近红外光谱及其典型应用举例

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近红外光谱及其典型应用举例
4 M: e, h: l4 F& l? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?顶尖科仪（中国）股份有限公司技术支持部
? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?发布日期：2011-10-11
近红外光谱（Near Infrared，NIR）是介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波，美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定义780-2526nm的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱区与有机分子中含氢基团（OH、NH、CH）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。
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$ R% j$ f; t9 ~! I7 @应用1. 近红外光谱仪在血液成分含量分析中的应用
0 b) k8 q9 x- k) s血液成分无创检测技术一直是近年来生物医学传感领域的研究热点。其中，近红外光谱法以其快速、无创、成本低等优点，获得了广泛的应用，是血液成分无创检测的重点发展方向。相对于有创血液成分检测针对血清，血浆或模拟样品展开而言，近红外主要是全血为光谱检测样本。
天津大学精密学院的李刚等在海洋光学的NIR512近红外光谱仪基础上开展了多光程长建模方法检测血液成分含量的研究。采用NIR512光谱仪，光谱范围在900nm-1700nm，光谱分辨率(FWHM)为3nm，探测器的信噪比为4000:1. 采用海洋光学的QP400光纤来传导可见和近红外的测量光。通过螺旋进给微位移机构来改变光程长，位移范围为0-25mm。微位移精度为0.001mm。样品池采用超薄有机玻璃，内径35mm。底部透光。李刚等对30多个样品，采用单光程建模和多光程建模两种方法，对血液中6个主成分(谷丙、肌酐、葡萄糖、总胆固醇、甘油三酯和尿素氮)进行分析。发现多波长建模的预测误差除胆固醇外都均比单光程建模小，提高了血液分析的精度。
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" N+ f4 \/ t8 ]2 p. |, N应用2. 通过积分球和近红外光谱仪检测有害气体
2 Y4 q5 U& Z" ]/ y0 w7 b来自爱尔兰的Eamonn Hawe, Elfed Lewis和Colin Ftzpatrick等人研究发现，可
$ o/ u7 e) i# F: w, D- ?  p9 Q以采用涂有特氟龙(Spectralon)的漫反射材料和海洋光学的近红外NIR512光纤光谱仪对二氧化碳进行了测量试验。并将测量结果和Quintox气体分析仪进行了对比。其试验装置如图所示，气体由右边端口进入积分球，左边端口接超常带宽的自发辐射广源，上边的端口是将气体引入一个气体分析仪，下边接入光纤，通过光纤将漫反射的光接入NIR512光谱仪。
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图1 不同光程长人全血近红外吸收谱图
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( j8 y- I4 R% M图2??试验装置图

" V; @& ~* L6 p6 N不同的气体在近红外波段具有不同的吸收峰，而吸收峰的变化可以体现出当
前测量气体的浓度，同时近红外光谱本身也可以作为一种识别气体的方法，而积分球的引入则大大的简化了光学设计的复杂度，减少了繁杂的透镜和镜片设计。此外该积分球内部图层也可适用于紫外波段的漫反射，配合海洋光学的紫外波段的光谱仪可以进行紫外吸收方面的测量试验。而且这个装置也可引伸到一氧化碳，氨气，氢气等气体的检测。

, j+ {0 ~9 u% d" w5 {' ]推荐测试仪器和方案：
, n7 S# k2 O# J+ [- m. A? ? NIRQUEST系列近红外光谱仪http://www.psci.cn/Detail.asp?ProID=319
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参考文献：
李刚、刘玉良、林凌、王焱，采用多光程长建模方法检测血液成分含量，分析化学研究简报， 2007 10(35).10, 1495-1498
4 _% z2 k# v: FEamonn Hawe, Elfed Lewis, Colin Fitzpatrick, Hazardous gas detection with an integrating sphere in the near-infrared, dept. of Electronic and Computor Engineering,University of Limerick, Journal of Physics: Conference Series 15(2005) 250-255


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