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美國(guó)BRIMROSE公司AOTF/NIR中國(guó)總代理&技術(shù)支持中心-濟(jì)南金宏利實(shí)業(yè)有限公司近紅外光譜技術(shù)培訓(xùn)資料目 錄地址：濟(jì)南歷城區(qū)洪樓西路39號(hào)電話/ 88028728 / 88908915 傳真：0531- 88028728 /88908915E_mail: 第 41 頁(yè) 共 41 頁(yè)第一部分：公司介紹美國(guó)BRIMROSE公司濟(jì)南金宏利實(shí)業(yè)有限公司 第二部分：近紅外基礎(chǔ)知識(shí)一近紅外的發(fā)展概述 1什么是近紅外？ 2近紅外在20世紀(jì)的發(fā)展?fàn)顩r 3紅外光譜儀的發(fā)展史 二近紅外光譜的產(chǎn)生及光譜特征 三近紅外光譜技術(shù)的特點(diǎn) 四近紅外光譜技術(shù)的分析基礎(chǔ) 五近紅外光譜儀器 1概述 2近紅外光譜儀器的主要性能指標(biāo) 3近紅外光譜儀器的分類 4使用不同分光器件的近紅外光譜儀簡(jiǎn)介 六聲光可調(diào)濾光器（AOTF）的原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì) 七近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 八幾種常見（儀器）分析方法 附：化學(xué)計(jì)量學(xué)原理 在線分析的類型 近紅外分析原理簡(jiǎn)介 第三部分：美國(guó)BRIMROSE公司近紅外光譜儀介紹1、Luminar 5030-731便攜式近紅外光譜儀 2、LUMINAR 3070實(shí)驗(yàn)室用近紅外光譜儀 3、LUMINAR在線近紅外光譜儀 第四部分：AOTF技術(shù)近紅外光譜儀在各行業(yè)的應(yīng)用一、煙草行業(yè)應(yīng)用 二、石化行業(yè)應(yīng)用 應(yīng)用基礎(chǔ) 行業(yè)概況 燃料油的組成及性質(zhì)分析 （1）、汽油的組成及性質(zhì)測(cè)定 （2）、噴氣燃料的組成及性質(zhì)測(cè)定 （3）、柴油的組成及性質(zhì)測(cè)定 （4）、在原油加工過程的應(yīng)用 三、制藥行業(yè)應(yīng)用 四、農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中的應(yīng)用 五、酒類行業(yè)應(yīng)用第一部分：公司介紹一 美國(guó)BRIMROSE公司1概述美國(guó)休斯公司的子公司，全球光/電技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者BRIMROSE公司，一直致力于近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用研究和產(chǎn)品開發(fā)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石油化工、化學(xué)/聚脂、煙草、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)/種子、食品/飲料、造紙、飼料、紡織等工業(yè)領(lǐng)域。公司最新研制應(yīng)用的“聲光可調(diào)濾光器（AOTF）”技術(shù)，被業(yè)界譽(yù)為“90年代近紅外光譜儀最突出的進(jìn)展”。該技術(shù)使相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的在線質(zhì)量控制和現(xiàn)場(chǎng)品質(zhì)檢測(cè)成為現(xiàn)實(shí)。BRIMROSE公司與美國(guó)國(guó)家航空和航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）合作，將公司的新型AOTF近紅外光譜儀安裝在未來的漫游者火星探測(cè)器上，用來分析行星地質(zhì)結(jié)構(gòu)，檢測(cè)水分和各種礦物質(zhì)，同時(shí)在實(shí)施阿里亞娜發(fā)射和2012年彗星登陸計(jì)劃中有合作項(xiàng)目。BRIMROSE公司為相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的各種工況提供光纖組件和檢測(cè)分析儀器，為全球范圍的大型跨國(guó)企業(yè)和檢測(cè)分析中心及研究機(jī)構(gòu)提供近紅外檢測(cè)方案。最近公司自主開發(fā)并已獲得專利的新技術(shù)和新產(chǎn)品有：聲光可調(diào)濾光器（AOTF）、全光學(xué)智能微秒轉(zhuǎn)換器、用于醫(yī)學(xué)診斷器上的微型固態(tài)“綠色”激光器等。BRIMROSE公司通過自己的組織結(jié)構(gòu)自豪地執(zhí)行著世界級(jí)質(zhì)量和服務(wù)的原則，公司有自己的專業(yè)工程和管理團(tuán)隊(duì)，有超過20年的近紅外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。每年都在為世界各地的企業(yè)提供著優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。2介紹l美國(guó)休斯公司子公司全球光/電技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)先者，美國(guó)BRIMROSE（布瑞莫斯）公司成立于1981年，公司位于美國(guó)馬里蘭州的巴爾的摩市。 l作為美國(guó)軍事科技領(lǐng)域合作研發(fā)單位，每年享受3000萬美元的政府補(bǔ)貼 。l目前是全球近紅外光譜分析技術(shù)發(fā)展最快，技術(shù)最新的公司。l為全球近百家大型跨國(guó)公司和企業(yè)提供近紅外檢測(cè)儀器和方案，同NASA-JPC和ESA一次簽有超過2000萬美元的合同。lBRIMROSE（布瑞莫斯）公司同美國(guó)國(guó)家航空和航天管理局（NASA）、歐洲航天局（ESA）合作，將公司新型的AOTF近紅外光譜儀安裝在未來的漫游者火星探測(cè)器上， l用來分析行星地質(zhì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)在實(shí)施阿里亞納發(fā)射和2012年慧星登陸計(jì)劃中有合作項(xiàng)目。 l歐洲航天局于2003年發(fā)射了一顆火星探測(cè)器用來探測(cè)火星的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。所選用的分析儀就是BRIMROSE公司的微型AOTF近紅外光譜儀！l2004年登陸火星的“勇氣號(hào)”和“機(jī)遇號(hào)”火星探測(cè)器上應(yīng)用的也是BRIMROSE公司的微型AOTF近紅外光譜儀！l公司收入的30%作為研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入新技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用， l擁有130位高級(jí)技術(shù)人員，20位博士。 l公司及產(chǎn)品通過美國(guó)政府FDA認(rèn)證，隨機(jī)提供的軟件通過嚴(yán)格的SOP認(rèn)證。 l目前已成為AOTF近紅外光譜儀、各種激光器、聲光設(shè)備的最主要的國(guó)際供應(yīng)商lBRIMROSE公司與中國(guó)晶體材料以及光電科學(xué)研究界有著多年的合作。l國(guó)內(nèi)曾有多位專家學(xué)者赴BRIMROSE公司進(jìn)行合作。l清華大學(xué)張漢一教授，曾在199293年受聘到Brimrose 公司從事研究開發(fā)。l張漢一教授，電子工程系博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)為清華Bell光通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人、中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)副秘書長(zhǎng)、中國(guó)電子學(xué)會(huì)量子電子學(xué)和光電子學(xué)分會(huì)副秘書長(zhǎng)。l張教授曾獲得如下獎(jiǎng)項(xiàng)與榮譽(yù)： 國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)（1993年） 國(guó)家教委科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（1998年） 國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng)(1998年) 國(guó)務(wù)院政府特殊貢獻(xiàn)津貼（1998年） l山東大學(xué)許東教授，曾于1994.11-1995.3 期間在BRIMROSE公司從事合作研究。l許東教授，博士生導(dǎo)師，晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。曾任晶體所所長(zhǎng)、山東大學(xué)副校長(zhǎng)；國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)、國(guó)家自然科學(xué)基金學(xué)科評(píng)審組成員。中國(guó)光學(xué)會(huì)、稀土學(xué)會(huì)理事，光學(xué)材料專業(yè)委員會(huì)副主任。l許教授曾獲得如下獎(jiǎng)項(xiàng)與榮譽(yù)： 國(guó)家發(fā)明一等獎(jiǎng) 省、部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng) 被授予“山東省專業(yè)技術(shù)拔尖人才” 、“國(guó)家級(jí)有突出貢獻(xiàn)中青年專家”等稱號(hào)。 l山東大學(xué)袁多榮教授 ，曾于1996.12-1997.4 期間在美國(guó)的Brimrose公司進(jìn)行合作研究。l袁多榮教授，山東大學(xué)晶體材料研究所、晶體材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生導(dǎo)師， 1967年畢業(yè)于青島海洋學(xué)院?，F(xiàn)為國(guó)際材料研究學(xué)會(huì)和中國(guó)晶體材料學(xué)會(huì)及中國(guó)陶瓷學(xué)會(huì)的會(huì)員。 l袁教授曾獲得如下獎(jiǎng)項(xiàng)與榮譽(yù)： 國(guó)家教委科技進(jìn)步一等獎(jiǎng) (1996)山東省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng) (1999)山東省科學(xué)技術(shù)拔尖人才 (1997)享受國(guó)務(wù)院政府津貼 (1998) 二 濟(jì)南金宏利實(shí)業(yè)有限公司濟(jì)南金宏利實(shí)業(yè)有限公司成立于1997年, 是專業(yè)從事“聲光可調(diào)濾光器”（AOTF）近紅外光譜分析儀銷售與技術(shù)服務(wù)的高科技信息企業(yè)。被美國(guó)BRIMROSE公司授權(quán)為AOTF/NIR產(chǎn)品中國(guó)總代理，并設(shè)立技術(shù)支持中心。為開創(chuàng)一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型工業(yè)化道路，公司領(lǐng)導(dǎo)曾多次赴美國(guó)、加拿大、德國(guó)等歐美發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行考察，并與一些掌握尖端科技的公司進(jìn)行交流，與美國(guó)休斯公司子公司BRIMROSE公司（全球光電技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者）合作，引進(jìn)了被業(yè)界譽(yù)為“九十年代近紅外光譜儀最突出的進(jìn)展”的聲光可調(diào)濾光器（AOTF）儀器，使相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的在線質(zhì)量控制和現(xiàn)場(chǎng)品質(zhì)檢測(cè)成為現(xiàn)實(shí)。金宏利公司擁有多名博士、研究生等高學(xué)歷人才，公司的高級(jí)主管及多名技術(shù)人員接受過BRIMROSE公司的專業(yè)培訓(xùn)。經(jīng)過近十年的學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)積累，技術(shù)中心不僅熟悉各型號(hào)產(chǎn)品的特點(diǎn)，在模型開發(fā)、維護(hù)方面也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以獨(dú)立進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、模型建立等工作；為醫(yī)藥、煙草、高分子、石化、食品/飲料等多個(gè)領(lǐng)域提供了將近30套近紅外解決方案及便攜、實(shí)驗(yàn)室、在線等類型多種型號(hào)的近紅外產(chǎn)品，并進(jìn)行了大量成功的試驗(yàn)研究工作；獲得8項(xiàng)國(guó)內(nèi)專利，1項(xiàng)國(guó)際專利，是國(guó)內(nèi)業(yè)界中規(guī)模最大、研究領(lǐng)域最廣，從事近紅外研究工作為數(shù)不多的知名企業(yè)。 金宏利公司擁有雄厚的技術(shù)力量，科學(xué)的管理體系，誠(chéng)信的經(jīng)營(yíng)理念和堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力；擁有一流的團(tuán)隊(duì)，頂尖的產(chǎn)品和真誠(chéng)的服務(wù)。 攜手金宏利，共創(chuàng)輝煌！第二部分：近紅外基礎(chǔ)知識(shí)一、 近紅外的發(fā)展概述1什么是近紅外？近紅外（Near Infrared 簡(jiǎn)稱NIR）是一種電磁波，按ASTM（美國(guó)實(shí)驗(yàn)和材料協(xié)會(huì)）定義是指波長(zhǎng)在780nm-2526nm范圍內(nèi)的電磁波。近紅外是紅外光的一部分，紅外光包括：近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外。IR = NIR + MIR(2.5-15um) + FIR(15-200um) （波長(zhǎng)范圍：0.78-200um）近紅外介于可見光（400-780nm）和中紅外之間，是人們發(fā)現(xiàn)最早的非可見光區(qū)域，近紅外譜區(qū)最初于1800年被Tomas Herschel發(fā)現(xiàn)，距今已有200多年的歷史。2近紅外在20世紀(jì)的發(fā)展?fàn)顩r20世紀(jì)初，人們采用攝譜的方法首次獲得了有機(jī)化合物的近紅外光譜，并對(duì)有關(guān)基團(tuán)的近紅外光譜特征進(jìn)行了解釋，預(yù)示著近紅外光譜有可能作為分析技術(shù)的一種手段得到應(yīng)用。由于缺乏基礎(chǔ)儀器，50年代以前，近紅外光譜的研究只限于為數(shù)不多的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室中，且沒有得到實(shí)際的應(yīng)用。50年代中后期，隨著簡(jiǎn)易近紅外光譜儀器的出現(xiàn)及Norris等人在近紅外光譜應(yīng)用的一個(gè)小高潮，近紅外在測(cè)定農(nóng)副產(chǎn)品（包括谷物、飼料、水果、蔬菜、肉、蛋、奶等）的品質(zhì)（如水分、蛋白、油脂含量等）方面得到廣泛應(yīng)用。由于這些都基于傳統(tǒng)的光譜定量方法，當(dāng)樣品的背景、顆粒度、基體等發(fā)生變化時(shí)，測(cè)量結(jié)果往往產(chǎn)生較大的誤差。近紅外光譜吸收較中紅外光譜弱，譜帶重疊多，受當(dāng)時(shí)在光譜儀性能和信息提取技術(shù)條件的限制，近紅外光譜分析技術(shù)應(yīng)用不多。進(jìn)入60年代中后期，隨著中紅外光譜技術(shù)的發(fā)展及其在化合物結(jié)構(gòu)表征中所起的巨大作用，使人們淡漠了近紅外光譜在分析測(cè)試中的應(yīng)用。在此后的約20年的時(shí)間里，除了農(nóng)副產(chǎn)品領(lǐng)域的傳統(tǒng)應(yīng)用之外，近紅外光譜技術(shù)幾乎處于徘徊不前的狀態(tài)，以至于被人們稱為光譜技術(shù)中的沉睡者。進(jìn)入80年代后期，近紅外光譜才真正為人們所注意，這在很大程度上應(yīng)歸功于化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的應(yīng)用，再加上過去中紅外光譜技術(shù)積累的經(jīng)驗(yàn)，使近紅外光譜分析技術(shù)迅速得到推廣，成為一門獨(dú)立的分析技術(shù)，有關(guān)近紅外光譜的研究和應(yīng)用文獻(xiàn)幾乎呈指數(shù)增長(zhǎng)。尤其是近十年來，近紅外在儀器、軟件和應(yīng)用上獲得高度發(fā)展，以高效、快速的特點(diǎn)異軍突出，倍受人們關(guān)注。在我國(guó)NIRS及其研究工作起步比較晚一些,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)是最早開始此項(xiàng)技術(shù)研究的單位,從1978年開始注視著該技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展,并於1983年開始開展近紅外漫反射光譜對(duì)農(nóng)產(chǎn)品分析的研究工作。采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法為基礎(chǔ)，研究了相應(yīng)的NIR數(shù)據(jù)分析處理模型。目前，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的NIRS在農(nóng)業(yè)、石化、制藥、煙草、聚合物等領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)普及。3近紅外光譜儀的發(fā)展史在過去的50多年里，近紅外光譜儀經(jīng)歷了如下幾個(gè)發(fā)展階段： 第一臺(tái)近紅外光譜儀的分光系統(tǒng)（50年代后期）是濾光片分光系統(tǒng)，測(cè)量樣品必須預(yù)先干燥，使其水分含量小于15%，然后樣品經(jīng)磨碎，使其粒徑小于1毫米，并裝樣品池。此類儀器只能在單一或少數(shù)幾個(gè)波長(zhǎng)下測(cè)定（非連續(xù)波長(zhǎng)），靈活性差，而且波長(zhǎng)穩(wěn)定性、重現(xiàn)性差，如樣品的基體發(fā)生變化，往往會(huì)引起較大的測(cè)量誤差！“濾光片”被稱為第一代分光技術(shù)。 70年代中期至80年代，光柵掃描分光系統(tǒng)開始應(yīng)用，但存在以下不足：掃描速度慢、波長(zhǎng)重現(xiàn)性差，內(nèi)部移動(dòng)部件多。此類儀器最大的弱點(diǎn)是光柵或反光鏡的機(jī)械軸長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用容易磨損，影響波長(zhǎng)的精度和重現(xiàn)性，不適合作為過程分析儀器使用。“光柵”被稱為第二代分光技術(shù)。 80年代中后期至90年代中前期，應(yīng)用“傅立葉變換”分光系統(tǒng)，但是由于 干涉計(jì)中動(dòng)鏡的存在，儀器的在線可靠性受到限制，特別是對(duì)儀器的使用和 放置環(huán)境有嚴(yán)格要求，比如室溫、濕度、雜散光、震動(dòng)等?！案盗⑷~變換”被 稱為第三代分光技術(shù)。 90年代中期，開始有了應(yīng)用二極管陣列技術(shù)的近紅外光譜儀，這種近紅外光譜儀采用固定光柵掃描方式，儀器的波長(zhǎng)范圍和分辨率有限，波長(zhǎng)通常不超過1750nm。由于該波段檢測(cè)到的主要是樣品的三級(jí)和四級(jí)倍頻，樣品的摩爾吸收系數(shù)較低，因而需要的光程往往較長(zhǎng)?！岸O管陣列”被稱為第四代分光技術(shù)。 90年代末，來自航天技術(shù)的“聲光可調(diào)濾光器”（縮寫為AOTF）技術(shù)的問世，被認(rèn)為是“90年代近紅外光譜儀最突出的進(jìn)展”， AOTF是利用超聲波與特定的晶體作用而產(chǎn)生分光的光電器件，與通常的單色器相比，采用聲光調(diào)制即通過超聲射頻的變化實(shí)現(xiàn)光譜掃描，光學(xué)系統(tǒng)無移動(dòng)性部件，波長(zhǎng)切換快、重現(xiàn)性好，程序化的波長(zhǎng)控制使得這種儀器的應(yīng)用具有更大的靈活性，尤其是外部防塵和內(nèi)置的溫、濕度集成控制裝置，大大提高了儀器的環(huán)境適應(yīng)性，加之全固態(tài)集成設(shè)計(jì)產(chǎn)生優(yōu)異的避震性能，使其近年來在工業(yè)在線和現(xiàn)場(chǎng)（室外）分析中得到越來越廣泛的應(yīng)用。二近紅外光譜的產(chǎn)生及光譜特征近紅外光是電磁波，它具有光的屬性，即同時(shí)具有“波”“?！倍匦?。因此，我們對(duì)光的能量也可以用光子表示。量子力學(xué)理論認(rèn)為，光子能量為：EP = h（其中，h為普郎克常數(shù)6.62610-34J.S，為光子的頻率Hz.S-1，= c/，c為波的速度，c=3.0108m/s，為光的波長(zhǎng)nm）。近紅外光子的能量同樣可以使用上述公式定量描述。從光源發(fā)出的近紅外光照射到由一種或多種分子組成的物質(zhì)上，如果分子沒有產(chǎn)生吸收，則光穿過樣品，該物質(zhì)分子為非紅外活性分子，否則，為紅外活性分子。只有紅外活性分子中的鍵才能與近紅外光子發(fā)生作用，產(chǎn)生近紅外光譜吸收。近紅外光譜圖（如下圖所示），橫坐標(biāo)：吸收波長(zhǎng)(l)或波數(shù)(n) ，標(biāo)示吸收峰位置；縱坐標(biāo)：透過率(T%)或吸光度(A)，標(biāo)示吸收峰強(qiáng)度。 當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的近紅外光照射時(shí)，分子吸收某些頻率的輻射，產(chǎn)生分子振動(dòng)能級(jí)合轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷（這些能量躍遷可以通過量子力學(xué)理論進(jìn)行闡述），使相應(yīng)于這些吸收區(qū)域的透射光強(qiáng)度減弱。記錄近紅外光的百分透射比或吸光度與波長(zhǎng)或波數(shù)關(guān)系曲線，就得到近紅外光譜。左圖是雙原子分子的能級(jí)示意圖，圖中EA和EB表示不同能量的電子能級(jí)，在每個(gè)電子能級(jí)中因振動(dòng)能量不同而分為若干個(gè)=0、1、2、3的振動(dòng)能級(jí)，在同一電子能級(jí)和同一振動(dòng)能級(jí)中，還因轉(zhuǎn)動(dòng)能量不同而分為若干個(gè)J=0、1、2、3的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。產(chǎn)生近紅外吸收的條件：每種分子都可能有幾種不同的振動(dòng)方式，當(dāng)入射光的頻率與分子的振動(dòng)頻率一致，且分子的振動(dòng)能引起分子的瞬間偶極矩變化時(shí)（同核雙原子分子沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。如；N2、O2、CL2等），分子即吸收近紅外光，在近紅外光譜上有反應(yīng)。分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜：對(duì)于分子體系而言，其振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)是量子化的，其能級(jí)差所對(duì)應(yīng)光子的波長(zhǎng)落在近紅外光范圍。能量躍遷包括基頻躍遷（對(duì)應(yīng)于分子振動(dòng)狀態(tài)在相臨振動(dòng)能級(jí)之間的躍遷）、倍頻躍遷（對(duì)應(yīng)于分子振動(dòng)狀態(tài)在相隔一個(gè)或幾個(gè)振動(dòng)能級(jí)之間的躍遷）和合頻躍遷（對(duì)應(yīng)于分子兩種振動(dòng)狀態(tài)的能級(jí)同時(shí)發(fā)生躍遷）。如果能級(jí)是從0到1，不論是什么振動(dòng)頻率都稱作基頻；而能級(jí)躍遷從0到2或3時(shí)，則稱作倍頻（L=2時(shí)稱一級(jí)倍頻，L=3時(shí)稱二級(jí)倍頻，）；如果一個(gè)光子的能量同時(shí)激發(fā)兩種基頻的躍遷，則分子在光譜中吸收峰等于這種基頻振動(dòng)頻率的和或稱這種吸收為和頻。所有近紅外光譜的吸收譜帶都是中紅外吸收基頻（4000-1600cm-1）的倍頻及合頻，由于分子的合頻、倍頻振動(dòng)是躍遷禁阻的，譜帶強(qiáng)度較弱。另外，并不是每一種振動(dòng)模式的合頻、倍頻譜帶都可以在近紅外區(qū)觀察到，在近紅外光譜中出現(xiàn)的譜帶往往是有氫原子參與的伸縮振動(dòng)的合頻、倍頻產(chǎn)生的。近紅外光譜有著不同于中紅外光譜的信息特征：從頻率范圍劃分，近紅外光譜波數(shù)在4000cm-1以上（即在2500um以下），因此，只有振動(dòng)頻率在2000cm-1以上的振動(dòng)，才可能在近紅外區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一級(jí)倍頻（倍頻是基頻的一半多一點(diǎn)），二能夠在2000cm-1以上產(chǎn)生基頻振動(dòng)的主要是含氫官能團(tuán)，如：C-H、N-H、S-H和O-H等的伸縮振動(dòng)。其它官能團(tuán)，如羧基碳與氧原子的伸縮振動(dòng)、C-N伸縮振動(dòng)、C-C等的伸縮振動(dòng)在近紅外區(qū)僅能產(chǎn)生多級(jí)倍頻。這些多級(jí)倍頻的信號(hào)強(qiáng)度很弱。基頻及倍頻譜帶在強(qiáng)度上存在著數(shù)量級(jí)的差別。物體對(duì)光的散射隨著波長(zhǎng)的減短而增大，近紅外波長(zhǎng)比中紅外波長(zhǎng)短，因此，近紅外更適于作漫反射和散射光譜分析。近紅外區(qū)的波長(zhǎng)短，因而不被玻璃或石英介質(zhì)所吸收，可以用普通玻璃和石英材料作光學(xué)材料，也可以使用光纖傳輸，使得近紅外光譜測(cè)量更容易。正是近紅外光譜具有：近紅外區(qū)域的信號(hào)能量較弱，具有漫反射、散射、穿透深度大、透過玻璃不產(chǎn)生吸收等特征，賦予了近紅外光譜分析一些獨(dú)特的魅力，如樣品可以不經(jīng)過預(yù)處理，直接檢測(cè)各種類型的樣品，除液體外，還可檢測(cè)粉末、纖維、糊狀、乳狀等形式樣品。同時(shí)，構(gòu)成近紅外譜帶的背景非常復(fù)雜，從近紅外提取的是弱信號(hào)，通常使用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法。三近紅外光譜技術(shù)的特點(diǎn)近紅外光譜技術(shù)之所以能在短短的10多年內(nèi)，在眾多領(lǐng)域得到應(yīng)用，進(jìn)而在數(shù)據(jù)處理及儀器制造方面有如此迅速的發(fā)展，主要因?yàn)樗谟袡C(jī)化合物的分析測(cè)定中有以下獨(dú)特的優(yōu)越性。1 很多物質(zhì)在近紅外區(qū)域的吸收系數(shù)小，使分析過程變的簡(jiǎn)單作為分子振動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的吸收光譜，近紅外區(qū)域的倍頻或合頻吸收系數(shù)很小，一般較紅外基頻吸收低1-3個(gè)數(shù)量級(jí)，故樣品無需用溶劑稀釋即可直接測(cè)定，便于生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)測(cè)定。雖然吸收系數(shù)小會(huì)妨礙樣品中微量雜質(zhì)的測(cè)定，但也保證了微量雜質(zhì)或在近紅外吸收弱的組分不至于干擾測(cè)定。2 適用于漫反射技術(shù)近紅外區(qū)內(nèi)光散射效應(yīng)大，且穿透深度大，使得近紅外光譜技術(shù)可以用漫反射技術(shù)對(duì)樣品直接測(cè)定。在短波近紅外區(qū)域（700-1100nm），對(duì)固體樣品穿透深度可達(dá)幾厘米，而被吸收的光強(qiáng)很小。大部分固體樣品的在線檢測(cè)都使用漫反射技術(shù)。3 近紅外光可以在玻璃或石英介質(zhì)中穿透近紅外區(qū)的波長(zhǎng)短，因而不被玻璃或石英介質(zhì)所吸收。可以直接在玻璃容器中進(jìn)行測(cè)定，而無需打開密封的容器，避免樣品的轉(zhuǎn)移手續(xù)及不必要的污染。一般的玻璃或石英光纖可以用于近紅外光譜技術(shù)。使近紅外光譜技術(shù)擴(kuò)展到過程分析及有毒材料樣品的遠(yuǎn)程分析。4 投資及操作費(fèi)用低近紅外光譜儀的光學(xué)材料為一般的石英或玻璃，儀器價(jià)格較低，操作空間小，樣品大都不需要預(yù)處理，且投資及操作費(fèi)用低，儀器的高度自動(dòng)化同時(shí)降低了對(duì)操作者的技能要求。5 可以用于樣品的定性，也可以得到精度很高的定量結(jié)果采用多元校正方法及一組已知樣品的吸光度分布模型，可以快速得到相對(duì)誤差小于0.5%的結(jié)果。定性分析采用識(shí)別分析程序，先取得一組已知樣品的吸光度分布模型，再測(cè)得待定性樣品在不同波長(zhǎng)下的吸光度分布，用聚類原理確定樣品是否屬于已有的模型，即這一類已知的樣品。如果已知樣品有好幾類，則可以從幾種模型中選出最接近的一類以定性。6 不破壞樣品，不用試劑，故不污染環(huán)境7 測(cè)定速度極快及可同時(shí)得到樣品多個(gè)組成和性質(zhì)的數(shù)據(jù)近紅外光譜的信息必須由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析，一般一個(gè)樣品取得光譜數(shù)據(jù)后可以立刻得到定性或定量分析結(jié)果，整個(gè)過程可以在不到2分鐘內(nèi)完成。近紅外光譜的另外一個(gè)特點(diǎn)是通過樣品的1張光譜可以計(jì)算出樣品的各種組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)。8 不適合于痕量分析及分散樣品的分析如果面對(duì)的樣品僅有幾毫克或要分析的組分在樣品中的含量?jī)H有110-6，近紅外光譜分析是有困難的，最好去尋求另一種方法。前者是技術(shù)原因，后者是經(jīng)濟(jì)原因。四近紅外光譜技術(shù)的分析基礎(chǔ)近紅外光譜分析方法由兩個(gè)要素組成，一是準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測(cè)定樣品的吸收或漫反射光譜譜圖的硬件技術(shù)（光譜儀），其主要要求就是必須保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性；另一個(gè)是利用多元校正方法計(jì)算測(cè)定結(jié)果的軟件技術(shù)（化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件）。在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，樣品的吸收光譜由光譜儀檢測(cè)器測(cè)出，數(shù)字化后存入計(jì)算機(jī)，由化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件計(jì)算出樣品的定性或定量分析數(shù)據(jù)。近紅外的光譜分辨率較中紅外光譜差得多，常常是較寬的幾個(gè)譜帶，雖然已知一定的基團(tuán)有一定的吸收譜帶，但對(duì)于僅在結(jié)構(gòu)上有微小差異的化合物，常常會(huì)出現(xiàn)重疊的譜圖。要充分利用光譜所提供的信息必須采用多波長(zhǎng)數(shù)據(jù)，目前常采用全譜數(shù)據(jù)或特定波段的吸收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)也很密集。校正模型：在未知樣品分析前，必須有一組樣品作為一個(gè)校正集，對(duì)校正集的每一個(gè)樣品測(cè)量其光譜和對(duì)應(yīng)的組成或性質(zhì)，然后用多元校正方法將測(cè)量的光譜與性質(zhì)或組成數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，建立校正模型。校正模型的建立一般采用已有的化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件，在需要測(cè)定未知樣品時(shí)，必須使用這一模型及測(cè)定的未知樣品的光譜，計(jì)算其組成或性質(zhì)。近紅外光譜分析技術(shù)其分析過程流程是：第一步，篩選校正集樣品，要求樣品對(duì)需要檢測(cè)的指標(biāo)具有很好的代表性，然后采用常規(guī)實(shí)驗(yàn)室方法測(cè)試需要檢測(cè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，獲取參照數(shù)據(jù)；第二步，用近紅外光譜儀掃描校正集樣品，獲取其近紅外光譜數(shù)據(jù)；第三步，用化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件關(guān)聯(lián)樣品的光譜數(shù)據(jù)和參照數(shù)據(jù)，通過一定的數(shù)學(xué)計(jì)算方法計(jì)算出關(guān)聯(lián)模型；第四步，用近紅外光譜儀對(duì)未知樣品進(jìn)行掃描，獲取光譜數(shù)據(jù)；第五步，調(diào)用模型對(duì)測(cè)得的光譜進(jìn)行預(yù)測(cè)。五近紅外光譜儀器1 概述近年來，隨著光學(xué)儀器設(shè)計(jì)，制造水平的提高以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和化學(xué)計(jì)量學(xué)方法研究的深入，現(xiàn)代近紅外光譜分析技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為發(fā)展最快、最引人注目的分析技術(shù)之一。近紅外光譜在分析測(cè)試領(lǐng)域，特別是作為過程分析儀器，在在線分析和工業(yè)控制領(lǐng)域在發(fā)揮著越來越重要的作用。由于在近紅外光譜分析過程中樣品基本不需要處理，不消耗和破壞樣品，儀器自身又無污染，堪稱是綠色分析技術(shù)的代表。近紅外光譜儀器的發(fā)展已走過50多年的歷程，在這段時(shí)間里，儀器的設(shè)計(jì)方式，性能和測(cè)量方法發(fā)生了很大的變化。由于現(xiàn)代近紅外光譜分析是通過化學(xué)計(jì)量學(xué)多元校正方法，依靠樣品間光譜信息的細(xì)微差別來對(duì)樣品進(jìn)行定性和定量分析，所以，對(duì)儀器的性能指標(biāo)都提出了很高的要求。80年代中后期，傅立葉變換近紅外光譜儀的出現(xiàn)使儀器的穩(wěn)定性和分辨率得到很大提高，光柵掃描型儀器的性能和可靠性也有了很大的轉(zhuǎn)變。進(jìn)入90年代，聲光可調(diào)濾光器作為分光器件的近紅外光譜儀器及多通道檢測(cè)近紅外光譜儀的出現(xiàn)，消除了儀器中的可移動(dòng)部件，儀器的可靠性得到進(jìn)一步提高。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖導(dǎo)光測(cè)樣技術(shù)在近紅外光譜中得到廣泛應(yīng)用。光纖技術(shù)的引入使樣品光譜的采集更加便利。光纖的遠(yuǎn)距離傳輸特性，使近紅外光譜儀廣泛地用于在線分析過程。2近紅外光譜儀器的主要性能指標(biāo)在近紅外光譜儀器的選型或使用過程中，考慮儀器的哪些指標(biāo)來滿足分析的使用要求，這是分析工作者需要考慮的問題。對(duì)一臺(tái)近紅外光譜儀器進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，必須要了解儀器的主要性能指標(biāo)。1、儀器的波長(zhǎng)范圍對(duì)任何一臺(tái)特定的近紅外光譜儀器，都有其有效的光譜范圍，光譜范圍主要取決于儀器的光路設(shè)計(jì)、檢測(cè)器的類型以及光源。近紅外光譜儀器的波長(zhǎng)范圍通常分兩段，7001100nm的短波近紅外光譜區(qū)域和11002500nm的長(zhǎng)波近紅外光譜區(qū)域。2、光譜的分辨率光譜的分辨率主要取決于光譜儀器的分光系統(tǒng)，對(duì)用多通道檢測(cè)器的儀器，還與儀器的像素有關(guān)。分光系統(tǒng)的光譜帶寬越窄，其分辨率越高，對(duì)光柵分光儀器而言，分辨率的大小還與狹縫的設(shè)計(jì)有關(guān)。儀器的分辨率能否滿足要求，要看儀器的分析對(duì)象，即分辨率的大小能否滿足樣品信息的提取要求。有些化合物的結(jié)構(gòu)特征比較接近，要得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果，就要對(duì)儀器的分辨率提出較高的要求，例如二甲苯異構(gòu)體的分析，一般要求儀器的分辨率好于1nm。3、波長(zhǎng)準(zhǔn)確性（波長(zhǎng)誤差）光譜儀器波長(zhǎng)準(zhǔn)確性是指儀器測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)某一譜峰的波長(zhǎng)與該譜峰的標(biāo)定波長(zhǎng)之差。波長(zhǎng)的準(zhǔn)確性對(duì)保證近紅外光譜儀器間的模型傳遞非常重要。為了保證儀器間校正模型的有效傳遞，波長(zhǎng)的準(zhǔn)確性在短波近紅外范圍要求好于0.5nm，長(zhǎng)波近紅外范圍好于1.5nm。4、波長(zhǎng)重現(xiàn)性波長(zhǎng)的重現(xiàn)性指對(duì)樣品進(jìn)行多次掃描，譜峰位置間的差異，通常用多次測(cè)量某一譜峰位置所得波長(zhǎng)或波數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示（傅立葉變換的近紅外光譜儀器習(xí)慣用波數(shù)cm-1表示）。波長(zhǎng)重現(xiàn)性是體現(xiàn)儀器穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)校正模型的建立和模型的傳遞均有較大的影響，同樣也會(huì)影響最終分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般儀器波長(zhǎng)的重現(xiàn)性應(yīng)好于0.1nm。5、基線穩(wěn)定性基線穩(wěn)定性是指儀器相對(duì)于參比掃描所得基線的平整性，平整性可用基線漂移的大小來衡量?；€的穩(wěn)定性對(duì)我們獲得穩(wěn)定的光譜有直接的影響。6、雜散光雜散光定義為除要求的分析光外其它到達(dá)樣品和檢測(cè)器的光量總和，是導(dǎo)致儀器測(cè)量出現(xiàn)非線性的主要原因，特別對(duì)光柵型儀器的設(shè)計(jì)，雜散光的控制非常重要。雜散光對(duì)儀器的噪音、基線及光譜的穩(wěn)定性均有影響。一般要求雜散光小于透過率的0.1。7、掃描速度掃描速度是指在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)完成1次掃描所需要的時(shí)間。不同設(shè)計(jì)方式的儀器完成1次掃描所需的時(shí)間有很大的差別。例如，電荷耦合器件多通道近紅外光譜儀器完成1次掃描只需20ms，速度很快；一般傅立葉變換儀器的掃描速度在1次/s左右；傳統(tǒng)的光柵掃描型儀器的掃描速度相對(duì)較慢，目前較快的掃描速度也不過2次/s左右。8、數(shù)據(jù)采樣間隔（波長(zhǎng)增量）采樣間隔是指連續(xù)記錄的兩個(gè)光譜信號(hào)間的波長(zhǎng)差。很顯然，間隔越小，樣品信息越豐富，但光譜存儲(chǔ)空間也越大；間隔過大則可能丟失樣品信息，比較合適的數(shù)據(jù)采樣間隔設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)小于儀器的分辨率。9、測(cè)樣方式測(cè)樣方式在此指儀器可提供的樣品光譜采集形式。有些儀器能提供透射、漫反射、光纖測(cè)量等多種光譜采集形式。10、軟件功能軟件是現(xiàn)代近紅外光譜儀器的重要組成部分。軟件一般由光譜采集軟件和光譜化學(xué)計(jì)量學(xué)處理軟件兩部分構(gòu)成。前者不同廠家的儀器沒有很大的區(qū)別，而后者在軟件功能設(shè)計(jì)和內(nèi)容上則差別很大。光譜化學(xué)計(jì)量學(xué)處理軟件一般由譜圖的預(yù)處理、定性或定量校正模型的建立和未知樣品的預(yù)測(cè)三大部分組成，軟件功能的評(píng)價(jià)要看軟件的內(nèi)容能否滿足實(shí)際工作的需要?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)光譜分析軟件是近紅外光譜快速分析的核心技術(shù)之一。這些軟件通常具有校正、測(cè)量和報(bào)表等功能，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室常規(guī)的批處理，也可以與光譜儀動(dòng)態(tài)連接進(jìn)行在線分析，由于使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，整個(gè)測(cè)量速度很快，一個(gè)樣品多種性質(zhì)測(cè)量可在1秒或幾分鐘內(nèi)完成。軟件不僅具有定量的功能，還具有模式識(shí)別功能，根據(jù)樣品光譜信息自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的校正模型，和進(jìn)行樣品的類型識(shí)別，確保測(cè)量結(jié)果的精確和可靠性3近紅外光譜儀器的分類（1） 從樣品光譜信息的獲得來分，有簡(jiǎn)單的在一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)下測(cè)定的專用型濾光片型儀器和在近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)定全譜信息的研究型儀器兩類。（2） 儀器使用的分光器件類型來分，有濾光片型、光柵型、傅立葉變換型和聲光調(diào)制濾光器四類。（3） 從儀器使用的檢測(cè)器對(duì)分析光的響應(yīng)來分，有單通道和多通道兩類。（4） 從儀器使用的光源來分，有鹵鎢光源（能發(fā)出寬譜帶）和發(fā)光二極管（產(chǎn)生窄譜帶）組合光源兩類。4使用不同分光器件的近紅外光譜儀簡(jiǎn)介 第一臺(tái)近紅外光譜儀的分光系統(tǒng)（50年代后期）是濾光片分光系統(tǒng)，測(cè)量樣品必須預(yù)先干燥，使其水分含量小于15%，然后樣品經(jīng)磨碎，使其粒徑小于1毫米，并裝樣品池。此類儀器只能在單一或少數(shù)幾個(gè)波長(zhǎng)下測(cè)定（非連續(xù)波長(zhǎng)），靈活性差，而且波長(zhǎng)穩(wěn)定性、重現(xiàn)性差，如樣品的基體發(fā)生變化，往往會(huì)引起較大的測(cè)量誤差！“濾光片”被稱為第一代分光技術(shù)。 濾光片型近紅外光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖70年代中期至80年代，光柵掃描分光系統(tǒng)開始應(yīng)用，但存在以下不足：掃描速度慢、波長(zhǎng)重現(xiàn)性差，內(nèi)部移動(dòng)部件多。此類儀器最大的弱點(diǎn)是光柵或反光鏡的機(jī)械軸長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用容易磨損，影響波長(zhǎng)的精度和重現(xiàn)性，不適合作為過程分析儀器使用。“光柵”被稱為第二代分光技術(shù)。光柵掃描型近紅外光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖80年代中后期至90年代中前期，應(yīng)用“傅立葉變換”分光系統(tǒng)，但是由于干涉計(jì)中動(dòng)鏡的存在，儀器的在線可靠性受到限制，特別是對(duì)儀器的使用和放置環(huán)境有嚴(yán)格要求，比如室溫、濕度、雜散光、震動(dòng)等?！案盗⑷~變換”被稱為第三代分光技術(shù)。90年代中期，開始有了應(yīng)用二極管陣列技術(shù)的近紅外光譜儀，這種近紅外光譜儀采用固定光柵掃描方式，儀器的波長(zhǎng)范圍和分辨率有限，波長(zhǎng)通常不超過1750nm。由于該波段檢測(cè)到的主要是樣品的三級(jí)和四級(jí)倍頻，樣品的摩爾吸收系數(shù)較低，因而需要的光程往往較長(zhǎng)?！岸O管陣列”被稱為第四代分光技術(shù)。 二極管陣列（多通道）近紅外光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖90年代末，來自航天技術(shù)的“聲光可調(diào)濾光器”（縮寫為AOTF）技術(shù)的問世，被認(rèn)為是“90年代近紅外光譜儀最突出的進(jìn)展”， AOTF是利用超聲波與特定的晶體作用而產(chǎn)生分光的光電器件，與通常的單色器相比，采用聲光調(diào)制即通過超聲射頻的變化實(shí)現(xiàn)光譜掃描，光學(xué)系統(tǒng)無移動(dòng)性部件，波長(zhǎng)切換快、重現(xiàn)性好，程序化的波長(zhǎng)控制使得這種儀器的應(yīng)用具有更大的靈活性，尤其是外部防塵和內(nèi)置的溫、濕度集成控制裝置，大大提高了儀器的環(huán)境適應(yīng)性，加之全固態(tài)集成設(shè)計(jì)產(chǎn)生優(yōu)異的避震性能，使其近年來在工業(yè)在線和現(xiàn)場(chǎng)（室外）分析中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 AOTF近紅外光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖六聲光可調(diào)濾光器（AOTF）的原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)1 聲光可調(diào)濾光器（AOTF）的原理及結(jié)構(gòu)示意圖聲光可調(diào)諧濾光器（Acousto-optic tunable filter，簡(jiǎn)稱AOTF）是一種電光調(diào)制器件。其工作原理主要是利用了聲波在各向異性介質(zhì)中傳播時(shí)對(duì)入射到傳播介質(zhì)中的光的布拉格衍射作用。聲光可調(diào)諧濾光器由單軸雙折射晶體（通常采用的材料為TeO2），粘合在單軸晶體一側(cè)的壓電換能器，以及作用于壓電換能器的高頻信號(hào)源組成。當(dāng)輸入一定頻率的射頻信號(hào)時(shí)，AOTF會(huì)對(duì)入射多色光進(jìn)行衍射，從中選出波長(zhǎng)為的單色光。單色光的波長(zhǎng)與射頻頻率f有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，只要通過電信號(hào)的調(diào)諧即可快速、隨機(jī)改變輸出光的波長(zhǎng)。2聲光可調(diào)濾光器（AOTF）的技術(shù)優(yōu)勢(shì)AOTF作為分光系統(tǒng)，被譽(yù)為“90年代近紅外光譜儀最突出的進(jìn)展”。以AOTF作分光元件的光譜儀與傳統(tǒng)基于機(jī)械調(diào)諧分光元件的光譜儀（如傅立葉變換光譜儀）相比具有明顯的優(yōu)越性：1 AOTF濾光器體積小、重量輕，可以做到光譜儀器的小型化。2 精度高，采用雙光路設(shè)計(jì)，極大提高儀器的抗干擾能力3 分辨率高，可以達(dá)到1nm。4 掃描速度快 16000波長(zhǎng)點(diǎn)/秒。5 波長(zhǎng)穩(wěn)定性好 長(zhǎng)時(shí)間不超過0.01nm。6 信號(hào)能量大。信噪比高，通常比傅立葉型儀器高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。7 AOTF為全固態(tài)分光器件，無移動(dòng)部件，抗震性能好，光譜儀光學(xué)部件采用全密封設(shè)計(jì)，對(duì)環(huán)境影響（如溫度、濕度、粉塵等）不敏感，儀器工作穩(wěn)定。8 由于采用電子信號(hào)控制掃描，波長(zhǎng)切換快，重現(xiàn)性好，程序化的波長(zhǎng)控制，滿足了實(shí)時(shí)快速檢測(cè)的需要。9 掃描范圍廣，可實(shí)現(xiàn)全光譜掃描。還可以在掃描范圍內(nèi)任意選定一組波長(zhǎng)掃描，而不必進(jìn)行全譜掃描，對(duì)于固定的工業(yè)應(yīng)用對(duì)象，可以大大節(jié)省測(cè)量時(shí)間。10 建立模型速度快。模型的移植性好（可以很方便地在不同儀器間轉(zhuǎn)移）。以上特點(diǎn)使得AOTF技術(shù)非常適合在線以及現(xiàn)場(chǎng)光譜應(yīng)用的要求，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)室和在線檢測(cè)提供了可能。七近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域分析對(duì)象分析指標(biāo)食品酒制品產(chǎn)地、真?zhèn)舞b別葡萄酒乙醇，含糖量，有機(jī)酸，含氮值，pH值等 白酒原料中的水分，淀粉，支鏈淀粉；酒醅中的水分，pH值，淀粉和殘?zhí)堑绕【拼篼溤现械乃郑溠刻?；啤酒中的乙醇和麥芽糖等飲料（可樂、果汁等）咖啡因，糖分，酸度，果汁真?zhèn)舞b別調(diào)味品（醬油、醋等）蛋白質(zhì)，氨基酸總量，總糖，還原糖，氯化鈉，總酸，總氮，品質(zhì)分級(jí)，真?zhèn)舞b別乳制品（牛奶等）乳糖，脂肪，蛋白質(zhì)，乳酸，灰分，固體含量玉米漿，蜂蜜果糖，水分，葡萄糖，多醣類，偏振參數(shù)食用油（花生、豆和菜籽油等）原料中油分含量；食用油中的脂肪酸，水分，蛋白質(zhì)，過氧化值，碘值，真?zhèn)舞b別烘焙食品（餅干、面包等）脂肪，蛋白質(zhì)，水分，淀粉，面筋等；方便面油分肉類（豬、牛、雞肉，魚類，香腸等）蛋白質(zhì)，脂肪，水分，各種氨基酸，脂肪酸，纖維素等，以及新鮮及冷凍程度，產(chǎn)品種類，真?zhèn)舞b別農(nóng)牧大麥，小麥，豆類，水稻，甘薯，面粉，及其它谷類 脂肪，蛋白質(zhì)，水分，纖維量，淀粉，產(chǎn)地、產(chǎn)季鑒別，品質(zhì)等級(jí)，谷物成熟度，病蟲害飼料干物質(zhì)，粗蛋白，粗纖維，消化能，代謝能，氨基酸，植酸磷，添加劑中哇乙醇含量，預(yù)混料中維生素A煙草尼古丁，水分，總糖，還原糖，多酚類，總氯，添加物，產(chǎn)地鑒別，等級(jí)分類咖啡咖啡因，水分，綠原酸，種類、產(chǎn)地鑒別，品質(zhì)分級(jí)水果，蔬菜糖分，酸度，維生素，水分，纖維素，品質(zhì)分級(jí)，成熟度，硬度茶葉老嫩度，氨基酸、茶多酚、咖啡堿，水分，總氮，品質(zhì)分級(jí)，真假識(shí)別，品種鑒定。土壤水分、有機(jī)質(zhì)和總氮含量，土壤分類其它堆肥的品質(zhì)和腐熟度石油煉制原油密度，實(shí)沸點(diǎn)蒸餾，濁點(diǎn)，油氣比；油砂中瀝青含量天然氣烷類組成，水分，總熱含量汽油成品汽油辛烷值（RON、MON），密度，芳烴，烯烴，苯含量，MTBE，乙醇含量催化裂化汽油辛烷值（RON、MON），PIONA（直鏈烷烴、異構(gòu)烷烴，芳烴，環(huán)烷烴和烯烴），餾程重整汽油辛烷值（RON、MON），芳烴碳數(shù)分布，餾程裂解汽油辛烷值（RON、MON），二烯、二甲苯異構(gòu)體含量石腦油POINA，密度，分子量，餾程，乙烯的潛收率，結(jié)焦指數(shù)柴油十六烷值，密度，折光指數(shù)，凝點(diǎn)，閃點(diǎn)，餾程，芳烴組成（單環(huán)、雙環(huán)和多環(huán)）航煤冰點(diǎn)，芳烴，餾程潤(rùn)滑油族組成，基礎(chǔ)油粘度指數(shù)，粘度，添加劑 重油API度，渣油中SARA族組成；瀝青中蠟含量高分子原料純度，水分，羥基含量等加工過程聚合度，動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)性質(zhì)測(cè)定，添加劑含量產(chǎn)品共混、共聚物的組成，分子量，密度，熔融指數(shù)，等規(guī)度，殘余單體、溶劑，添加劑含量，粒度分布，力學(xué)性能，回收廢塑料類別鑒定等制藥原料原料藥的主要活性成分，結(jié)晶狀態(tài)、粒徑、旋光性和密度，鑒別中藥材的真?zhèn)?、產(chǎn)地和品質(zhì)分級(jí)加工過程混合均勻性，干燥過程水分，注射用產(chǎn)品滅菌，膜衣厚度，粒徑，主要成分和中間產(chǎn)物濃度，溶出度，藥物中微生物定性定量監(jiān)測(cè)產(chǎn)品主要成分，硬度，包裝材料的鑒定，穩(wěn)定性，真?zhèn)舞b定其它臨床醫(yī)學(xué)全血或血清中血紅蛋白載氧量、pH值、脂肪酸、膽固醇、蛋白質(zhì)、葡萄糖、尿素等含量；無創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)；尿液中尿素、肌氨酸酐和蛋白質(zhì)；皮膚中水分的測(cè)定；燒傷傷口分類；組織氧含量；腦氧飽和度和血流動(dòng)力學(xué)；細(xì)胞病理如癌細(xì)胞鑒別紡織混紡織品中各成分含量，棉纖維中還原糖，纖維外油，纖維的染色性，棉織物絲光度，羊毛髓化度，棉織物整理劑，二醋酸纖維素醋化值，地毯纖維類別鑒定造紙紙漿中木素含量，卡伯值，紙頁(yè)水分、涂層含量煤炭水分，揮發(fā)份、灰份、含熱量，品質(zhì)分級(jí)生物化工生物發(fā)酵過程中乙醇、葡萄糖、乳糖、氨基酸、谷酰胺、乳酸鹽和谷氨酸鹽等含量，細(xì)胞密度，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)跟蹤，菌種鑒定制糖蔗汁、碎蔗、蔗渣、原糖、成品糖的旋光度、錘度、糖度、色度、濁度、粒度、固形物和水分含量等日用品原料純度，香料，油脂混合物分析，蠟成分鑒別，均勻度，牙膏中氟含量，表面活性劑含量，真?zhèn)舞b定油漆和墨水原料分析，溶劑純度，色素品質(zhì)環(huán)保海洋石油、土壤污染源鑒定；湖泊沉淀物有機(jī)物含量；廢水PH、BOD、COD 刑事鑒定毒品、偽鈔鑒定八幾種常見（儀器）分析方法 1. 氣相色譜法和高壓液相色譜法都屬于色譜法，二者的區(qū)別是氣相色譜法的載體是氣體，高壓液相色譜法的載體是液體。原理：混合物中各組分在兩相間的分配。（各組分先后被載體帶出色譜柱進(jìn)入檢測(cè)池）特點(diǎn)：高效，選擇性好, 操作簡(jiǎn)單，靈敏度高，可用于痕量分析( ppm )缺點(diǎn)：（1）氣相色譜法只能檢測(cè)氣體或易汽化的液體樣品；（2）液相色譜法只能檢測(cè)液體樣品；（3）只能檢測(cè)化學(xué)組成；（4）二者難實(shí)現(xiàn)在線分析；2.紫外吸收光譜原理：由分子的電子能級(jí)躍遷產(chǎn)生 波長(zhǎng)區(qū)域：200-400nm一般和可見光分光光度計(jì)合并為紫外-可見光分光光度計(jì)主要用于定量分析，采用與標(biāo)準(zhǔn)品比較法進(jìn)行計(jì)算。紫外的缺點(diǎn)：（1）很多物質(zhì)（如烷烴、醇等）在紫外區(qū)無吸收；（2）樣品需稀釋，以降低信號(hào)強(qiáng)度； （3）大量使用溶劑和標(biāo)準(zhǔn)品，分析成本高；（4）分析具有破壞性； （5）難實(shí)現(xiàn)在線分析。3.紅外吸收光譜（1）原理：由分子的振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的變化或分子的振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)在不同能級(jí)間的遷產(chǎn)生。（2）波長(zhǎng)區(qū)域：780nm-300m，其中780nm-2500nm的區(qū)域稱為近紅外區(qū)，2500nm-25000nm（25m）的區(qū)域稱為中紅外區(qū)，25m-300m的區(qū)域稱為遠(yuǎn)紅外區(qū)。近紅外區(qū)常用波長(zhǎng)（單位nm）表示，中紅外區(qū)常用波數(shù)（單位cm ）表示。波數(shù)是波長(zhǎng)的倒數(shù)。（3）最大的特點(diǎn)：具有特征性。4.近紅外光譜和中紅外光譜的區(qū)別與聯(lián)系：A.所有近紅外光譜的吸收譜帶都是中紅外吸收基頻的倍頻及合頻；B.大多數(shù)近紅外光譜有著不同于中紅外光譜的信息特征。在近紅外區(qū)產(chǎn)生吸收的官能團(tuán)主要是含氫基團(tuán)，如CH、NH、SH和OH等；C.二者在信息的提取方式及用途上有很大區(qū)別；D.近紅外與中紅外在譜帶強(qiáng)度上低2個(gè)數(shù)量級(jí)以上。5.近紅外的優(yōu)勢(shì)：A. 近紅外光譜的特征性比中紅外光譜好；B. 近紅外可以不經(jīng)預(yù)處理，直接檢測(cè)各種類型的樣品，除液體外，還可檢測(cè)粉末、纖維、糊狀、乳狀等形式樣品。中紅外需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理；C. 物體對(duì)光的色散隨波長(zhǎng)的減短而增大，因而近紅外更適合作漫反射和散射光譜分析；D. 適用于近紅外光譜區(qū)的光學(xué)材料多可以使用光纖傳輸，使得近紅外更適合在線分析；E. 一張近紅外光譜可以預(yù)測(cè)多個(gè)理化參數(shù)。附：化學(xué)計(jì)量學(xué)原理化學(xué)計(jì)量學(xué)是對(duì)化學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。就光譜分析而言，實(shí)際測(cè)得的光譜數(shù)據(jù)不僅包括了被測(cè)樣品的組成和結(jié)構(gòu)信息，而且還包括了噪音，噪音包括測(cè)量誤差，不同組分之間的干擾等。由于噪音的影響，尤其在復(fù)雜分析體系中，常常不能滿足光譜分析的基礎(chǔ)比爾定律成立的條件。而化學(xué)計(jì)量學(xué)方法可有效地剔除這些噪音。近紅外光譜分析技術(shù)采用的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法為多元校正方法，主要有多元線性回歸（MLR）、主成分分析（PCA）、主成分回歸（PCR）、偏最小二乘法（PLS）、拓?fù)鋵W(xué)方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）等。其中PLS是近紅外光譜分析中使用最多和效果最好的一種方法。常用的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法引入了“主成分”和“得分”的概念。主成分相當(dāng)于一個(gè)度量單位，得分相當(dāng)于權(quán)重。比如人民幣，以其面值的度量單位有100元，50元，10元，1元等。舉例有287元，用主成分和得分的概念去表征，100250110317，即100元，50元，10元和1元為主成分，它們的得分分別為2，1，3和7，這里按照面值的大小分類，100元為第一主成分，50元為第二主成分，余類推。使用主成分和得分概念去表征光譜，即任何一個(gè)原始光譜圖都可以使用主成分光譜和其得分的線性組合來重建?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)方法通過數(shù)學(xué)方法對(duì)原始光譜處理，得到光譜的主成分和得分，根據(jù)一定的規(guī)則選取一定數(shù)目的主成分光譜重建光譜，該重建光譜最大限度地反映了被測(cè)樣品的組成和結(jié)構(gòu)信息，而最小限度地包含噪音?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)在光譜分析中應(yīng)用包括定性和定量分析。定性分析包括主成分分析和聚類分析。定量分析包括主成分分析和回歸分析。在線分析的類型從化學(xué)分析的發(fā)展趨勢(shì)來看，目前已經(jīng)從傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室分析發(fā)展到過程分析。過程分析的發(fā)展過程可分為5個(gè)階段：離線分析（取樣然后送回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定）、現(xiàn)場(chǎng)分析（儀器在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)附件，取出樣品立即測(cè)定）、側(cè)線在線分析（從裝置上通過側(cè)線把樣品引出，再通過自動(dòng)取樣系統(tǒng)把樣品引入儀器進(jìn)行測(cè)量）、定位實(shí)時(shí)在線分析（將適當(dāng)?shù)膫鞲衅骰驕y(cè)樣探頭直接插入測(cè)樣點(diǎn)測(cè)量所需要的組成或性質(zhì)數(shù)據(jù)）和非接觸分析（儀器和樣品不接觸，間接獲取樣品的光譜信息）。我們的儀器可以實(shí)現(xiàn)以上各種過程分析：實(shí)驗(yàn)室型儀器采用的是離線分析；便攜式儀器實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)分析（以5030便攜手持式光譜儀為代表）；采用各種光纖測(cè)樣器件，可以實(shí)現(xiàn)側(cè)線在線和定位實(shí)時(shí)在線分析（以3060型多路轉(zhuǎn)換過程近紅外光譜儀為代表）；非接觸測(cè)量更是我們的強(qiáng)項(xiàng)，我們有很多型號(hào)的儀器（以3030型自由空間式近紅外光譜儀為代表）可以直接安裝在生產(chǎn)裝置上，進(jìn)行非接觸測(cè)量。近紅外分析原理簡(jiǎn)介光譜分析又稱為“近紅外黑匣子”分析技術(shù)，即間接測(cè)量技術(shù)，亦即通過對(duì)樣品光光譜和其質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立校正模型，然后通過校正模型預(yù)測(cè)樣品的組成和性質(zhì)的方法。通俗的講，近紅外分析方法是一種二級(jí)分析方法，它必須要有一極的分析數(shù)據(jù)（用其他的大家認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)分析方法獲?。┳鳛榉治龌A(chǔ)?？梢哉f它是一勞永逸的標(biāo)準(zhǔn)分析方法。其分析流程見下圖：圖 近紅外光譜分析校正流程圖第三部分：美國(guó)BRIMROSE公司LUMINAR系列近紅外光譜儀介紹美國(guó)BRIMROSE公司開發(fā)研究出最先進(jìn)的AOTF技術(shù)的近紅外光譜儀，擁有36項(xiàng)AOTF及儀器的技術(shù)專利，其產(chǎn)品類型非常豐富，涵蓋了