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近红外光谱技术的原理要点 红外光谱操作规程

时间:2020-05-16    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
  【中国仪器网 使用手册】近红外光(Near Infrared,NIR)是介于可见光(ⅥS)和中红外光(MIR)之间的电磁波,按ASTM(美国试验和材料检测协会)定义是指波长在780~2526nm范围内的电磁波,习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780~1100nm)和近红外长波(1100~2526nm)两个区域。近红外区域是人们早发现的非可见光区域。
 
  近红外光谱(NIR)分析技术是分析化学领域迅猛发展的高新分析技术,越来越引起国内外分析专家的注目,在分析化学领域被誉为分析“巨人”,它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。近红外光谱分析技术包括定性分析和定量分析,定性分析的目的是确定物质的组成与结构,而定量分析则是为了确定物质中某些组分的含量或是物质的品质属性的值。与常用的化学分析方法不同,近红外光谱分析法是一种间接分析技术,是用统计的方法在样品待测属性值与近红外光谱数据之间建立一个关联模型(或称校正模型,Calibration Model)。
 
  方法缺陷
 
  近红外光谱分析方法的缺陷是:
 
  (1)建立模型需要大量有代表性且化学值已知的样品。这样,对小批量样品的分析用近红外就得不偿失。
 
  (2)模型的维护也很麻烦,建立的模型并不能一劳永逸,仪器状态、样品代表性变化(如作物的新品种、产地)都会影响测定结果。
 
  (3)模型转移问题尚未很好解决,每台仪器必须自己独立建模,模型不能通用。
 
  (4)近红外对于样品数量比较少的分析也不适用,因为建模成本很高,样品数量少,测试费用很高。
 
  技术要求
 
  近红外分析技术的一个重要特点就是技术本身的成套性,即必须同时具备三个条件:
 
  (1)各项性能长期稳定的近红外光谱仪,是保证数据具有良好再现性的基本要求;
 
  (2)功能齐全的化学计量学软件,是建立模型和分析的必要工具;
 
  (3)准确并适用范围足够宽的模型。这三个条件的有机结合起来,才能为用户真正发挥作用。
 
  因此,在购买仪器时必须对仪器提供的模型使用性有足够的认识,特别避免个别商家为推销仪器所做的过度宣传的不良诱导,为此付出代价的厂家有之,因此,一定要对厂家提供模型与情况有详细了解。
 
  近红外分析技术分析速度快,是因为光谱测量速度很快,计算机计算结果速度也很快的原因。但近红外分析的效率是取决于仪器所配备的模型的数目,比如测量一张光谱图,如果仅有一个模型,只能得到一个数据,如果建立了10种数据模型,那么,仅凭测量的一张光谱,可以同时得到10种分析数据。
 
  在定标过程中,标准样本数量的多少,直接影响分析结果的准确性。数量太少,不足以反映被测样本群体常态分布规律,数据太多,工作量太大。另外在选择化学分析的样本时,不仅要考虑样品成分含量和梯度,同时要考虑样本的物理、化学、生长地域、品种、生长条件及植物学特性,以提高定标效果。使定标曲线具有广泛的应用范围,对变异范围比较大的样本可以根据特定的筛选原则,进行多个定标,以提高定标效果及检验的准确性。一般来讲,单类纯样本由于样本性质稳定,含化学信息量相对少,因此定标相对容易,如玉米、小麦、大豆等纯样。混合样本样品信息复杂,在本谱区会引起多种基团谱峰的重叠,信息解析困难、定标困难,如畜牧生产中的各种全价饲料、配合饲料、浓缩饲料等。
 
  与传统分析技术相比,近红外光谱分析技术具有诸多优点,它能在几分钟内,仅通过对被测样品完成一次近红外光谱的采集测量,即可完成其多项性能指标的测定(多可达十余项指标)。光谱测量时不需要对分析样品进行前处理;分析过程中不消耗其它材料或破坏样品;分析重现性好、成本低。

傅里叶红外光谱仪的基本操作及注意事项

  傅里叶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。  一、基本操作:  1、打开红外光谱仪的电源开关。  2、点击电脑屏幕打开IRsolution工作站软件。  3、点击测定,使屏幕转到测定界面。之后初始化仪器。  4、制备溴化钾空白片和样品压片。  5、将压制好的溴化钾空白片(不含样品的溴化钾空片)放入光谱仪样品仓内的样品架上。  6、点击测定按钮下的背景按钮,输入光谱名称,确认采集参比背景光谱。  7、背景谱图采集完毕后,将待测样品片放入光谱仪内,关上仓盖。  8、软件可按要求对谱图进行各种分析处理,从文件菜单中选择打印,将谱图以不同形式打印出报告。  9、退出系统。  二、注意事项:  1、仪器一定要安装在稳定牢固的实验台上,远离振动源。  2、供试品测试完毕后应及时取出,长时间放置在样品室中会污染光学系统,引起性能下降。样品室应保持干燥,应及时更换干燥剂。  3、所用的试剂、试样保持干燥,用完后及时放入干燥器中。  4、在工作期间,不可中途断电。  5、压片模具及液体吸收池等红外附件,使用完后应及时擦拭干净,必要时清洗,保存在干燥器中,以免锈蚀。  6、光路中有激光,开机时严禁眼睛进入光路。  7、测定完毕,要及时做好仪器使用登记记录。

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近红外光谱仪的两种分析方法

  近红外光谱仪主要是依靠近红外光谱原理来进来一系列的测量,而近红外光谱又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,非常适合用于碳氢有机物质的组成与性质测量。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问题的解决奠定了数学基础。其工作原理是,如果样品的组成相同,则其光谱也相同,反之亦然。如果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预测两个过程:  (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),在测量其光谱图的同时,根据需要使用有关标准分析方法进行测量,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一一对应映射关系,通常称之为模型。虽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归,主成分回归,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,与待测的性质数据有关,还与测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ASTM6500标准)。  (2)在预测过程中,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。

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