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近红外光谱仪是什么?

更新时间:2026-04-28      浏览次数:7

近红外光谱仪是一种分析仪器,它通过分析近红外光照射物体所获得的吸收光谱和透射光谱来进行分析。

近红外辐射的吸收率远低于中红外和远红外辐射,因此无需切片等预处理即可进行无损检测。它可以快速测量水分含量和成分,广泛应用于化学和食品等领域。

近红外光谱设备的应用

近红外光谱仪无需预处理即可进行无损检测。它广泛应用于各个领域,用于分析材料的含水量和成分。其主要应用实例如下。

  • 研究与开发:材料结构分析和化学反应监测。

  • 食品:分析食品成分,如水分、脂肪和蛋白质,并进行质量控制。

  • 药品和化学品(聚合物等):原材料验证和产品均匀性评价。

  • 农业:作物组成分析

近红外光谱仪是一种用于测量、原材料验收测试以及各种制造环境中的质量控制的有用仪器。

近红外光谱仪原理

1. 近红外光谱

近红外光(NIR)是指波长约为 800–2,500 nm(波数 12,500–4,000 cm⁻¹ 的光。该波段恰好位于可见光波段和中红外光波段之间。

红外光谱和近红外光谱是分析分子振动引起的红外吸收的光谱技术。由于分子内原子间的化学键会根据键的类型表现出不同的伸缩振动,因此可以通过检测吸收的红外辐射的波数来确定官能团的类型。

分子通过吸收红外光从基态跃迁到激发态,存在三种可能的过渡态:

  • 基频:从基态到激发态的转变,其中一个量子数为 1。

  • 谐波:基态和激发态之间的跃迁,其中只有一个量子数大于或等于 2。

  • 耦合音:基态与两个或多个量子数大于等于 1 的激发态之间的跃迁。

近红外光谱主要研究谐波和合成音。由于众多谐波和合成音相互叠加,导致谱带归属困难,因此分析通常采用群频率的概念。

2. 近红外光谱仪的特点

近红外光谱仪的优点是不需要样品预处理,可以测量样品的自然状态。

该检测器测量由于样品吸收(或反射)而导致入射红外辐射强度降低的程度。所得红外光谱(红外吸收光谱)以入射红外辐射的波数(单位:cm⁻¹ 读作:Kaiser)为横坐标,透射率%T为纵坐标绘制而成。

在定量分析中,校准曲线是利用统计方法建立的。主成分回归分析和偏最小二乘回归是常用的定量模型,用于建立校准曲线。

近红外光谱仪的类型

近红外光谱仪包括色散型和傅里叶变换近红外光谱仪(FT-NIR)。通常,傅里叶变换型更为常用。

1. 去中心化

在色散近红外光谱系统中,光谱仪中使用衍射光栅来分散穿过样品后的光线,然后由探测器依次检测每个波长。

2. 傅里叶变换型(FT-NIR)

在傅里叶变换型近红外光谱(FT-NIR)中,使用干涉仪产生干涉波,然后将干涉波照射到样品上。该方法以非色散方式同时检测所有波长,然后在计算机上进行傅里叶变换以计算每个波长分量。


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