近红外光谱技术在化学分析方面的应用进展

摘要：近红外光谱技术目前已在农业、环境、食品、医疗、通信等行业广泛应用，在粮食领域，已应用于粮油的收获和储藏的品质检测等。近红外光谱技术已经成为分析有机样品的主要分析技术，并能够方便快捷的测量各形态样品。随着科学技术不断更新，近红外光谱技术将会以其便捷、快速、高效及在线分析技术在更多领域应用发展，推动现代化生产发展。基于此，文章就近红外光谱技术在化学分析方面的应用进行分析。

关键词：近红外光谱技术；化学分析；应用

1.近红外光谱分析技术简介

1.1基本概念

通常将波长介于可见区与中红外区间的电磁波成为近红外光（NI R），他的波长范围介于800～2500nm。NIRS是基于近红外光的物理特性而衍生出来的一种新型技术。其主要原理是利用待测样品中含有O-H、C-H、N-H和C-C等化学键的泛频振动或转动，以漫反射方式获得在近红外区的光谱，通过多元线性回归、主成分分析、偏最小二乘法及人工神经网等化学计量学手段，建立起物质光谱与待测样品成分间定标模型，最终实现对待测样品成分的预测。

1.2近红外光谱分析技术的特点

近红外光谱分析技术成功地结合了计算机技术、光谱技术和化学计量学等诸多方面的技術成果，已在许多领域中得以应用，与传统分析技术相比主要具有以下优点：不需要对待分析样品进行前处理、不会对环境造成污染且节约大量的试剂费用、投资及操作成本低、分析方便速度快、稳定性好，受干扰小、分析过程中不消耗其他材料或破坏样品、测试重现性好等（陆婉珍，2006）。随着微电机系统和微光机电系统技术的发展，国内外研制出了几款新型的微型近红外仪。微型近红外光谱仪与普通的光谱仪相比有其明显的优势：（1）体积小、容易实现模块化，更符合近年来对检测仪器轻巧、便携的要求，且实现了现场应用的价值；（2）耐用、结构紧凑、低能耗、校准速度快、对环境温度和湿度变化适用范围更宽；当前，国内生产的微型化近红外光谱仪大多数还处在理论的样品机状态，实用化的商品较少，但是，也已在制药、奶粉生产等现场的监测中广泛应用，所以微型化近红外光谱仪的开发不仅是现实的需要，也是一种普遍趋势。

2.近红外光谱技术在化学分析中的应用

2.1近红外光谱技术在医药领域的应用

随着近红外光谱光纤技术的发展，配合化学计量学的有效方法，近红外光谱技术已经渗透到制药工业的多个领域。近年来，近红外光谱技术被引入中药领域，在中药药材真伪辨别、产地分析、中成药成分测定方面取得了一些进展。近红外光谱分析技术因其无损性不仅保证了药物的质量，还在一定程度上提高了药物生产过程中质量控制的自动化程度，推动了医药产业发展。

2.2近红外光谱技术在食品农业科学中的应用

近红外光谱技术最早应用于农产品分析，主要是对谷物、油料、经济作物、豆类和块根类农作物的水分、蛋白质、脂肪、氨基酸、淀粉、果糖、纤维素、可溶性氮等含量测定。目前已经由农业产品分析拓展到食品质量测定上，主要是食品工业和粮油加工中水分子结合态的解析、淀粉的检测和水果内部品质的测定方面，比如非破坏性水果蔬菜质量检测、牛奶品质分析、大米直链淀粉含量的检测等等。目前肉类品质检测的首选方法就是近红外光谱技术，在线检测牛肉或猪肉中脂肪、水和蛋白质的含量，方便快速又准确。

2.3近红外光谱分析技术在饲料中的应用

由于近红外光谱分析技术独特的优势，伴随着仪器的制造水平的提升、光谱化学计量学软件的开发及各种测定样品附件的研制均已达到较高的水平，自20世纪80年代中后期以来，NIRS在饲料中的应用已相当成熟，是农业经济快速发展的新亮点。1960年开始，研究者Norris等（Burns等，1992）率先开始了利用NIRS测定谷物中的常规营养成分含量的研究，同时也进行了将近红外光谱技术应用于其他农产品组分和质量的研究。随着近红外光谱分析技术的熟练应用，Schaalje和Mundel（1991）利用NIRS对大豆中氮的含量进行了检测。Fontaine等（2001）研究表明，利用NIRS测定鱼粉中油脂和蛋白质含量是可行的。Montes等（2006）对饲料中的能量之王玉米的三种成分进行测定，其结果为：DM（RV2=0.95，SEP=1.2%），CP（RV2=0.88，SEP=0.3%），ST（RV2=0.79，SEP=1.0%）。目前NIRS技术不局限于样品常规成分的分析，同时也能分析样品中的微量组分含量，如氨基酸、维生素、毒素等物质含量，还可以进行饲料有效能或消化率的测定等。有研究表明，近红外预测棉籽粕真可利用氨基酸含量的定标结果是可行的，可按真可利用氨基酸进行饲料配方，达到准确适时高效利用饲料资源的目的。

2.4近红外光谱技术在石油化工中的应用

近红外光谱技术以其独特的优势在石油化工领域被充分应用，囊括了从生产过程质量控制到石化产品质量检测等石油加工的各个环节。在汽油分析上，近红外光谱技术主要体现在快速测定汽油族组成、测定汽油辛烷值、测定汽油物性参数、在汽油调和中的运用等方面；在柴油分析上，主要体现在对柴油组成和柴油氧化安定性的测定上；润滑油分析上，则是对润滑油基础油的化学族组成、基础油粘度指数测定等方面。总的来说，近红外光谱技术已被石化企业广泛应用在石油性质、品质分析，以及在线分析监控炼油工业、汽油调和及石油大分子含量测定上，被各种重要炼油装置如原油蒸馏、催化裂化和蒸汽裂解等普遍采用。

综上，当前，远红外光谱技术在各方面都得到了良好的应用，随着仪器和光谱处理化学计量软件的国产化和相应各类应用模型的开发，近红外光谱技术作为一种分析技术将会在越来越多的领域中充当快速检测的手段。

参考文献：

[1]申钦鹏，张涛，刘春波，何沛，王昆淼，杨光宇，刘志华.近红外光谱定量分析技术在烟草和烟气化学成分分析中的研究进展[J].广东农业科学，2015，04：77-85.

[2]王耀鹏，顾志荣，孙宇靖，王亚丽.近红外光谱快速定量技术在中药分析中的最新应用进展[J].中国实验方剂学杂志，2015，09：223-226.

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