仪器分析教程 教学课件 作者 陈集朱鹏飞 主编 第3章 红外光谱法 仪分教程 弟3章 红外6－3.5.1近红外光谱.pptVIP

尚辅网 尚辅网 第5章 红外光谱法 3.5.1 近红外光谱法 Near Infrared Spectroscopy （NIR） 19世纪末，首次记录了有机化合物的近红外光谱(NIR)。 1928年，测得了高分辨率的NIR图，解释了有关基团的光谱特征。 直至1950年，仅有少数实验室进行NIR研究。之后，出现了商品化的NIR仪器，并在某些领域有所应用。但仪器灵敏度低，噪声干扰严重，效果不佳。 80年代中后期，计算机技术的发展和化学计量学的应用，使人们在较短的时间内可以完成大量光谱数据的处理，从而使NIR迅速发展，有关NIR的论文呈指数增长，NIR仪器的性能和生产规模很快提高，其应用领域日益扩大，由传统的农副产品分析发展到石油化工、精细化工、食品、轻工、环境、生化、聚合物合成与加工、医药临床；纺织等许多领域。 近十余年来，光纤技术使NIR实观了远程测试和在线分析，并取得了可观的经济效益。 一、NIR的测定原理和特点 (一) NIR 的测定原理 近红外光谱的波长范围： 780～2500nm 近红外短波区： 780～1100nm 近红外长波区： 1100～2500nm 近红外光谱主要由化合物中的含氢基团： C—H、O—H、N—H、S—H等 振动能级跃迁的倍频及合频吸收所产生，其强度通常只有基频吸收的1/10至1/1000。 与中红外谱图相比，其谱带较宽且强度较弱，特别是短波近红外区域内的谱带，主要由第三级倍频及一、二级倍频的合频产生，其强度更弱。  正庚烷（a）、苯（b ）、 异辛烷（ c ）的NIR光谱：  鉴于NIR的谱图特征，通常必须采用全谱扫描或宽波段扫描才能得到准确的定性、定量结果；同时，还必须采用合理的化学计量学方法并借助于计算机，才能进行谱图的识别。 通过两种基本方式，即透射方式或漫反射方式，均能获得近红外光谱。 透射测定法： 用透光度(T)或吸光度(A)来表示样品对光的吸收程度。吸光度吸收光程(b)、样品浓度(c)的关系符合朗伯-比耳定律： A = lg(1/T) = ?bc 漫反射方式： 若将光源以垂直于样品表面的方向照射样品，会产生一些向四周散射的漫反射光，在与照射光成45?角的方向上安放检测器，可测得散射光强。漫反射光强度 A 和反射率 R 的关系为： A = lg(1/R) = 1g(R0/R1) 式中，R1为反射光强，R0为完全不吸收的表面反射光强。 运用光纤技术，可以对不同环境、不同状态的不同物质进行直接的透射或漫反射测定，不需预处理样品，不产生环境污染，还可对危险环境中的样品进行遥测。  NIR定性、定量分析一般采用多元校正法： 训练集样品的组成或性质数据必须依靠其他标准方法来获得，然后通过选定的校正集样品采用多元校正技术建立光谱数据与组成或性质数据间的校正模型，利用该校正模型和未知样品测得的光谱，预测其组成或性质数据。 化学计量学在近红外光谱数据处理中的应用，主要包括三个方面： 光谱的预处理； 定性校正模式的建立； 定量校正模式的建立。 (二) NIR分析的特点 (1) NIR为无损分析技术，对各种不同物态、不同环境的样品，可不加处理而直接测定，且分析速度快。 (2) 谱带较弱，需增长测量光程，以提高吸收程度。 (3) 近红外光的散射效应较强，故能作固体、半固体和液体的漫反射或散射分析；短波近红外光的穿透能力较强，在固体样品中的穿透深度可达几厘米，因而可用透射模式直接分析固体样品。