近紅外光譜技術(shù)(NIR)是一種高效快速的現(xiàn)代分析技術(shù)，它綜合運(yùn)用了計算機(jī)技術(shù)、光譜技術(shù)和化學(xué)計量學(xué)等多個學(xué)科的最新研究成果，以其獨(dú)特的優(yōu)勢在多個領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，并已逐漸得到大眾的普遍接受和官方的認(rèn)可。近紅外光譜分析儀的誕生給這項(xiàng)分析技術(shù)的應(yīng)用提供了一個便捷快速的測試分析平臺。

理論依據(jù)

光譜范圍：光譜的近紅外區(qū)域(NIR)是介于可見光(VIS)和中紅外(MIR)之間的電磁輻射波，美國材料檢測協(xié)會(ASTM)將近紅外光譜區(qū)定義為780-2526nm的區(qū)域，是人們在吸收光譜中發(fā)現(xiàn)的第一個非可見光區(qū)。習(xí)慣上又將近紅外區(qū)分為近紅外短波(780~1100nm)和近紅外長波(1100~2526nm)兩個區(qū)域。

光譜的產(chǎn)生：近紅外光譜主要是由于分子振動的非諧振性使分子振動從基態(tài)向高能級躍遷時產(chǎn)生的，記錄的主要是含氫基團(tuán)X-H(C-H、O-H、N-H、S-H、P-H等)振動的倍頻和合頻吸收。不同基團(tuán)(如甲基、亞甲基、苯環(huán)等)或同一基團(tuán)在不同化學(xué)環(huán)境中的近紅外吸收波長與強(qiáng)度都有明顯差別。所以近紅外光譜具有豐富的結(jié)構(gòu)和組成信息，非常適合用于碳?xì)溆袡C(jī)物質(zhì)的組成性質(zhì)測量。

分子的不同振動形式

搖擺振動---彎曲振動---剪切振動

對稱伸縮振動---非對稱伸縮振動---搖擺振動

關(guān)于建模

現(xiàn)代近紅外光譜分析是將光譜測量技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、化學(xué)計量學(xué)技術(shù)與基礎(chǔ)測試技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。是將近紅外光譜所反映的樣品基團(tuán)、組成或物態(tài)信息與用標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)可的參比方法測得的組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)采用化學(xué)計量學(xué)技術(shù)建立校正模型，然后通過對未知樣品光譜的測定和建立的校正模型來快速預(yù)測其組成或性質(zhì)的一種分析方法。

與常規(guī)分析技術(shù)不同，近紅外光譜是一種間接分析技術(shù)，必須通過建立校正模型(標(biāo)定模型)來實(shí)現(xiàn)對未知樣品的定性或定量分析。具體的分析過程主要包括以下幾個步驟：

一是選擇有代表性的樣品并測量其近紅外光譜，如果做定性分析模型，收集的樣品一般需要20個左右。如果做定量分析模型，收集的樣品一般需要50～80個。當(dāng)然對于變異較大的樣品，這個數(shù)量可能要增加3~5倍。一個成熟的青貯或者羊草模型要幾千個樣本的積累。收集的樣本要保證具有代表性，例如不同的品質(zhì)、產(chǎn)地和季節(jié)等，也就是能夠涵蓋所期望的變化范圍;

二是采用標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)可的參考方法測定所關(guān)心的組分或性質(zhì)數(shù)據(jù)，這里要注意的是保證掃描的樣品和檢測的樣品一致性，盡量保證所有掃描樣品全部(鮮樣烘干)粉碎，然后隨機(jī)取樣做檢測分析;

三是將測量的光譜和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計量方法建立校正模型，目前商業(yè)軟件已經(jīng)做得很成熟了，集成了不同化學(xué)計量學(xué)方法，幫助我們篩選光譜和數(shù)據(jù)，建立模型，評價模型的好壞;

四是未知樣品組分或性質(zhì)的測定，驗(yàn)證和升級模型。模型建成不是一勞永逸的事，模型建成初期，由于數(shù)據(jù)庫較小，檢測精度和試用范圍都會受到限制。這也就意味著要想使一個模型更加穩(wěn)定、適用范圍更加寬廣，就需要不斷地對模型的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行擴(kuò)充。檢測過程中，一般通過計算馬氏距離或其它方法進(jìn)行模型的適用性判斷。如果該樣本不在原來模型的范圍內(nèi)，則這個樣品稱為界外點(diǎn)。如果該界外點(diǎn)不是遠(yuǎn)離原來的模型，則可以將該樣品重新包括到原來的訓(xùn)練集中，重新建立模型，以便適用更大范圍的樣品。這樣便完成了一次模型的擴(kuò)充，久而久之，模型在使用過程中不斷地得到擴(kuò)充，那么在分析過程中出現(xiàn)界外點(diǎn)的情況就會越來越少了。

由近紅外光譜分析技術(shù)的工作過程可見，現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)包括了近紅外光譜儀、化學(xué)計量學(xué)軟件和應(yīng)用模型三部分。三者的有機(jī)結(jié)合才能滿足快速分析的技術(shù)要求，是缺一不可的。

審核編輯黃宇