近红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的,记录的主要是含氢基团X-H(X=C、N、O)振动的倍频和合频吸收。
不同基团(如甲基、亚甲基,苯环等)或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别;
NIR光谱具有丰富的结构和组成信息,非常适适用于碳氢有机物质的组成与性质丈量。
但在NIR区域,吸收强度弱,灵敏度相对较低,吸收带较宽且重叠严重。
因此,依靠传统的建立工作曲线方法进行定量分析是十分困难的,化学计量学的发展为这一题目的解决奠定了数学基础。
其工作原理是,假如样品的组成相同,则其光谱也相同,反之亦然。假如我们建立了光谱与待测参数之间的对应关系(称为分析模型);
那么,只要测得样品的光谱,通过光谱和上述对应关系,就能很快得到所需要的质量参数数据。分析方法包括校正和猜测两个过程:
(1)在校正过程中,收集一定量有代表性的样品(一般需要80个样品以上),在丈量其光谱图的同时;
根据需要使用有关标准分析方法进行丈量,得到样品的各种质量参数,称之为参考数据。
通过化学计量学对光谱进行处理,并将其与参考数据关联,这样在光谱图和其参考数据之间建立起逐一对应映射关系,通常称之为模型。
固然建立模型所使用的样本数目很有限,但通过化学计量学处理得到的模型应具有较强的普适性。
对于建立模型所使用的校正方法视样品光谱与待分析的性质关系不同而异,常用的有多元线性回回,主成分回回,偏最小二乘,人工神经网络和拓扑方法等。
显然,模型所适用的范围越宽越好,但是模型的范围大小与建立模型所使用的校正方法有关,与待测的性质数占有关,还与丈量所要求达到的分析精度范围有关。
实际应用中,建立模型都是通过化学计量学软件实现的,并且有严格的规范(如ASTM-6500标准)。
(2)在猜测过程中,首先使用近红外光谱仪测定待测样品的光谱图,通过软件自动对模型库进行检索,选择正确模型计算待测质量参数。
近红外光谱技术之所以成为一种快速、高效、适合过程在线分析的有利工具,是由其技术特点决定的,近红外光谱分析的主要技术特点如下: 1.分析速度快。由于光谱的测量过程一般可在1min内完成(多通道仪器可在1Sec之内完成),通过建立的校正模型可迅速测定出样品的组成或性质。 2.分析效率高。通过一次光谱的测量和已建立的校正模型,可同时对样品中的多个组成或性质进行测定。 3.分析成本低。近红外光谱在分析过程中不消耗样品,自身除消耗一点电外几乎无其他消耗,测试费用可大幅度降低。 4.测试重现性好。由于光谱测量的稳定性,测试结果很少受人为因素的影响,与标准或参考方法相比,近红外光谱一般显示出更好的重现性。 5.样品测量一般勿需预处理,光谱测量方便。 6.便于实现在线分析。由于近红外光在光纤中良好的传输特性,通过光纤可以使仪器远离采样现场,将测量的光谱信号实时地传输给仪器,调用建立的校正模型计算后可直接显示出生产装置中样品的组成或性质结果。另外通过光纤也可以测量恶劣环境中的样品。 7.典型的无损分析技术。光谱测量过程中不消耗样品,从外观到内在都不会对样品产生影响。 8.现代近红外光谱分析也有其固有的弱点。一是测试灵敏度相对较低,这主要是因为近红外光谱作为分子振动非谐振吸收的10到10000分之一,这对组分的分析而言,其含量一般应大于0.1%;二是一种间接分析技术,方法所依赖的模型必须事先用标准方法或参考方法对一定范围内的样品测定出组成或性质数据,因此模型的建立需要一定的化学计量学知识、费用和时间,另外分析结果的准确性与模型建立的质量和模型的合理使用有很大的关系。
红外光谱仪是一种借助红外光被物质吸收情况,获得被测物质分子内部原子间相对振动和分子转动等信息,并根据所获得信息进行物质分子结构研究的分析方法。
红外光谱仪是用于测定物质吸收红外光信息的仪器,是进行物质红外光谱测试和研究的基础。
红外光谱仪系统特点
(1)高稳定的光学系统
光学台一体化设计,整体模具成型,主要部件一次定位,无需后期调整,大幅提高仪器的机械稳定性和长期可靠性。
(2)高性能的电子系统
新的24位A/D转换技术,配合进口高灵敏度DLATGS检测器,确保数据真实可靠、实时采集和高速传输。
(3)高精度的光学系统
一体成型的镀金角镜,角镜匹配一致性好,反射面加大,保证了更高的光通量和高反射率;
角镜各面垂直精度高,免粘接不会受到环境温度影响,提高仪器的稳定性。
(4)智能化的保护系统
密闭型干涉仪设计,湿度状况快捷识别,减轻了操作人员对仪器维护的工作量,通过明显的颜色变化提醒用户及时更换干燥剂,解决红外使用过程中的隐患。无需开盖便可自行更换干燥剂。
(5)多样化的配件选择
附件更换和实验安装过程简单,超大样品仓可方便扩展其它红外附件,如ATR附件、气体池、液体池、偏振附件等。