。因光栅转动，不利于仪器的稳定性。 光栅型的新进展：基于ＭＥＭＳ（微电子机械系统）开发出来的新型的近红外光谱仪 ３．阵列检测器 固定光路阵列检测器型仪器是２０世纪９０年代发展起来的一种新型的仪器。 原理：此类仪器多采用后分光方式，即光源发出的光首先经过样品，再由光栅分光，光栅不需要转动，经过色散后的光聚焦在阵列检测器的焦面上同时被检测。
光谱分析技术及应用 一、光谱分析的分类 1、原子吸收光谱法——也叫湿法分析。它是以待测元素的特征光波，通过样品的蒸发，被蒸发中的待测元素的基态原子所吸收，由辐射强度的减弱程度，来测定该元素的存在与否和含量多少；通常是采用火焰或无火焰（也叫等离子）方法，把被测元素转化为基态原子。根据吸收光波能量的多少测定元素的含量。 通常原子吸收光谱法是进行仪器定量分析的湿法分析。 2、原子发射光谱法——利用外部能量激发光子发光产生光谱。 看谱分析法就是原始的、也是最经典的利用原子发射光谱的分析方法。看谱分析法在我国工业生产上的使用是在上世纪50年代，58年北京永定机械厂制造了第一台仿苏联技术的看谱仪，随后天津光学仪器厂成为我国大量生产棱镜分光的看谱镜基地。 上世纪80年代起，德国、英国、美国等国家，开始研制采用CCD （Charge Coupled Device电荷耦合器件）技术作为光谱接收器件的直读式定量光谱仪，德国以实验室用大型直读定量光谱仪为主；英国阿朗公司、美国尼通公司以便携式金属分析仪为主打市场。近年来，德国、芬兰等国家研制生产便携式、直读定量光谱仪，分析精度在一定条件下可以替代实验室直读式定量光谱仪。 二、看谱分析的特点 1、操作简便，分析速度快。 2、适合现场操作。
3、无损检测（现场操作情况下无须破坏样品）。 4、检测成本低。是便携式金属分析仪的1/30左右，是便携式直读定量光谱仪的1/40。 5、有一定的灵敏度和准确度。 三、看谱分析的方法： 定性分析方法，所谓定性就是判定分析的元素是否存在的分析。严格的讲定性分析是根据某元素的特征灵敏线的出现与否，来确定该元素是否存在的分析方法。 那么，什么叫灵敏线呢？ 某元素在某几个区域出现的几条与其它元素不同的特征线；或称“在较低含量情况下出现的谱线”，或者说是在某一范围内出现的谱线，叫做灵敏线。 半定量方法就是近似的估计元素含量的方法。 利用谱线进行比较，即通过 亮度比较含量，就是与铁基线进 行比较，含量与亮度的对数成正 比关系。（用来进行比较的铁基线 的亮度应不变。）lgI（谱线强度） 四、看谱分析的一般步骤 1、分析前的准备
现代近红外光谱分析仪工作原理 现代近红外光谱分析仪工作原理 2011年02月08日 20世纪90年代初,外国厂商开始在我国销售近红外光谱分析仪器产品,但在很长时间内，进展不大，其原因主要是：首先，近红外光谱分析要求光谱仪器、光谱数据处理软件（主要是化学计量学软件）和应用样品模型结合为一体，缺一不可。但被分析样品会由于样品产地的不同而不同，国内外的样品通常有差异，因此，进口仪器的应用模型一般不适合分析国内样品。如果自己建立模型，就需要操作人员了解和熟悉化学计量学知识和软件，而外商在中国的代理机构缺乏这方面的专业人才，不能有效地根据用户的需要组织培训，因此，用户对这项技术缺乏全面了解，影响到了它的推广使用。其次，进口仪器价格昂贵，售后技术服务费用也往往超出大多数用户的承受能力。 现代近红外光谱分析技工作原理 近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。近红外光谱记录的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息，它常常受含氢基团X-H（X-C、N、O）的倍频和合频的重叠主导，所以在近红外光谱范围内，测量的主要是含氢基团X-H振动的倍频和合频吸收。 由于倍频和合频跃迁几率低，而有机物质在NIR光谱区为倍频与合频吸收，所以消光系数弱，谱带重叠严重。因此从近红外光谱中提取有用信息属于弱信息和多元信息，需要充分利用现有的光机技术、电子技术和计算机技术进行处理。计算机技术主要包括光谱数据处理和数据关联技术。光谱数据处理是消除仪器因素（灯及测量方式等）环境因素（如温度等）和样品物态（如颜色、形态等）等对光谱的影响。常采用的方法有平滑、微分、基线漂移扣减、多元散射校正（MSC）和有限脉冲响应滤波（FIR）等也可以用小波变换来进行部分处理。数据关联技术主要是化学计量学方法。化学计量学的发展使多组分分析中多元信息处理理论和技术日益成熟，解决了近红外光谱区重叠的问题。通过关联技术可以实现近红外光谱的快速分析。在近红外光谱的应用中我们所关心的是被测样品的组成或各种物化性质，因此，如何提取这些有用信息是近红外光谱分析的技术核心。现在的许多研究与应用表明，
红外光谱分析 序言 二十世纪初叶，Coblentz发表了一百多个有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。到四十年代红外光谱技术得到了广泛的研究和应用。当今红外光谱仪的分辨率越来越高，检测范围扩展到10000－200cm-1，样品量少至微克级。红外光谱提供的某些信息简捷可靠，检测样品中有无羰基及属于哪一类（酸酐、酯、酮或醛）是其他光谱技术难以替代的。因此，对从事有机化合物为研究对象的化学工作者来说，红外光谱学是必需熟悉和掌握的一门重要光谱知识。 一、基本原理 1、基本知识 光是一种电磁波。可根据电磁波的波长范围分成不同类型的光谱，它们各自反映出物质的不同类型的运动形式。表1列出这些电磁波的波长，其所在区域的光谱名称，以及对应的运动形式。 红外光谱研究的内容涉及的是分子运动，因此称之为分子光谱。通常红外光谱系指2-25μ之间的吸收光谱，常用的为中红外区4000-650cm-1或4000-400cm-1。 这段波长范围反映出分子中原子间的振动和变角振动，分子在振
动运动的同时还存在转动运动。在红外光谱区实际所测得的图谱是分子的振动与转动运动的加合表现，即所谓振转光谱。 每一化合物都有其特有的光谱，因此使我们有可能通过红外光谱对化合物作出鉴别。 红外光谱所用的单位波长μ，波数cm-1。光学中的一个基本公式是λυ= C，式中λ为波长，υ为频率，C为光速(3×1010cm/s)。设υ为波数，其含义是单位长度(1cm)中所含的波的个数，并应具有以下关系：波数(cm-1)＝104/波长(μ) 波长和波数都被用于表示红外光谱的吸收位置，即红外光谱图的横坐标。目前倾向于普遍采用波数为单位，而在图谱上方标以对应的波长值。红外光谱图的纵坐标反映的是吸收强度，一般以透过率(T%)表示。 2、红外光谱的几种振动形式 主要的基本可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。 (1)伸缩振动(υ) 沿着键轴方向伸或缩的振动，存在对称与非对称两种类型。它的吸收频率相对在高波数区。 (2)弯曲振动(δ) 包括面内、面外弯曲振动，变角振动，摇摆振动等。它的吸收频率相对在低波数区。 4000cm-1（高）400cm-1（低） 3、红外光谱吸收峰主要的几种类型 (1)基频峰：伸缩振动，弯曲振动产生的吸收峰均为基频峰。 (2)倍频峰：出现在基频峰波数二倍处。如基频为900cm-1，倍频为 1800cm-1。 4、红外光谱吸收峰的强度
仪器分析实验报告 实验名称：红外光谱分析（IR）实验学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工112 姓名：王文标学号11402010233 指导教师：张宗勇 日期：2014.4.29
一、 实验目的 1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法； 2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法； 3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。 二、实验原理 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.75～1000μm 。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.75～2.5μm （波数在13300～4000cm -1），又称泛频区；中红外区：波长在 2.5～50μm （波数在4000～200cm -1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm （波数在200～10cm -1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： )(10)(4 1 cm cm λσ=- 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜，最常用于工业及实验研究领域，如医药鉴别，人造皮革中异氰酸酯基确定等等。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。 根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。 红外光谱仪可分为色散型和干涉型。色散型红外光谱仪又有棱镜分光型和光栅分光型，干涉型为傅立叶变换红外光谱仪（FTIR ），最主要的区别是FTIR 没