淺述近紅外光譜技術在化學分析方面的應用

張壯 王瑞瑞

中檢集團公信安全科技有限公司 山東 棗莊 277100

引言

紅外光譜技術是通過分子間的振動來識別分子結構的方法。當一束具有連續波長的紅外光對物質進行連續照射時，特定頻率的紅外光將被吸收，發生振動和轉動能級的躍遷。由于材料不同，各個分子間的作用力以及官能團所具有的特征吸收峰都不一致，通過紅外光的照射，形成特定的吸收峰峰位與強度，確定了在紅外光譜中所存在的位置。

1 近紅外光譜技術發展歷程

最早使用近紅外光譜技術開始于1939年，在隨后的二十年內，由于基礎儀器缺乏，應用的范圍非常有限，直到二十世紀六十年代，美國研究人員提出NIR分析技術，也就是通過近紅外區內的波長和物質含量之間吸收存在相應的關系，利用該技術對農副產品中的蛋白質、脂肪、水分等進行測定，成為實際意義上的應用這種技術。從二十世紀八十年代以來，隨著計算機技術的不斷提升，極大地促進了數字化分析儀器的程度，很好的發展了化學計量科學，再加上這種測量技術對相應的樣品不造成損傷的優越性，讓其廣泛地應用于多個方面，尤其是二十世紀的最后十年，由于在光纖中近紅外線的傳輸特性非常顯著，因此在各個領域之中在線分析成功應用[1]。

2 近紅外光譜技術在化學分析方面的應用

2.1 在糧食作物中的檢測應用

隨著近紅外光譜技術的發展，其逐漸應用于糧食作物的檢測中，并發揮了重要作用。如小麥、大麥、玉米和花生等常見物種，都能利用近紅外光譜技術進行檢測，相關人員可通過該技術對小麥粉顆粒分布情況進行分析，通過模型與散射校正等，可快速檢測氨基酸含量。如在檢測花生時，可通過抽樣檢測構建檢測模型，促使花生油檢測結果達到98%的精確度。在當前，最能影響消費者購買體驗的，就是商家在食品中摻假，食品摻假行為不僅會對正常生產經營活動造成影響，還會降低商家的誠信度，因此食品摻假檢測是必須要重視的問題。通過近紅外光譜分析技術，對食物成分進行快速檢測，分析其是否具有摻假成分。如在檢測火腿腸摻假中，研究人員可利用最小二乘法建模，收集豬肉光譜，以此實現對火腿摻假程度的快捷檢測。

2.2 在藥物分析方面近紅外光譜分析技術的應用

事實上早在二十世紀六十年代后半葉在分析藥物過程中就開始使用近紅外光譜技術，當時一般通過萃取液的形式測定藥物的成分。目前，在生產藥物全過程中近紅外光譜技術已經全過程應用。在醫藥分析時應用近紅外光譜技術主要有以下幾個方面：分析藥物中的活性成分，比如分析咖啡因等含量。使用這種技術分析藥物活性成分也有一定的不足，主要是分析過程需要有一定的最低含量要求，一般情況下測量最低限度為0.11%。通過這種分析技術的應用，提升了藥物分析的質量和效果，讓這種技術不再僅僅在實驗室中應用，而是廣泛的參與到生產實踐之中。對成品藥物質量檢驗來講，成品藥物的無損形態計量分析，對檢驗成品藥物的質量非常的重要，由于具有非常容易實現的現場分析技術，從而盡可能降低不合格藥物的批次和數量。

2.3 在航空煤油方面近紅外光譜分析技術的應用

近紅外光譜主要是有機物分子中X-H（X為C、O、N、S等）基團的紅外基頻的倍頻及合頻吸收。從理論上講，樣品的物理性質和組成有關。只要組成的變化在光譜上有反映，這些物理性質即可通過近紅外技術來測定。采用傅里葉變換近紅外光譜儀，通過收集大量航煤樣品和基礎數據，采集合適的光譜，建立分析校正模型，優化了模型的光譜范圍和預處理方法，使模型精度達到最佳。模型精度均滿足國家標準方法的重復性和再現性要求，滿足化驗和生產需求，所以，利用近紅外光譜技術測定航空煤油的冰點、密度、閃點、初餾點、終餾點等性質，操作簡單快速，數據準確，降低了分析頻次，減少了分析耗材和設備損耗，降低了人工分析成本，是一項可行、有效和值得推廣的分析技術[2]。

3 對紅外光譜技術展開未來期望

時代不斷變遷，近些年我國科技不斷發展，紅外光譜技術也不斷得到改善提高。紅外光譜技術的應用廣泛，在很大程度上幫助了許多企業節約時間節約成本，為企業帶來了更大的經濟效益。其中在紅外光譜技術涉及的行業中，紅外光譜技術對環境科學幫助極大，紅外光譜技術能夠幫助檢測環境污染狀況，分析出污染物的化學物質構成。而且整個檢測過程容易操作，時間短，在一定程度上幫助了環境部門節約了人力物力、時間等。紅外光譜的檢測技術和其他技術相比，還存在一個巨大的優勢，其他檢測技術在監測環境的過程中可能會給環境帶來一些傷害，但是紅外光譜技術不會對環境帶來任何傷害，也不會污染環境。特別是隨著近些年科技的發展，紅外光譜技術也不斷得到完善，他的檢測精確度越來越高，檢測時間也越來越快，這使得很多行業都開始應用紅外光譜技術。所以我認為紅外光譜技術在未來一定會發展得更好，應用的更加廣泛，讓我們一起期待那一天的到來[3]。

4 結束語

綜上所述，通過詳細介紹紅外光譜技術手段，其能夠在各種材料的識別、改性機理以及老化行為研究等方面進行應用研究，利用測試方法的差異，對于不同種類的材料與改性劑進行細致討論。再從分子學角度，利用各種基團指數的增減，能夠確定其微觀形態，進而分析得到新的研究方向，對于材料提供了良好的分析手段，在材料的機理研究、施工保障等方面提供了新的思路。