近紅外光譜分析技術的應用研究

摘 要：簡要介紹了近紅外光譜的原理、特點，綜述了近紅外光譜在農業、食品、制藥、石油化工、木材工業等領域快速分析上的研究及應用現狀，并對近紅外光譜的應用前景進行了展望。

關鍵詞：近紅外光譜；分析；應用

1 引言

近紅外光譜主要是由于分子振動的非諧振性使分子振動從基態向高能級躍遷時產生的。近紅外光譜法具有高效和快速的特點，被譽為分析巨人。近紅外分析，一般取得樣品光譜數據后可立即得到定性或定量分析報告，整個過程可以2min內完成，并且只需樣品的一張光譜圖就可以計算出樣品的各種組成或性質數據。

2 近紅外光譜的應用

NIR光譜分析可以對包括從氣體到液體、從勻漿到粉末、從固體材料到生物組織等各種樣品進行快速、精確的定量或定性分析。近紅外光譜分析技術主要用于以下領域：

2.1 農業領域

近紅外光譜在農業中的應用最早，如測定小麥、水稻等農作物中的蛋白質、含油量、氨基酸等化學組成及硬度、顆粒度等物理參數；測定水果和蔬菜中的維生素、纖維素等；測定飼料中的粗蛋白、粗纖維、灰分等；煙草中的總氮、尼古丁、總氯等指標的測定；在土壤肥力測定及其質地分類方面的應用等。

閔順耕等采用近紅外光譜法測定大麥中蛋白質、淀粉、賴氨酸含量，結果表明該方法可替代經典分析方法，對農產品進行快速分析[1]。李君霞等利用近紅外光譜分析法定量分析水稻完整籽粒粗蛋白含量的可行性，實現了對育種親本和中間育種材料的篩選鑒定[2]。秦志強等采用聲光可調-近紅外光譜儀對煙草樣品進行測定，結果表明此技術適用于煙草中總煙堿、總糖、還原糖和總氮含量的快速分析[3]。丁海泉等分析了吉林省北部黑質土壤樣品有機質含量，結果顯示利用該方法可為當地土壤養分狀況普查和便攜儀器的研制提供參考[4]。

2.2 食品領域

食品安全是一直受到國民的關注，而近紅外光譜技術可用于鑒別食品成分摻假；對原料產地進行追溯；有機磷農藥殘留的快速分析；有效地掌握水中有機污染物的類別。

吳靜珠等對真假奶粉進行了分類判別，結果發現，樣品的識別率和預測率均可達到100%[5]。李代禧等利用近紅外光譜測定了啤酒的酒精度及總酸含量，取得了滿意的效果，方法快捷而準確[6]。熊艷梅等用近紅外光譜法定量分析農藥乳油中有效成分含量，結果表明此方法特別適合現場、在線分析[7]。

2.3 制藥領域

近紅外光譜分析具有快速實時、無損傷測定和不受樣品狀態影響的特點，十分符合藥物分析的要求。因此，近紅外光譜技術可用于藥物中活性組分的測定、中藥的鑒別和品質分級，藥物生產過程中的在線監控；適用于對原料藥純度，以及生產工藝的監控。

MerckleP等利用近紅外光譜法測定了不同泡騰片中阿司匹林的含量，結果表明，NIR法快速、無需樣品制備而優于HPLC法[8]。李貴臣等用近紅外漫反射光譜對頭孢類原料藥進行無損快速鑒別，結果表明該方法為頭孢類藥物提供了一條簡單有效的鑒別途徑[9]。楊南林等用近紅外光譜分析技術對三七總皂苷檢測結果表明，該方法能對三七總皂苷進行快速、原位分析，有望用于中藥質量的工業在線監控[10]。

2.4 石油化工領域

紅外光譜分析技術在汽油分析中運用較多，如近紅外光譜測定汽油族組成、測定汽油辛烷值、對汽油模糊聚類分析等等。高俊等采用近紅外光譜測定汽油中芳烴含量，結果表明此方法作為一種快速分析技術是可行的[11]。康蘊天等采用近紅外光譜法測定汽油辛烷值，方法簡便、快捷，具有好的重現性，與標準試驗方法測定結果進行比對，取得了令人滿意的結果[12]。

2.5 木材工業領域

木材工業領域中，近紅外光譜分析技術是近幾年發展較快。賀文明探討了近紅外光譜法快速測定木材纖維素、戊聚糖和木質素含量的可行性。結果表明，可以利用近紅外光譜法快速測定木材纖維素、戊聚糖和木質素含量[13]。Shimleck等利用近紅外光譜法和PLS回歸法對藍桉和亮果桉木材的化學組成進行的研究表明，用NIR技術和PLS法可以對木材的糖類進行較精確的估計[14]。江澤慧等在近紅外光譜區分析了不同含水率狀態下木材的吸收特性；并預測了木材中的水分含量，結果表明，利用NIR光譜技術可在不同含水率下采集近紅外光譜來預測木材氣干密度[15]。

3 展望

近紅外光譜作為一種環境友好的快速分析儀器被越來越多的分析工作者認識和使用，隨著計算機技術的高速發展和軟件的快速更新，近紅外光譜技術的測定精度將會有很大提高，其應用領域也會越來越廣，并且在各個領域會越來越重要。

參考文獻

[1]閔順耕，覃方麗等.傅里葉變換近紅外光譜法測定大麥中蛋白質、淀粉和賴氨酸含量[J].分分析化學，2001，31（7）：843.

[2]李君霞，閔順耕等.水稻糙米粗蛋白近紅外光譜定量分析模型的優化研究[J].光譜學與光譜分析，2006，26（5） ：833-837.

[3]秦志強，蔡紹松等.聲光可調-NIR法預測煙草中的總煙堿、總糖、還原糖和總氮[J].煙草科技， 2007， 02（ 2） ： 30-34.

[4]丁海泉，盧啟鵬等.土壤有機質近紅外光譜分析組合波長的優選[J].光學精密工程，2007，15（12）：1946-1951.

[5]吳靜珠，王一鳴等.支持向量機-近紅外光譜法用于真假奶粉的判別[J].農機化研究，2007，（1）：155- 158.

[6]李代禧，吳智勇.啤酒主要成分的近紅外光譜法測定[J].分析化學研究報告，2004， 32（8）：1070-1073.

[7]熊艷梅，段云青等.近紅外光譜技術快速測定農藥有效成分的研究[J].光譜學與光譜分析，2010，30（06）：1488- 1492.

[8]MerckleP， Kovar KA.Assay of effervescent tabletsby Near-Infrared Spectroscopy in transmittance andreflectance mode：acetylsalicylic acid in mono andcombinationformulations[J]. J PharmBiomedAnal，1998， 17：365-374.

[9]李貴臣.近紅外光譜法無損快速鑒別頭孢類原料藥[J].藥學進展，2011，1（4）：36-39.

[10]楊南林，瞿海斌.近紅外光譜快速測定三七總皂苷的方法研究[J].浙江大學學報（工學版），2002，36（4）：463-466.

[11]高俊，徐永業等.近紅外光譜法測定汽油中的芳烴含量[J].南京工業大學學報，2005，15（5）：51-53.

[12]康蘊天，李敬清.近紅外光譜法測定汽油辛烷值[J].現代科學儀器，2002，30（3）：78-79.

[13]賀文明，薛崇昀等.近紅外光譜法快速測定木材纖維素、戊聚糖和木質素含量的研究[J].中國造紙學報，2010，25（3）：9-12.

[14]SHIMLECKLR，WRIGHTP J，MICHELLAJ，et a.lNear-infraredspectra and chemical composit.

[15]江澤慧，黃安民.木材中的水分及其紅外光譜分析[J].光譜學與光譜分析，2006，28（8）：1464-1468.