常见矿物近红外光谱特征(扬州)

土壤在350-2500nm范围的反射光谱特征及其影响因素土壤在可见光和近红外光谱范围（350-2500nm）的反射光谱特征主要受土壤的组分和结构影响。

这个光谱范围包括了紫外线、可见光和近红外光谱。

土壤的反射光谱特征对土壤性质的研究和监测在农业、地球科学和环境科学等领域都具有重要意义。

主要的土壤反射光谱特征：1.水合铁氧体吸收峰：在400-600nm范围内，土壤中的水合铁氧体（如铁铝土）通常表现为吸收峰，对应于土壤的颜色。

2.有机质吸收：在1900-2500nm范围内，有机质通常表现为一个吸收峰。

这一区域的光谱特征对于土壤中有机质含量的估算很重要。

3.粘土和矿物的吸收特征：在可见光和近红外范围，粘土和矿物质的光谱特征对土壤的矿物成分和结构有所反映。

4.水分吸收：在可见光和近红外范围，水分对土壤的反射光谱有较强的吸收带，因此土壤中水分的变化会影响土壤的反射光谱。

影响土壤反射光谱的因素：1.土壤类型：不同类型的土壤具有不同的矿物质成分和有机质含量，因此其反射光谱特征也不同。

2.土壤湿度：土壤湿度的变化会影响土壤中水分的含量，从而影响反射光谱。

3.土壤质地：砂壤、壤土和黏土在反射光谱上的特征也有所不同，与土壤的质地密切相关。

4.土壤有机质：有机质含量高的土壤在近红外光谱区域具有更显著的吸收带。

5.土壤pH：土壤pH的变化也会对反射光谱产生一定的影响。

6.植被覆盖：土壤表面的植被覆盖对反射光谱有一定的掩蔽效应，需要进行去除或修正。

这些因素的相互作用导致了土壤在350-2500nm范围内复杂而多样的反射光谱特征。

研究土壤反射光谱可以帮助科学家更好地了解土壤的性质，支持土地管理、农业生产和环境监测等应用。

常见矿物药近红外漫反射光谱特征归纳与分析结合前期研究工作，对51种不同阴离子类型的常见矿物药的近红外漫反射光谱（near infrared diffuse reflectance spectrometry，NIR）特征谱段进行归纳和解析，并参考矿物学和地质学文献，确定矿物类中药NIR 特征谱段的归属，为其NIR快速鉴别提供理论依据。

结果表明，矿物药的NIR特征主要在8 000～4 000 cm-1，归属于矿物药中所含的水、羟基（OH）及碳酸根[CO2-3]等基团。

水峰具有一定的规律性：一般结构水与OH基团在7 000 cm-1附近有组合峰，尖锐而强，结晶水在7 000，5 100 cm-1附近有2个强峰，吸附水只在5 100 cm-1附近有宽峰。

不同类型矿物药中水的存在形式不同，含量不同，水峰特征不同，据此可用于矿物药的鉴别。

硫酸盐类矿物药多含结晶水，硅酸盐类多含结构水，而碳酸盐类中以吸附水为主，因此，以阴离子类型对矿物药进行分类在NIR分析中具有合理性。

此外，由于某些矿物药所含的阳离子类型、杂质种类以及结晶性和晶型存在差异，在4 600～4 000 cm-1谱段存在专属性的NIR特征，主要可归属于AlOH，MgOH，FeOH，SiOH，[CO2-3]等基团的特征吸收。

煅制过的矿物药常伴随水分和主要成分的改变，其NIR特征亦发生变化，可用于其炮制过程的监测。

该文对NIR技术在矿物药分析中的适用性和局限性进行讨论：绝大部分矿物药具有明显的NIR特征谱段，可用NIR作为系统分析的主要方法，少数矿物药的NIR特征峰不明显，如紫石英、朱砂、雄黄等，可尝试应用拉曼光谱进行补充。

这将为矿物药质量控制提供参考。

标签：近红外漫反射光谱；矿物药；特征谱段；快速鉴别矿物类中药是传统中药（包括植物药、动物药和矿物药）的重要组成部分之一。

由于矿物的形态一般较为类似，一种矿物常伴生有其他矿物，所以矿物药（依据形态和成分）的鉴别较为困难，在市场中常有混淆品，加上其品种和用量少，研究较为薄弱，质量标准不够完善。

近红外光谱总结new一、近红外光谱介绍近红外（Near Infrared,NIR）光是指波长介于可见区与中红外区之间的电磁波，其波长范围约为800~2500nm，波数范围约为12500~4000cm-1，（波数=104/波长）。

近红外光谱分析是指利用近红外谱区包含的物质信息，主要用于有机物质定性和定量分析的一种分析技术。

特定化学基团有其特定的基频频率，称为指纹吸收带。

基团伸缩振动引起的基频吸收带（指纹吸收带）一般位于中红外区，特定的基团对应特定的吸收光谱，所以运用中红外光谱可以定性和定量分析组分成分和含量。

但是中红外只能用于静态测量，样品要求极薄，不适用于在线测量。

基团伸缩振动引起的基频吸收带一般位于中红外区，而基团伸缩振动引起的泛频，又称倍频（如第一、第二甚至更高）一般位于近红外区，伸缩振动和弯曲振动的组频（又称合频）吸收带一般也位于近红外区。

近红外光谱分析的信息与信号：近红外光谱的信息源是分子内部原子间振动的倍频与合频。

该谱区信号的频率比中红外谱区高，介于中红外谱区和可见谱区之间。

但近红外法的检测低限不如中红外定量分析，约为10-3~10-4，（一般要求成分含量不能低于0.1%）不适宜做含量过低的样品、微量样品的分析。

近红外光谱（NIR）作为一种分析手段，可以测定有机物以及部分无机物。

这些物质分子中化学键结核的各种基团（如O —H 、C=O 、N-H 、C-H ）的伸缩、振动、弯曲等运动都有它固定的振动频率。

当分子受到红外线照射时，被激发产生共振，同时光的能量一部分被吸收，测量其吸收光，可以得到极为复杂的图谱，这种图谱表示被测物质的特征。

不同物质在近红外区域有丰富的吸收光谱，每种成分都有特定的吸收特征，这就为近红外光谱定量分析提供了基础。

二、近红外光谱分析1、比耳定律吸收光谱定量分析是根据样品对某一谱区光吸收强度与吸光粒子（低能态的分子或原子）之间的关系，并考虑到样品中吸光粒子数与样品粒子总数的关系来定量的。

各类化合物的红外光谱特征有机化合物的数目非常大，但组成有机化合物的常见元素只有10种左右，组成有机化合物的结构单元即称为基团的原子组合数目约有几十种。

根据上述讨论，基团的振动频率主要取决于组成基团原子质量（即原子种类）和化学键力常数（即化学键的种类）。

一般来说，组成分子的各种基团如C-H、C-N 、C=C、C=O 、C-X等都有特定的红外吸收区域（特征吸收峰），根据特征吸收峰可以推断物质的结构。

所以，有必要对各类有机化合物的光谱特征加以总结。

一、烷烃1. νC-H 3000~2840 C-H伸缩振动频率2. δC-H 1460 和1380 C-H弯曲振动频率3.C-C 1250-800当化合物具有四个以上邻接的CH2基团时，几乎总是在（715-725，通常在720cm-1处）有谱带（CH2以内摇摆），它在鉴别上是有用的。

二、烯烃1. ν＝C-H 3010-31002.νC=C1680-16003. δC-H1000-700三、炔烃1. ν≡C-H 3300-3250 峰形较窄，易于OH和NH区别开。

2. δ≡C-H 900-610 宽的谱带3. ν C≡C2140-2100 一元取代炔烃RC≡CH|| 2260-2190 二元取代炔烃四、芳香烃1.νC-H 3080-30102.νC-C 1650-1450 2～4个吸收峰3. 面外弯曲振动(g=C-H ) 900-650五、醇和酚羟基化合物1. νO-H 3700-3500（游离的醇和酚，峰尖、强）|| 3500-3200（缔和的羟基，峰形强而宽）2. δO-H 1500~13003. νC-O 1250~1000六、醚1.脂肪醚1150-10602.芳香醚1270 ~ 1230（为Ar-O 伸缩）1050 ~ 1000 cm-1（为R-O 伸缩）3.乙烯醚：1225-12005、在环氧乙烷类中有三条特征谱带可作为这种基团的存在的标志：1280-1240 环的不对称伸缩振动|| 950-810cm-1 环的对称伸缩振动|| 840-750cm-1七、羰基化合物（包括醛、酮、羧酸、酯、酸酐和酰胺等）1.酮1725-17052.醛1740-1720 2820-2720出现两个强度相等的吸收峰3.羧酸（1）νO-H 3200-2500（液体及固体羧酸）|| 3550（在气相或极稀的非极性溶剂溶液中）（2）nC=O 1730-1700（2）νC-O 1250附近（强峰）（3）δO-H 1400cm-1和920cm-1区域有两个强而宽的吸收峰（4）羧酸盐1580cm-1 和1400cm-1 之间的两个谱带4.酯(1) νC=O1750-1735(2) νC-O-C 1330-10305.酸酐（1）n C=O 在1860-1800cm-1和1800-1750cm-1出现两个强的吸收峰(2) n C-O-C 开链的在1180-1045cm-1，而环状酸酐在1310-1200cm-16.酰胺: 兼有胺和羰基化合物的特点（1)νN-H稀溶液中伯酰胺出现两个中等强度的峰，分别在3500cm-1和3400cm-1附近，浓溶液和固体中由于有氢键发生，将移向3350-3180cm-1低频区仲酰胺在很稀溶液中，在3460-3420cm-1处只出现一个谱带，浓溶液中或固体中缔和体出现在3330cm-1(3)δN-H弯曲振动(酰胺II带）伯酰胺游离态在1600cm-1处，缔合态在1650-1620处,仲酰胺游离态在1550-1510处；缔和体在1570-1515处（4）酰胺还有C-N吸收带（酰胺III带），它们的吸收位置如下：伯酰胺1420-1400cm-1（中）；仲酰胺1305-1200cm-1（中）叔酰胺700-620cm-1（中）八、胺和胺盐1.胺：胺有三个特征吸收带即：nNH、δ N-H和nC-N吸收带（1）nNH 3550-3250（2）δ N-H 1650-15402.铵盐伯胺和仲胺的νNH νNH3+ 伯胺盐在3000-2800cm-1之间出现强和宽的吸收带伯胺盐的δNH3+出现在1600-1575cm-1和1550-1504cm-1处两个吸收带仲胺盐的νNH2+ 出现在2700-2250cm-1 区域；δ NH2+ 出现在1620-1560cm-1区域叔胺盐的νNH+ 在2700-2250cm-1 区域出现一个强的宽带或一组较尖的谱带。

Near Infrared，NIR）是介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波，美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定义为780-2526nm的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。

近红外光谱区与有机分子中含氢基团（OH、NH、CH）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。

近红外光谱技术量测信号的数字化和分析过程的绿色化又使其具有典型的时代特征，近红外光谱区是 Herschel 在 1800 年进行太阳光谱可见区红外部分能量测量中发现的，为了纪念 Herschel 的历史性发现人们将近红外谱区中介于 780～1100nm 的波段称为Herschel 谱区。

红外光谱分析技术作为一种有效的分析手段在二十世纪三十年代就得到了认可，当时红外仪器主要用于分子结构理论的研究。

近红外区的光谱吸收带是有机物质中能量较高的化学键（主要是 CH、OH、NH）在中红外光谱区基频吸收的倍频、合频和差频吸收带叠加而成的。

由于近红外谱区光谱的严重重叠性和不连续性，物质近红外光谱中的与成份含量相关的信息很难直接提取出来并给予合理的光谱解析。

而有机物在中红外谱区的吸收带较多、谱带窄、吸收强度大及有显著的特征吸收性，传统的光谱学家和化学分析家习惯于在中红外基频吸收波段进行光谱解析，所以近红外谱区在很长一段时间内是被人忽视和遗忘的谱区。

随着红外仪器技术的发展，更加稳定的电源、信号放大器、更灵敏的光子探测器、微型计算机等的发展使得近红外光谱区作为一段独立的且有独特信息特征的谱区得到了重视和发展。

Karl Norris 作为近红外光谱分析技术发展的奠基人，于二十世纪五十年代在美国农业部的支持下开始进行近红外光谱分析技术用于农产品（包括谷物、饲料、水果、蔬菜等）成份快速定量检测的探讨研究。