近紅外光譜技�(shù)(NIR)是 90 年代以來�(fā)展最�、最引人注目的分析技�(shù)之一。由于近紅外光在常規(guī)光纖中有良好的傳輸特�,且其儀器較簡單、分析速度�、非破壞性和樣品制備量小、幾乎適合各類樣品(液體、粘稠體、涂�、粉末和固體)分�、多組分多通道同時(shí)測定等特�(diǎn),成為在線分析儀表中的一枝奇�。近幾年,隨著化�(xué)�(jì)量學(xué)、光纖和�(jì)算機(jī)技�(shù)的發(fā)�,在線近紅外光譜分析技�(shù)正以驚人的速度�(yīng)用于包括�(nóng)�、食�、化�、石�、制藥、煙草等在內(nèi)的許多領(lǐng)�,為科研、教�(xué)以及生產(chǎn)過程控制提供了一�(gè)十分廣闊的使用空��
樣品無須�(yù)處理可直接測量:近紅外光譜測量方式有透射、反射和漫反射多種形式,適合測量液體、固體和漿狀等形式的樣品,因�,用途很�。的�(yōu)�(diǎn)就是無須對樣品�(jìn)行任何預(yù)處理,如汽油可直接倒入測量杯中�?qū)⒐饫w探頭直接插入汽油中�(jìn)行測�,操作非常方�,幾秒鐘�(nèi)完成光譜掃描�
光纖�(yuǎn)距離測量:近紅外光可以通過光纖�(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸,可以實(shí)�(xiàn)距光譜儀以外的遠(yuǎn)距離測量,可將測量探頭或流通池直接安裝到生�(chǎn)裝置的管�,實(shí)�(xiàn)在線測量,或�(huán)境苛刻以及危�(xiǎn)的地方的�(xiàn)場測�。一�(tái)在線近紅外光譜儀可以外接多路�2~10 路)光纖回路,實(shí)�(xiàn)同時(shí)對生�(chǎn)裝置的多�(gè)測量�(diǎn)的物料在線測�。在線測量數(shù)�(jù)可直接輸送到 DCS 或先�(jìn)控制系統(tǒng),為生產(chǎn)的優(yōu)化及�(shí)提供油品的質(zhì)量參�(shù)。與其它在線測量儀表提供的參數(shù)(如壓力、流量和溫度等變量)相比,在線近紅外分析提供的數(shù)�(jù)(如組成或性質(zhì))是直接�(zhì)量參�(shù),對生產(chǎn)的優(yōu)化提供更�(zhǔn)確和有益的參考信息。近紅外分析與常�(guī)的標(biāo)�(zhǔn)分析方法配合使用,起到雙方互�(bǔ)的作�,不僅能夠及�(shí)向生�(chǎn)控制部門提供分析�(shù)�(jù),同�(shí)也節(jié)省了大量分析化驗(yàn)�(fèi)用(包括人力、設(shè)�,和試劑等);在線近紅外分析� DCS 連接,直接給控制系統(tǒng)提供�(shù)�(jù),據(jù)此�(jìn)行生�(chǎn)�(yōu)化得到的�(jīng)�(jì)效益是巨大的;與其它在線儀表相�,近紅外光譜儀�(yùn)行故障率和消耗均很低�
近紅外光(Near Infrared,NIR)是介于可見光(VIS)和中紅外光(MIR)之間的電磁�� ASTM 定義的近紅外光譜區(qū)的波長范圍為 780~2526nm �12820�3959cm1�,習(xí)慣上又將近紅外區(qū)劃分為近紅外短波�780~1100nm)和近紅外長波(1100~2526nm)兩�(gè)區(qū)��
近紅外光譜主要是由于分子振動(dòng)的非諧振性使分子振動(dòng)從基�(tài)向高能級躍遷�(shí)�(chǎn)生的,記錄的主要是含氫基�(tuán)X-H(X=�、N、O)振�(dòng)的倍頻和合頻吸�。不同團(tuán)(如甲基、亞甲基,苯�(huán)等)或同一基團(tuán)在不同化�(xué)�(huán)境中的近紅外吸收波長與強(qiáng)度都有明顯差�,NIR 光譜具有豐富的結(jié)�(gòu)和組成信�,非常適合用于碳?xì)溆袡C(jī)物質(zhì)的組成與性質(zhì)測量。但� NIR區(qū)域,吸收�(qiáng)度弱,靈敏度相對較低,吸收帶較寬且重疊嚴(yán)�。因�,依靠傳�(tǒng)的建立工作曲線方法�(jìn)行定量分析是十分困難的,化學(xué)�(jì)量學(xué)的發(fā)展為這一問題的解決奠定了�(shù)�(xué)基礎(chǔ)。其工作原理是,如果樣品的組成相�,則其光譜也相同,反之亦�。如果我們建立了光譜與待測參�(shù)之間的對�(yīng)�(guān)系(稱為分析模型),那么,只要測得樣品的光譜,通過光譜和上述對�(yīng)�(guān)�,就能很快得到所需要的�(zhì)量參�(shù)�(shù)�(jù)。分析方法包括校正和�(yù)測兩�(gè)過程�
?�?)在校正過程中,收集一定量有代表性的樣品(一般需�80�(gè)樣品以上),在測量其光譜圖的同時(shí),根�(jù)需要使用有�(guān)�(biāo)�(zhǔn)分析方法�(jìn)行測量,得到樣品的各種質(zhì)量參�(shù),稱之為參考數(shù)�(jù)。通過化學(xué)�(jì)量學(xué)對光譜�(jìn)行處理,并將其與參考數(shù)�(jù)�(guān)�(lián),這樣在光譜圖和其參考數(shù)�(jù)之間建立起一一對應(yīng)映射�(guān)系,通常稱之為模�。雖然建立模型所使用的樣本數(shù)目很有限,但通過化學(xué)�(jì)量學(xué)處理得到的模型應(yīng)具有較強(qiáng)的普適�。對于建立模型所使用的校正方法視樣品光譜與待分析的性質(zhì)�(guān)系不同而異,常用的有多元線性回�,主成分回歸,偏最小二�,人工神�(jīng)�(wǎng)�(luò)和拓?fù)浞椒ǖ?。顯�,模型所適用的范圍越寬越�,但是模型的范圍大小與建立模型所使用的校正方法有�(guān),與待測的性質(zhì)�(shù)�(jù)有關(guān),還與測量所要求�(dá)到的分析精度范圍有關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中,建立模型都是通過化學(xué)�(jì)量學(xué)軟件�(shí)�(xiàn)�,并且有�(yán)格的�(guī)范(如ASTM6500�(biāo)�(zhǔn))�
?�?)在�(yù)測過程中,首先使用近紅外光譜儀測定待測樣品的光譜圖,通過軟件自動(dòng)對模型庫�(jìn)行檢�,選擇正確模型計(jì)算待測質(zhì)量參�(shù)�
近紅外分析技�(shù)的一�(gè)重要特點(diǎn)就是技�(shù)本身的成套�,即必須同時(shí)具備三�(gè)條件�
?�?)各�(xiàng)性能長期�(wěn)定的近紅外光譜儀,是保證�(shù)�(jù)具有良好再現(xiàn)性的基本要求�
?�?)功能齊全的化學(xué)�(jì)量學(xué)軟件,是建立模型和分析的必要工具�
�3)準(zhǔn)確并適用范圍足夠?qū)挼哪P汀?/FONT>
這三�(gè)條件的有�(jī)�(jié)合起�,才能為用戶真正�(fā)揮作�。因此,在購買儀器時(shí)必須對儀器提供的模型使用性有足夠的認(rèn)�(shí),特別避免�(gè)別商家為推銷儀器所做的過度宣傳的不良誘�(dǎo),為此付出代�(jià)的廠家有�,因�,一定要對廠家提供模型與技�(shù)支持情況有詳�(xì)了解�
近紅外分析技�(shù)分析速度�,是�?yàn)楣庾V測量速度很快,計(jì)算機(jī)�(jì)算結(jié)果速度也很快的原因。但近紅外分析的效率是取決于儀器所配備的模型的�(shù)目,比如測量一張光譜圖,如果僅有一�(gè)模型,只能得到一�(gè)�(shù)�(jù),如果建立了10 種數(shù)�(jù)模型,那�,僅憑測量的一張光�,可以同�(shí)得到 10 種分析數(shù)�(jù)�