红外光近红外光谱仪是介于可见光(Vis)和中红外之间的电磁辐射波,美国材料检测协会(ASTM)将近红外光谱区定义为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。
应用范围
1.用于生物反应过程出的研究与检测。由于近红外响应速度快,又可进行多组分的同时和无损检测,因此可以获取生物过程中的一些重要变量参数;
同时它还可以用于生化反应中微生物的鉴别和分类;
在生命过程的研究中,被用于测定脑血流量和脑血管中CO2的活性,人体肌肉组织在运动中的氧化代谢等。
2.生物体组织的研究则主要包括皮肤中水分的测定,脑组织的研究等方面
3.在临床医学方面,近红外光谱的优势在于其对组织的透过性好,能够进行体外或在体的非破坏、非介入分析。
主要有全血或血清中血红蛋白载氧量、PH、葡萄糖、尿素等含量的测定。
随着近红外、计算机技术、光学技术等的不断发展,研究的不断深入;
近红外技术将在生物医学领域中充分发挥出潜力,有望在探索生命过程的奥秘,以及重大疾病预防、诊断、处理上起到更多的实际作用。
医学应用
近红外光谱技术在许多领域(农业和食品等)检测中已作为认证的检测技术,同时在纺织、聚合物、药物、石油化工、生化和环保等领域也得到了广泛的应用名。
除了早期的应用外,近几年人们又利用该技术检测物质的纯度,解释物质的结构,预测、评价生物的某些生理现象及变化,监测一些天体的变化等。
尤其近几年,近红外光谱技术在医学领域的许多方面得到了广泛的应用。
1.近红外光谱分析在中药分析中的应用
近红外光谱技术应用于药物的鉴别和定性、定量的分析不仅具有快速、方便、准确、非侵入式分析、易于实现生产过程的在线控制等优点;
而且可以鉴定某些药物如光学异构体、具有光学活性物质的纯度,因此在药物的定性鉴定、定量分析、质量控制及在线检测等方面显示了巨大的作用。
利用近红外光谱和多变量统计分类技术系统聚类分析、逐步聚类分析、主成分分析和逐步判别等可很好地对药材和成药进行定性判别和分类。
2.近红外光谱分析在临床分析中的应用
随着光导纤维及传感技术的发展,近红外光谱检测技术和计算机网络技术相结合的进一步深入,近红外光谱技术的非侵入式定性和定量分析成为可能。
同时,由于生物体中不同的透明组织对近红外光具有不同的吸收和散射特性,因此近红外光对不同的软组织和变化的组织具有较强的区分能力。
根据这种特性,可以利用近红外光谱法测量组织的某些光学参数从而得到组织的某些生理参数,或者建立某些生理参数和光谱数据的关系,从而可以检测出组织中的异物或生成二维的图像;
也可监测皮肤组织受外界环境影响的变化;还可用于临床分析和血液某种成分的测定。
近红外光谱法可以直接对活体组织进行无创伤检测,使过去无法开展的研究工作成为可能,极大地提高了分析检测效率。
傅里叶变换红外光谱仪,简称为傅里叶红外光谱仪,同于色散型红外分光的原理,是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪;
主要由红外光源、光阑、干涉仪(分束器、动镜、定镜)、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。可以对样品进行定性和定量分 析,广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。
工作原理:
红外线和可见光一样都是电磁波,而红外线是波长介于可见光和微波之间的一段电磁波。
红外光又可依据波长范围分成近红外、中红外和远红外三个波区,其中中红外区(2.5~25μm;4000~400cm-1)能很好地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的特征,对解决分子结构和化学组成中的各种问题较为有效,因而中红外区是红外光谱中应用广泛的区域,一般所说的红外光谱大都是指这一范围。
红外光谱属于吸收光谱,是由于化合物分子振动时吸收特定波长的红外光而产生的,化学键振动所吸收的红外光的波长取决于化学键动常数和连接在两端的原子折合质量,也就是取决于的结构特征。这就是红外光谱测定化合物结构的理论依据。
红外光谱作为“分子的指纹”广泛的用于分子结构和物质化学组成的研究。
根据分子对红外光吸收后得到谱带频率的位置、强度、形状以及吸收谱带和温度、聚集状态等的关系便可以确定分子的空间构型,求出化学建的力常数、键长和键角。
从光谱分析的角度看主要是利用特征吸收谱带的频率推断分子中存在某一基团或键,由特征吸收谱带频率的变化推测临近的基团或键,进而确定分子的化学结构,当然也可由特征吸收谱带强度的改变对混合物及化合物进行定量分析。
而鉴于红外光谱的应用广泛性,绘出红外光谱的红外光谱仪也成了科学家们的重点研究对象.
傅立叶变换红外(FT-IR)光谱仪是根据光的相干性原理设计的,因此是一种干涉型光谱仪,它主要由光源(硅碳棒,高压汞灯),干涉仪,检测器,计算机和记录系统组成;
大多数傅立叶变换红外光谱仪使用了迈克尔逊(Michelson)干涉仪,因此实验测量的原始光谱图是光源的干涉图;
然后通过计算机对干涉图进行快速傅立叶变换计算,从而得到以波长或波数为函数的光谱图,因此,谱图称为傅立叶变换红外光谱,仪器称为傅立叶变换红外光谱仪。
红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性,进行一系列精密分析的仪器。手持式近红外光谱仪各项性能长期稳定,保证数据具有良好再现性;功能齐全的化学计量学软件;很好的支持建立模型和分析;准确并适用范围足够宽的模型。
红外光谱仪在使用过程中需要注意以下几个事项:
一、注意要符合规定的环境条件来使用,值得相信的红外光谱仪厂家提醒要注意实验室的温度以及相对湿度都应该在标准范围以内,所用电源应配备有稳压装置和接地线。为了更好的把关这些条件,红外实验室的面积不要太大,能放得下必须的仪器设备即可,但室内一定要有除湿装置。还有实验室里的CO2含量不能太高,因此实验室里的人数应尽量少,无关人员可以不要进入,还要注意适当通风换气。
二、为防止仪器受潮而影响使用寿命,红外光谱仪商家强调红外实验室应经常保持干燥,即使仪器不用,也应每周开机至少两次,每次半天,同时开除湿机除湿。特别是霉雨季节,可以是能每天开除湿机。还有使用红外光谱仪测定用样品应干燥,否则应在研细后置红外灯下烘几分钟使干燥。试样研好并具在模具中装好后,应与真空泵相连后抽真空至少2分钟,以使试样中的水分进一步被抽走,然后再加压到一定的标准后维持几分钟。
三、注意在使用红外光谱仪时,如供试品为盐酸盐,因考虑到在压片过程中可能出现的离子交换现象。红外光谱仪商家强调标准规定用氯化钾(也同溴化钾一样预处理后使用)代替溴化钾进行压片,但也可比较氯化钾压片和溴化钾压片后测得的光谱,如二者没有区别,则可使用溴化钾进行压片。