近紅外光譜儀的分析原理(lǐ)

　　近紅外光(Near Infrared，NIR)是介于可(kě)見光(VIS)和(hé)中紅外光(MIR)之間(jiān)的電(diàn)磁波， ASTM 定義的近紅外光譜區(qū)的波長範圍為(wèi) 780~2526nm (12820～3959cm1)，習慣上(shàng)又将近紅外區(qū)劃分為(wèi)近紅外短(duǎn)波(780~1100nm)和(hé)近紅外長波(1100~2526nm)兩個(gè)區(qū)域。

　　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态向高(gāo)能級躍遷時(shí)産生(shēng)的，記錄的主要是含氫基團X-H(X=C、N、O)振動的倍頻和(hé)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(yǒu)明(míng)顯差别，NIR 光譜具有(yǒu)豐富的結構和(hé)組成信息，非常适合用于碳氫有(yǒu)機物質的組成與性質測量。但(dàn)在 NIR區(qū)域，吸收強度弱，靈敏度相對較低(dī)，吸收帶較寬且重疊嚴重。因此，依靠傳統的建立工作(zuò)曲線方法進行(xíng)定量分析是十分困難的，化學計量學的發展為(wèi)這一問題的解決奠定了數學基礎。其工作(zuò)原理(lǐ)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參數之間(jiān)的對應關系(稱為(wèi)分析模型)，那(nà)麽，隻要測得(de)樣品的光譜，通(tōng)過光譜和(hé)上(shàng)述對應關系，就能很(hěn)快得(de)到所需要的質量參數數據。分析方法包括校(xiào)正和(hé)預測兩個(gè)過程：

　　(1)在校(xiào)正過程中，收集一定量有(yǒu)代表性的樣品(一般需要80個(gè)樣品以上(shàng))，在測量其光譜圖的同時(shí)，根據需要使用有(yǒu)關标準分析方法進行(xíng)測量，得(de)到樣品的各種質量參數，稱之為(wèi)參考數據。通(tōng)過化學計量學對光譜進行(xíng)處理(lǐ)，并将其與參考數據關聯，這樣在光譜圖和(hé)其參考數據之間(jiān)建立起一一對應映射關系，通(tōng)常稱之為(wèi)模型。雖然建立模型所使用的樣本數目很(hěn)有(yǒu)限，但(dàn)通(tōng)過化學計量學處理(lǐ)得(de)到的模型應具有(yǒu)較強的普适性。對于建立模型所使用的校(xiào)正方法視(shì)樣品光譜與待分析的性質關系不同而異，常用的有(yǒu)多(duō)元線性回歸，主成分回歸，偏小(xiǎo)二乘，人(rén)工神經網絡和(hé)拓撲方法等。顯然，模型所适用的範圍越寬越好，但(dàn)是模型的範圍大(dà)小(xiǎo)與建立模型所使用的校(xiào)正方法有(yǒu)關，與待測的性質數據有(yǒu)關，還(hái)與測量所要求達到的分析精度範圍有(yǒu)關。實際應用中，建立模型都是通(tōng)過化學計量學軟件實現的，并且有(yǒu)嚴格的規範(如ASTM6500标準)。

　　(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，通(tōng)過軟件自動對模型庫進行(xíng)檢索，選擇正确模型計算(suàn)待測質量參數。

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