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近紅外光譜儀的技術特點介紹

釋出時間·✘:2022-07-19      點選次數·✘:122
近紅外光(Near Infrared✘▩•,NIR)是介於可見光(VIS)和中紅外光(MIR)之間的電磁波✘▩•, ASTM 定義的近紅外光譜區的波長範圍為 780~2526nm (12820~3959cm1)✘▩•,習慣上又將近紅外區劃分為近紅外短波(780~1100nm)和近紅外長波(1100~2526nm)兩個區域₪▩。
近紅外光譜主要是由於分子振動的非諧振性使分子振動從基態向高能級躍遷時產生的✘▩•,記錄的主要是含氫基團X-H(X=C↟☁、N↟☁、O)振動的倍頻和合頻吸收₪▩。不同團(如甲基↟☁、亞甲基✘▩•,苯環等)或同一基團在不同化學環境中的近紅外吸收波長與強度都有明顯差別✘▩•,NIR 光譜具有豐富的結構和組成資訊✘▩•,非常適合用於碳氫有機物質的組成與性質測量₪▩。但在 NIR區域✘▩•,吸收強度弱✘▩•,靈敏度相對較低✘▩•,吸收帶較寬且重疊嚴重₪▩。因此✘▩•,依靠傳統的建立工作曲線方法進行定量分析是十分困難的✘▩•,化學計量學的發展為這一問題的解決奠定了數學基礎₪▩。其工作原理是✘▩•,如果樣品的組成相同✘▩•,則其光譜也相同✘▩•,反之亦然₪▩。如果我們建立了光譜與待測引數之間的對應關係(稱為分析模型)✘▩•,那麼✘▩•,只要測得樣品的光譜✘▩•,透過光譜和上述對應關係✘▩•,就能很快得到所需要的質量引數資料₪▩。分析方法包括校正和預測兩個過程·✘:
(1)在校正過程中✘▩•,收集一定量有代表性的樣品(一般需要80個樣品以上)✘▩•,在測量其光譜圖的同時✘▩•,根據需要使用有關標準分析方法進行測量✘▩•,得到樣品的各種質量引數✘▩•,稱之為參考資料₪▩。透過化學計量學對光譜進行處理✘▩•,並將其與參考資料關聯✘▩•,這樣在光譜圖和其參考資料之間建立起一一對應對映關係✘▩•,通常稱之為模型₪▩。雖然建立模型所使用的樣本數目很有限✘▩•,但透過化學計量學處理得到的模型應具有較強的普適性₪▩。對於建立模型所使用的校正方法視樣品光譜與待分析的性質關係不同而異✘▩•,常用的有多元線性迴歸✘▩•,主成分迴歸✘▩•,偏*小二乘✘▩•,人工神經網路和拓撲方法等₪▩。顯然✘▩•,模型所適用的範圍越寬越好✘▩•,但是模型的範圍大小與建立模型所使用的校正方法有關✘▩•,與待測的性質資料有關✘▩•,還與測量所要求達到的分析精度範圍有關₪▩。實際應用中✘▩•,建立模型都是透過化學計量學軟體實現的✘▩•,並且有嚴格的規範(如ASTM6500標準)₪▩。
(2)在預測過程中✘▩•,首先使用近紅外光譜儀測定待測樣品的光譜圖✘▩•,透過軟體自動對模型庫進行檢索✘▩•,選擇正確模型計算待測質量引數₪▩。
近紅外光譜近紅外分析技術的一個重要特點就是技術本身的成套性✘▩•,即必須同時具備三個條件·✘:
(1)各項效能長期穩定的近紅外光譜儀✘▩•,是保證資料具有良好再現性的基本要求;
(2)功能齊全的化學計量學軟體✘▩•,是建立模型和分析的必要工具;
(3)準確並適用範圍足夠寬的模型₪▩。
這三個條件的有機結合起來✘▩•,才能為使用者真正發揮作用₪▩。 
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