近红外光谱分析技术 PPT课件

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一、近红外光谱的定量分析
• (一) 具有代表性的建模样品的收集
• 建模样品为从总体中抽取的有限个(一般是几十个)能代表研究对象总体的适合分析 的样品。 • 代表性指的是同一材料中的不同举型、不同品种、不同来源以及待测组分含量分布 等。
• (二) 建模样品被测组分化学分析值的测定
• 校正模型是由建模样品被测组分的化学值和相关近红外光谱的吸光度或光密度值经 回归得到的，因此模型预测结果的准确性很大程度上取决于标准方法测得的化学值 的稳定性。 • 保证化学值的准确性： • ①选用国际或国内标准方法测定建模样品;②在不同时间测定2-3 个平行样品， 平行样之间的相对误差不能大于方法允许的误差范围；③测定结果建议以干基 含量表示，这样表示的结果不会因空气湿度的变化而波动。
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（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 置：
指该近红外光谱 仪器所能记录的 光谱范围。
波长范围
仪器的 分辨率
波长的 精确度
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指仪器所显示的波长 值和分光系统实际输 出单色光的波长值之 间的相符程度。
波长的 准确度
指对同一样品进行 多次扫描，光谱谱 峰位置间的差异程 度或重复性。
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指仪器对某物质 进行透射或漫反 射测量时，所测 光度值与该物质 真实值之差。
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但在NIR区域，吸收强度弱，灵敏度相对较低，吸收带 较宽且重叠严重，谱带的归属较困难，而且样品浓度、 温度、湿度、氢键形成、样品状态、仪器环境等因素的 变化，对谱带都有显著的影响。导致近红外光谱解析复 杂化，难以获得明确的信息。这是近红外光谱在一段时 间内未得到发展和应用的原因。
因此，依靠传统的建立工作曲线方法进行定量分析是十 分困难的。
光谱测量时不需要对分析样品进行前处理；
分析过程中不消耗其它材料或破坏样品；
分析重现性好、成本低。
对于经常的质量监控是十分经济且快速的，但对于 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。
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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，因此分析范围几乎可覆盖 所有的有机化合物和混合物。加之其独有的诸多优 点，决定了它应用领域的广阔，使其在国民经济发 展的许多行业中都能发挥积极作用，并逐渐扮演着 不可或缺的角色。
(2)近红外光谱分析不是一种直接测定方法， 而是将未知样品测得的光谱通过训练集样品 得到的校正模型来预测其组成或性质。 因此，训练集样品的组成或性质的适用范 围、基础数据的准确性及选择计量学方法的 合理性，都将直接影响最终的分析结果。
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五、近红外光谱定量、定性分析
1.定量分析
用一组已知样品建立光谱数据与性质或组成数据 间的关系。
NIR的特点很适合于在线测定聚合物的结构 信息和动力学参数。 ∗NIR在聚合物合成及加工中的应用：
聚合物的合成与加工过程的控制； 聚合物中添加剂的分析； 聚合物分剂含量测定。
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4. 近红外光谱分析在生命科学与医药中的应用

44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
近红外光谱分析技术4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。

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弯曲振动 – 面外弯曲 (2)
Dedicated Analytical Solutions
2020年5月11日星期一
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光谱理论….
频率 是指单位 时间的振动数目 振幅 是 振动双极的振动距离
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2020年5月11日星期一
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0.6
二级倍频吸收带
0.4
三级倍频吸收带
0.2
合频吸收带
0 700
1000
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2020年5月11日星期一
1300 1600 1900 波长 (纳米)
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2200
2500
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随波长变化的一些因素变化趋势
吸光度
波带叠加 在样品中穿透
700nm
1100nm
光谱理论….
当光能与分子振动能量相匹配时，分子将吸收光能，振 动能级将跃迁为新能级，表征为振动振幅的增加
在新能级时，分子振动频率保持不变
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2020年5月11日星期一
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分子振动能级跃迁
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这些工作为NIR技术在我国农业上的应用提供了大量的基础数 据
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2020年5月11日星期一
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NIR技术已正式列入我国饲料国标
GB /T 18868-2002 饲料中水分、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、赖氨酸、蛋氨 酸、快速测定近红外光谱法

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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
近红外光谱定量分析的八个环节
• （1）样品的选择 • （2）样品近红外谱图的扫描 • （3）谱图的预处理 • （4）样品中各待测成分化学值的测定 • （5）剔除异常值 • （6）分析谱区的选定 • （7）建立模型 • （8）检验与评价模型
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反射光谱法
• 反射光谱分析时，检测器与光源置于待测样品的同一 侧，检测器检测到的分析光是光源发出的作用光投射 到物体后，以各种方式反射回来的光。物体对光的反 射分为规则反射光（镜面反射）与漫反射。规则反射 光指在物体表面按入射角等于反射角的反射定律发生 的反射。漫反射是光投向漫反射体（颗粒或粉末）后， 在物体表面或内部发生的方向不定的反射。
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近红外光谱分析技术
• 定性分析 • 定量分析
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
• 多元线性回归（MLR） MLR方法是从光谱中找出与某 种成分或指标相关显著的几个波长点的吸光度进行多 元回归得到标准方程，预测未知样品。该方法在1985 年以前普遍使用

❖ 相关系数R2：表示样品预测值与理论值的相关程度。
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近红外光谱定量分析的流程与步骤
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❖ 拓扑学方法和ANN方法等常用于非线性关系的 关联。
❖ ANN和PLS方法结合使用，可改善数据关联的 能力。
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建立定量模型的方法
❖ MLR只要知道混合物中某些组分的浓度或性质，就 可以建立复杂体系的校正模型。但是仅适用几个波 长下的光谱数据，常常会丢失许多光谱信息。
❖平滑处理涉及处理窗口的大小，较大的平 滑点数可以使信噪比提高，但同时也会导 致信号的失真。
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多元散射校正MSC
❖ 主要是消除颗粒分布不均匀及颗粒大小产生的散 射影响
❖ 经过散射校正后的光谱有效地消除了原始光谱由 于颗粒度及装样误差所导致的基线平移和非线性
影响
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人参总皂甙近红外光谱及定标建模分析
❖ 中国药典2005版首次收载
附录XIXK 近红外分光光度法指导原则
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NIR的特点
❖分析速度快，分析效率高 ❖适用的样品范围广（液体、固体、半固体和
胶状体） ❖样品一般不需要预处理，分析成本较低 ❖测试重现性好 ❖不破坏样品，应用在活体分析和医药临床领
域 ❖不适合痕量分析以及分散性样品的分析
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二、基本原理
❖ 合频近红外谱带位于2000~2500nm处，一级 倍频位于1400~1800nm处，二级倍频位于 900~1200nm处，三级和四级或更高级倍频 则位于780~900nm处。
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不同化合物基团在近红外区的吸收谱带
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不同化合物基团在近红外区的吸收谱带
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❖分子振动从基态向高能级跃迁时产生的；记录 的主要是含氢基团 C－H、O－H、N－H、S －H的倍频和合频吸收。