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近紅外光譜分析基本原理

更新時(shí)間:2009-12-02      點(diǎn)擊次數(shù):5364
一 . 近紅外光譜分析的化學(xué)基礎(chǔ)
    近紅外光譜分析的范圍一般為 4000cm-1以上,即波長(zhǎng) 2.5μm以下,由于有不同級(jí)別的倍頻譜帶及不同形式組合的合頻吸收,使得譜帶復(fù)雜,信息豐富。
    近紅光的信息強(qiáng)度比中紅外要低一個(gè)數(shù)量級(jí)左右,由于近紅外譜區(qū)吸收弱,所以可以對(duì)不經(jīng)稀釋的樣品進(jìn)行直接測(cè)量,分析樣品可以不需任何物理、化學(xué)制備與預(yù)處理,也不需要分析的后處理,一但近紅外的數(shù)學(xué)模型建立后,對(duì)操作人員進(jìn)行分析的知識(shí)背景與經(jīng)驗(yàn)背景可以大幅降低。

二 . 近紅外光譜分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
    作為一種軟件技術(shù),近紅外光譜分析著重用數(shù)學(xué)方法來(lái)解決其譜峰重疊、測(cè)量信息高背景低強(qiáng)度、圖譜測(cè)定的不穩(wěn)定造成的光譜失真三大難點(diǎn)。通過(guò)化學(xué)計(jì)量學(xué)的多元校正方法來(lái)解決譜峰重疊、測(cè)量信息高背景低強(qiáng)度的難點(diǎn);用信息處理技術(shù)來(lái)校正圖譜測(cè)定不穩(wěn)定造成的光譜失真。

三 . 近紅外光譜常規(guī)分析方法
    近紅外光譜的分析測(cè)定技術(shù)大體可以分為兩大類:一類為透射光譜法,一類為反射光譜法。
    透射光譜法就是把待測(cè)樣品置于作用光與檢測(cè)器之間,檢測(cè)器所檢測(cè)到的分析光是作用光通過(guò)樣品體與樣品分子相互作用后的光,若樣品是透明的真溶液,則分析光在樣品中經(jīng)過(guò)的路程一定,透射光的強(qiáng)度與樣品組分濃度由比耳定律決定。
    反射光譜分析時(shí),檢測(cè)器與光源置于待測(cè)樣品的同一側(cè),檢測(cè)器檢測(cè)到的分析光是光源發(fā)出的作用光投射到物體后,以各種方式反射回來(lái)的光。物體對(duì)光的反射分為規(guī)則反射光(鏡面反射)與漫反射。規(guī)則反射光指在物體表面按入射角等于反射角的反射定律發(fā)生的反射。漫反射是光投向漫反射體(顆?;蚍勰┖螅谖矬w表面或內(nèi)部發(fā)生的方向不定的反射。

四 . 近紅外光譜分析的用途
    近紅外光譜分析主要包括定性分析和定量分析。
1)定性分析
    近紅外光譜定性分析利用模式識(shí)別與聚類的一些算法,主要用于鑒定。在模式識(shí)別運(yùn)算時(shí)需要有一組用于計(jì)算機(jī) “ 學(xué)習(xí) ” 的樣品集,通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算,得出學(xué)習(xí)樣品在數(shù)學(xué)空間的范圍,對(duì)未知樣品運(yùn)算后,若也在此范圍內(nèi),則該樣品屬于學(xué)習(xí)樣品集類型,反之則否定。聚類運(yùn)算時(shí)不需學(xué)習(xí)樣品集,它通過(guò)待分析樣品的光譜特征,根據(jù)光譜近似程度進(jìn)行分類。
2)定量分析
    近紅外光譜分析與其它吸收光譜按照比耳定律作定量分析類似。作常規(guī)光譜定量分析時(shí),需要建立光譜參數(shù)與樣品含量間的關(guān)系(標(biāo)準(zhǔn)曲線)。但對(duì)復(fù)雜樣品作近紅外光譜定量分析時(shí),為了解決近紅外譜區(qū)重疊與譜圖測(cè)定不穩(wěn)定的問(wèn)題,必須充分應(yīng)用全光譜的信息。這是因?yàn)樵诮t外光譜中和各個(gè)譜區(qū)內(nèi)都包含多種成分的信息(即譜峰重疊),而同一種組份的信息分布在近紅外光譜的多個(gè)譜區(qū):不同組分雖然在某一譜區(qū)可能重疊,但在全光譜范圍內(nèi)不可能*相同,因此,為了區(qū)別不同組分,必須應(yīng)用全光譜的信息,建立全譜區(qū)的光譜特征與待測(cè)量之間的關(guān)系——即數(shù)學(xué)模型。

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