紅外光譜分析技術的優點是哪些

1. 紅外光譜主要用於哪幾方面，哪些領域的研究和分析紅外光譜法有什麼特點

紅外光譜(IR)分析技術是一種高效、快速的現代分析技術。它綜合運用了計算機技術、光譜技 術和化學計量學等多個學科的最新研究成果，以其獨特的優點適合於有機物、無機物、聚合物、蛋白質二級結構、包裹體、微量樣品的分析，OMNIC光譜庫可快速辨別未知樣品，它包括了9000種光譜圖和創新的多成分搜索路徑，對未知物樣品以及混合物樣品光譜可以進行譜庫檢索，對混合物樣品可以進行剖析。紅外光譜技術包括透射技術和反射技術, ATR是全反射紅外光譜，當樣品的透光率很低時，用此法比較簡單；壓片做紅外適合那些粉末狀或易製成粉末狀的樣品，還要保持一定的透光率。ATR(attenuated total refraction，衰減全反射)，作為紅外光譜法的重要實驗方法之一，由於其並不需要通過透過樣品的信號，而是通過樣品表面的反射信號獲得樣品表層有機成份的結構信息，極大地擴大了紅外光譜法的應用范圍。使許多採用傳統透過法無法制樣，或者樣品制各過程十分復雜、難度大、而效果又不理想的實驗成為可能。尤其在橡膠，塑料，纖維，膠黏劑，等高分子材料製品表面成分分析、無損檢測得到廣泛的應用。

2. 近紅外的特點

與傳統分析技術相比，近紅外光譜分析技術具有諸多優點，它能在幾分鍾內，僅通過對被測樣品完成一次近紅外光譜的採集測量，即可完成其多項性能指標的測定（最多可達十餘項指標）。光譜測量時不需要對分析樣品進行前處理；分析過程中不消耗其它材料或破壞樣品；分析重現性好、成本低。
無前處理、無污染、方便快捷
近紅外光線具有很強的穿透能力，在檢測樣品時，不需要進行任何前處理，可以穿透玻璃和塑料
包裝進行直接檢測，也不需要任何化學試劑。和常規分析方法相比，既不會對環境造成污染，又可以節約大量的試劑費用。近紅外儀器的測定時間短，幾分鍾甚至幾秒鍾就可以完成測試，並列印出結果。
無破壞性
無破壞性是近紅外技術一大優點，根據這一優點，近紅外技術可以用於果蔬原料及成品的無損檢測。在果品貯藏庫中安裝近紅外裝置，能夠實現果蔬的自動檢測，節省大量的人力和物力。
在線檢測
由於近紅外技術能夠及時快捷的對樣品進行檢測，在生產中，可以在生產流水線上配置近紅外
裝置，對原料和成品及半成品進行連續再現檢測，有利於及時地發現原料及產品品質的變化，便於及時調控，維持產品質量的穩定。光纖導管和光纖探頭的開發應用使遠距離檢測成為現實。且遠距離檢測技術特別適用於污染嚴重、高壓、高溫等對人體和儀器有損害的環境應用，為近紅外網路技術的發展奠定了基礎。
多組分同時檢測
多組分同時測定，是近紅外技術得以大力推廣的主要原因。在同一模式下，可以同時測定多種組
分，比如在測小麥的模式中,可以同時測定其蛋白質含量、水分含量、硬度、沉澱值、快速混合比等指標，這樣大大簡化了測定操作。不同的組分對測定結果都有一定的影響，因為在測定過程中，其它組分對近紅外光線也有吸收。
測定速度快
近紅外光譜的信息必須由計算機進行數據處理及統計分析一個樣品取得光譜數據後可以立即得到定性或定量分析結果整個過程可以在不到2min內完成而且可以通過樣品的一張光譜計算出樣品的各種組成或性質數據。
投資及操作費用低
近紅外光譜儀的光學材料為一般的石英或玻璃儀器價格低操作空間小樣品大多數不需要預處理投資及操作費用較低而且儀器的高度自動化降低了操作者的技能要求。
當然，近紅外光譜分析也有其固有的缺點：首先，它的測試靈敏度比較低，相對誤差比較大；其次，由於是一種間接測量手段，需要用參考方法（一般是化學分析方法）獲取一定數量的樣品數據，因此測量精度永遠不能達到該參考方法的測量精度，建立模型也需要一定的化學計量學知識、費用以及時間；最後，近紅外光潛的測量范圍，只適合對含氫基團的組分或與這些組分相關的屬性進行測定，而且組分的含量一般應大於0.1%才能用近紅外進行測定。對於經常的質量監控是十分經濟且快速的，但對於偶然做一兩次的分析或分散性樣品的分析則不太適用。因為建立近紅外光譜方法之前，必須投入一定的人力、物力和財力，才能得到一個准確的校正模型。

3. 現代近紅外光譜分析技術的現代近紅外光譜技術的特點

近紅外光譜技術之所以成為一種快速 、 高效適合過程在線分析的有利工具, 是由其技術特點決定的, 近紅外光譜分析的主要技術特點如下：
(1)分析速度快。 由於光譜的測量過程一般可在 1 min內完成 (多通道儀器可在 1Sec 之內完成), 通過建立的校正模型可迅速測定出樣品的組成或性質。
(2)分析效率高。 通過一次光譜的測量和已建立的相應的校正模型, 可同時對樣品的多個組成或性質進行測定。 在工業分析中, 可實現由單項目操作向車間化多指標同時分析的飛躍, 這一點對多指標監控的生產過程分析非常重要, 在不增加分析人員的情況下可以保證分析頻次和分析質量, 從而保證生產裝置的平穩運行。
(3)分析成本低。 近紅外光譜在分析過程中不消耗樣品, 自身除消耗一點電外幾乎無其他消耗, 與常用的標准或參考方法相比, 測試費用可大幅度降低。
(4)測試重現性好。 由於光譜測量的穩定性, 測試結果很少受人為因素的影響, 與標准或參考方法相比, 近紅外光譜一般顯示出更好的重現性。
(5)樣品測量一般勿需預處理, 光譜測量方便。 由於近紅外光較強的穿透能力和散射效應, 根據樣品物態和透光能力的強弱可選用透射或漫反射測譜方式。 通過相應的測樣器件可以直接測量液體、 固體、 半固體和膠狀類等不同物態的樣品。
(6)便於實現在線分析 。 由於近紅外光在光纖中良好的傳輸特性, 通過光纖可以使儀器遠離采樣現場, 將測量的光譜信號實時地傳輸給儀器, 調用建立的校正模型計算後可直接顯示出生產裝置中樣品的組成或性質結果。 另外通過光纖也可測量惡劣環境中的樣品。
(7)典型的無損分析技術。 光譜測量過程中不消耗樣品, 從外觀到內在都不會對樣品產生影響。 鑒於這一特點,該技術在活體分析和醫葯臨床領域正得到越來越多的應用。
(8)現代近紅外光譜分析也有其固有的弱點。 一是測試靈敏度相對較低, 這主要是因為近紅外光譜作為分子振動的非諧振吸收躍遷幾率較低, 一般近紅外倍頻和合頻的譜帶強度是其基頻吸收的 10 到 10000 分之一, 就對組分的分析而言, 其含量一般應大於 0.1%；二是一種間接分析技術, 方法所依賴的模型必須事先用標准方法或參考方法對一定范圍內的樣品測定出組成或性質數據, 因此模型的建立需要一定的化學計量學知識、 費用和時間, 另外分析結果的准確性與模型建立的質量和模型的合理使用有很大的關系。

4. 紅外光譜法的特點

利用物質對紅外光區的電磁輻射的選擇性吸收來進行結構分析及對各種吸收紅外光的化合物的定性和定量分析的一法。被測物質的分子在紅外線照射下，只吸收與其分子振動、轉動頻率相一致的紅外光譜。對紅外光譜進行剖析，可對物質進行定性分析。化合物分子中存在著許多原子團[1]，各原子團被激發後，都會產生特徵振動，其振動頻率也必然反映在紅外吸收光譜上。據此可鑒定化合物中各種原子團，也可進行定量分析。
要求①試樣純度應大於98％②試樣不應含水（結晶水或游離水）③試樣濃度和厚度要適當
不能對混合物進行定性分析

5. 近紅外光譜有哪些優缺點

一、濾光片型近紅外光譜儀器：

濾光片型近紅外光譜儀器以濾光片作為分光系統，即採用濾光片作為單色光器件。濾光片型近紅外光譜儀器可分為固定式濾光片和可調式濾光片兩種形式，其中固定濾光片型的儀器時近紅外光譜儀最早的設計形式。儀器工作時，由光源發出的光通過濾光片後得到一寬頻的單色光，與樣品作用後到達檢測器。

該類型儀器優點是：儀器的體積小，可以作為專用的便攜儀器;製造成本低，適於大面積推廣。

該類型儀器缺點是：單色光的譜帶較寬，波長解析度差;對溫濕度較為敏感;得不到連續光譜;不能對譜圖進行預處理，得到的信息量少。故只能作為較低檔的專用儀器。

二、色散型近紅外光譜儀器：

色散型近紅外光譜儀器的分光元件可以是棱鏡或光柵。為獲得較高解析度，現代色散型儀器中多採用全息光柵作為分光元件，掃描型儀器通過光柵的轉動，使單色光按照波長的高低依次通過樣品，進入檢測器檢測。根據樣品的物態特性，可以選擇不同的測樣器件進行投射或反射分析。

該類型儀器的優點：是使用掃描型近紅外光譜儀可對樣品進行全譜掃描，掃描的重復性和解析度叫濾光片型儀器有很大程度的提高，個別高端的色散型近紅外光譜儀還可以作為研究級的儀器使用。化學計量學在近紅外中的應用時現代近紅外分析的特徵之一。採用全譜分析，可以從近紅外譜圖中提取大量的有用信息;通過合理的計量學方法將光譜數據與訓練集樣品的性質(組成、特性數據)相關聯可得到相應的校正模型;進而預測未知樣品的性質。

該類型儀器的缺點：是光柵或反光鏡的機械軸承長時間連續使用容易磨損，影響波長的精度和重現性;由於機械部件較多，儀器的抗震性能較差;圖譜容易受到雜散光的干擾;掃描速度較慢，擴展性能差。由於使用外部標准樣品校正儀器，其解析度、信噪比等指標雖然比濾光片型儀器有了很大的提高，但與傅里葉型儀器相比仍有質的區別。

6. 闡述紅外光譜法的特點和產生紅外吸收的條件

紅外光譜法的特點：

特徵性強、測定快速、不破壞試樣、試樣用量少、操作簡便、能分析各種狀態的試樣、分析靈敏度較低、定量分析誤差較大。

產生紅外吸收的條件：

1、輻射後具有能滿足物質產生振動躍遷所需的能量。

2、分子振動有瞬間偶極距變化。

當分子振動引起分子偶極矩變化時，就能形成穩定的交變電場，其頻率與分子振動頻率相同，可以和相同頻率的紅外輻射發生相互作用，使分子吸收紅外輻射的能量躍遷到高能態，從而產生紅外吸收光譜。

(6)紅外光譜分析技術的優點是哪些擴展閱讀：

利用紅外光譜對物質分子進行的分析和鑒定。將一束不同波長的紅外射線照射到物質的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜，據此可以對分子進行結構分析和鑒定。

分子的紅外光譜屬帶狀光譜。分子越大，紅外譜帶也越多。

7. 紅外光譜儀有什麼特點

紅外光譜是分子能選擇性吸收某些波長的紅外線,而引起分子中振動能級和轉動能級的躍遷，檢測紅外線被吸收的情況可得到物質的紅外吸收光譜，又稱分子振動光譜或振轉光譜。

在有機物分子中，組成化學鍵或官能團的原子處於不斷振動的狀態，其振動頻率與紅外光的振動頻率相當。所以，用紅外光照射有機物分子時，分子中的化學鍵或官能團可發生振動吸收，不同的化學鍵或官能團吸收頻率不同，在紅外光譜上將處於不同位置，從而可獲得分子中含有何種化學鍵或官能團的信息。

20世紀60年代，隨著Norris等人所做的大量工作，提出物質的含量與近紅外區內多個不同的波長點吸收峰呈線性關系的理論，並利用近紅外漫反射技術測定了農產品中的水分、蛋白、脂肪等成分，才使得近紅外光譜技術一度在農副產品分析中得到廣泛應用。60年代中後期，隨著各種新的分析技術的出現，加之經典近紅外光譜分析技術暴露出的靈敏度低、抗干擾性差的弱點，使人們淡漠了該技術在分析測試中的應用，此後，近紅外光譜再次進入了一個沉默的時期。

70年代產生的化學計量學(Chemometrics)學科的重要組成部分--多元校正技術在光譜分析中的成功應用，促進了近紅外光譜技術的推廣。到80年代後期，隨著計算機技術的迅速發展，帶動了分析儀器的數字化和化學計量學的發展，通過化學計量學方法在解決光譜信息提取和背景干擾方面取得的良好效果，加之近紅外光譜在測樣技術上所獨占的特點，使人們重新熟悉了近紅外光譜的價值，近紅外光譜在各領域中的應用研究陸續展開。進入90年代，近紅外光譜在產業領域中的應用全面展開，有關近紅外光譜的研究及應用文獻幾乎呈指數增長，成為發展最快、最引人注目的一門獨立的分析技術。由於近紅外光在常規光纖中具有良好的傳輸特性，使近紅外光譜在在線分析領域也得到了很好的應用，並取得良好的社會效益和經濟效益，從此近紅外光譜技術進入一個快速發展的新時期。

8. 紅外技術的優勢有哪些

紅外技術的優勢設備在發生故障之前通常都會發熱，紅外熱像儀因此成為一種有效的維修工具。紅外熱像儀也是一款適用於建築檢測的儀器，它不僅能夠快速掃描並識別肉眼無法發現的故障區域，還可用於維修檢驗和房屋保險理賠等。紅外熱像儀具有以下優勢：·發現隱藏故障，對關鍵設備進行預防性檢測·尋找建築物內的空氣泄漏和潮濕區域·鑒別能量損失和保溫不良部位·在事故發生前檢測電氣故障·快速生成紅外圖像使用易於操作的軟體創建報告、分析和編輯檢測結果紅外熱成像儀（熱成像儀或紅外熱成像儀）是通過非接觸探測紅外能量（熱量），並將其轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，並可以對溫度值進行計算的一種檢測設備。紅外熱成像儀（熱成像儀或紅外熱成像儀）能夠將探測到的熱量精確量化，或測量，使您不僅能夠觀察熱圖像，還能夠對發熱的故障區域進行准確識別和嚴格分析。由於近年來的技術革新，尤其表現在探測器技術，內置可見光照相機，各種自動功能，分析軟體的發展等等，使得紅外分析解決方案比以往更為經濟有效。

人類的發展可分為三個階段，第一個階段是人類通過製造工具，擴展體力活動的能力；第二個階段通過提高判斷能力，尋求更清晰和更廣泛的理解與判斷事物的標准；而人類近年來致力的增強獲得輸入信息的能力，擴大感覺范圍或增添新的感官，使我們的大腦能接受更多的信息，正是人類發展的第三階段。在這個階段中，紅外技術的發展已經把人類的感官由五種增加到六種。在海灣戰爭中，高科技武器展示了先進技術的廣闊平台，成為世界科技發展的風向計，也成為世界各國競相研究和開發的方向和重點。這些高科技技術也因此成為新的產業和投資熱點，創造了億萬的財富和無法預計的社會效益。

9. 紅外光譜技術與激光光聲光譜技術的優劣

激光光聲光譜技術作為一種高靈敏度的微量氣體檢測技術歷史已經超過30年，幾乎同紅外氣體檢測技術一樣長。這兩種檢測技術的共同點都是利用氣體分子吸收紅外線的特性，二者的區別在於光源。紅外檢測技術是利用紅外線做光源，是廣譜的光源，即使經過濾光片依然是廣譜的光源，所以紅外氣體感測器的選擇性差靈敏度低。激光光聲光譜技術採用激光器做光源，是單一頻率的光源，光源的頻率可以和氣體分子的吸收頻率一致，所以激光光聲光譜技術的特點是選擇性好靈敏度高。

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10. 近紅外光譜的光譜分析

近紅外光譜分析方法的優點為：
1） 分析速度快。近紅外光譜分析儀一旦經過定標後在不到一分鍾的時間內即可完成待測樣品多個組分的同步測量，如果採用二極體列陣型檢測器結合聲光調制型分光器的分析儀，則可在幾秒鍾的時間內給出測量結果，完全可以實現過程在線定量分析。
2） 對樣品無化學污染。待測樣品視顆粒度的不同可能需要簡單的物理制備過程（如磨碎、混合、乾燥等），無需任何化學干預即可完成測量過程，被稱為是一種綠色的分析技術。
3） 儀器操作簡單，對操作員的素質水平要求較低。通過軟體設計可以實現極為簡單的操作要求，在整個測量過程中引入的人為誤差較小。
4） 測量准確度高。盡管該技術與傳統理化分析方法相比精度略遜一籌，但是給出的測量准確度足夠滿足生產過程中質量監控的實際要求，故而非常實用。
5） 分析成本低。由於在整個測量過程中無需任何化學試劑，儀器定標完成後測量是一項非常簡單工作，所以幾乎沒有任何損耗。 近紅外光譜儀器從分光系統可分為固定波長濾光片、光柵色散、快速傅立葉變換、聲光可調濾光器四種類型。
濾光片型主要作專用分析儀器，如糧食水分測定儀。由於濾光片數量有限，很難分析復雜體系的樣品。
光柵掃描式具有較高的信噪比和解析度。由於儀器中的可動部件（如光柵軸）在連續高強度的運行中可能存在磨損問題，從而影響光譜採集的可靠性，不太適合於在線分析。
傅立葉變換近紅外光譜儀是具有較高的解析度和掃描速度，這類儀器的弱點同樣是干涉儀中存在移動性部件，且需要較嚴格的工作環境。
聲光可調濾光器是採用雙折射晶體，通過改變射頻頻率來調節掃描的波長，整個儀器系統無移動部件，掃描速度快。但這類儀器的解析度相對較低，價格也較高。
隨著陣列檢測器件生產技術的日趨成熟，採用固定光路、光柵分光、陣列檢測器構成的NIR儀器，以其性能穩定、掃描速度快、解析度高、信噪比高以及性能價格比好等特點正越來越引起人們的重視。在與固定光路相匹配的陣列檢測器中，常用的有電荷耦合器件（CCD）和二極體陣列（PDA）兩種類型，其中CCD多用於近紅外短波區域的光譜儀，PDA檢測器則用於長波近紅外區域。 在近紅外光譜圖譜上，依據不同種類物質所含化學成分的不同，含氫基團倍頻與合頻振動頻率不同，則近紅外圖譜的峰位、峰數及峰強是不同的，樣品的化學成分差異越大，圖譜的特徵性差異越強。採用簡易的峰位鑒別可對不同品種的中葯進行鑒別採用峰位鑒別法主要是分析組分相差較大的不同種物質，這種方法直觀、簡便，但對於性質相近的樣品鑒別卻無能為力。因此必須需要其它的方法，如化學計量學方法等來鑒別。
模式識別在六十年代末被引入到化學領域，它基於一個十分直觀的基本假設，即「物以類聚」，認為性質相近的樣本在模式空間中所處的位置相近，它們在空間形成「簇」。模式識別方法具有明顯的優點，它不需要數學模型需要的先驗知識很少擅長處理復雜事物和多元數據等。在實際工作中，經常遇到只需要知道樣品的類別或等級，並不需要知道樣品中含有的組分數與其含量的問題，這時需要應用模式識別法。模式識別法主要用於光譜的定性分析。在近紅外光譜定性分析中常用的模式識別方法很多，有聚類分析、判別分析、主成分分析和人工神經網路方法。
在中草葯及其產品的應用中，模式識別方法主要用於產品的分類與鑒定。系統聚類分析是依據一種事先選定的相似性或非相似性如距離來度量類在分類空間中的距離，再根據譜系圖決定分類結果。逐步聚類分析動態聚類法是依據距離進行分類的一種迭代方法。與系統聚類法相比，它的計算速度快，並節省儲存單元，但需事先指定分類數和適當初定值，每步迭代都對各類的中心凝聚點進行調整並按分類對象與中心的距離之遠近進行歸類，直到不變為止。
主成分分析是一種簡化數據結構、突出主要矛盾的多變數統計分類方法。利用主成分分析可以降低數據的維數，根據主因子得分對樣品進行分類。逐步判別分析能在篩選變數的基礎上建立線性判別模型。篩選是通過檢驗逐步進行的。每一步選取滿足指定水平最顯著的變數，並剔除因新變數的引入而變得不顯著的原引入變數，直到不能引入也不能剔除變數為止。
人工神經網路作為一種智能型演算法，具有很強的非線性映照能力，在非線性多元校正中已顯露出一定的優勢，關於誤差反向傳播神經網路的研究和應用較多。由於具有良好的自組織、自學習和處理復雜非線性問題的能力，因而對於復雜的、非線性的體系，可取得更好的效果，已被用於許多領域。 近紅外光譜分析技術在近幾十年內得到了快速的發展而且在多個應用領域得到了廣泛的認可，它的魅力在於其可以在很短的時間內無需復雜的樣品制備過程即可完成物質成份多組分的同步快速定量分析，並且可以給出很高的分析精度，不產生任何化學污染且分析成本很低，易於在實驗室尤其是工業現場或在線分析領域得到推廣使用。
NIR 定量分析的過程
該技術應用實施過程中需要前期進行一些必要的准備工作，其中包括：
（1） 具有廣泛代表性的定標和預測樣品集的收集和成份理化定量分析；
（2） 定標和預測樣品集的近紅外光譜採集和光譜解析；
（3） 物質各待測成份在近紅外分析儀器上的定標建模和模型優化；
（4） 已有定標模型的實際預測分析。
在以上的前期工作中需要進行較多的實驗驗證，而且需要對近紅外光譜定量分析技術中的每一個環節上全方面考慮多種干擾因素（如溫度、濕度等）的影響。一旦定標模型通過預測檢驗分析後，近紅外光譜分析儀器將在較長的時間內保持很高的穩定性和分析精度，操作人員很容易在較短的時間內掌握該儀器的操作程序，這就是該技術在一個新的應用領域很容易得到推廣的主要優勢所在。但是近紅外分析儀器定標模型精確度會由於環境因素影響、自身器件的老化以及參考標准樣品的變化而發生微小的變化，為了確保分析結果的准確性需要對模型進行周期性的檢驗和修正，這就需要用戶長期擁有檢測樣品的理化分析能力，盡管並不需要太多的工作量，所以近紅外光譜定量分析技術需要其他成份定量分析技術為依託，經常通過少量經過理化分析的新樣品來驗證近紅外定標模型的精確度，這也是該技術的弱點所在。