近红外光谱仪的原理

lai莱恩仪表

近红外光谱仪的原理主要基于物质对近红外光的吸收特性，以下是其原理的详细解释：

1.分子振动与能级跃迁

-近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。分子中的化学键（如C-H、O-H和N-H键等）在受到特定波长的近红外光照射时，会吸收光子的能量，导致分子振动能级的跃迁。不同化学键或官能团具有不同的振动频率，因此会吸收特定波长的近红外光，产生相应的吸收峰。

2.测量方式

-透射模式：适用于清澈、透明的均匀液体样品。光源发出的近红外光透过样品，部分光被样品吸收，剩余的光被探测器检测到。根据朗伯比尔定律，吸光度与光程及样品浓度呈正比关系，通过测量吸光度可以计算出样品中待测成分的浓度。

-漫反射模式：可用于粉、块、片、丝等固体样品，以及膏、糊等半固体样品的测量。近红外光照射到样品上时，会发生漫反射和吸收现象。虽然漫反射光谱不符合朗伯比尔定律，但经过研究发现，漫反射的吸光度与浓度在一定条件下具有线性关系，因此可通过建立校正模型来定量分析样品的成分。

-漫透射模式：常用于药片、滤纸状样品、薄层状样品的近红外光谱测量。入射光照射不太厚的固体样品时，光在样品内部进行透射和漫反射，最后透过样品在光谱仪上记录光谱，其光谱吸光度与组分浓度为线性关系。

-透反射模式：是在样品溶液后方放置一块反光镜，入射光通过样品后经反射镜反射后再次进入样品溶液，在入射光相同一侧测定透反射光谱。该模式下光通过样品二次，光程是普通透射光谱光程的二倍，其吸光度与浓度也为线性关系。

3.光谱数据处理与分析

-预处理：由于样品的状态、测量条件等因素可能会对光谱数据产生影响，因此需要对原始光谱数据进行预处理，以消除噪声、背景干扰等不利因素。常用的预处理方法包括平滑、基线校正、归一化等。

-定性分析：通过比较样品的近红外光谱与已知物质的光谱，可以确定样品中是否含有某种特定的化学成分或官能团。例如，如果一个样品的近红外光谱在某个特定的波长处有明显的吸收峰，且该吸收峰与某种已知物质的特征吸收峰相匹配，那么就可以初步判断该样品中含有这种已知物质。

-定量分析：利用化学计量学方法，如多元线性回归、主成分分析、偏最小二乘回归等，建立光谱数据与样品中待测成分含量之间的定量关系模型。首先需要收集一定量有代表性的已知成分含量的样品作为训练集，测量其近红外光谱图，并使用标准分析方法测定其参考数据。然后通过化学计量学方法对光谱数据进行处理，将其与参考数据关联，建立校正模型。在实际分析时，将待测样品的光谱图代入校正模型中，即可计算出样品中待测成分的含量。

综上所述，近红外光谱仪凭借其独特的原理，在多个领域有着广泛的应用前景。随着技术的不断发展和完善，近红外光谱仪将在更多领域发挥重要作用，为人们的生产生活带来更多便利。

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