紅外光譜技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展

1、紅外光譜技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展摘要:對(duì)物質(zhì)自發(fā)發(fā)射或受激發(fā)射的紅外射線進(jìn)行分光，可得到紅外發(fā)射光譜， 物質(zhì)的紅外發(fā)射光譜主要決定于物質(zhì)的溫度和化學(xué)組成；對(duì)被物質(zhì)所吸收的紅射 線進(jìn)行分光，可得到紅外吸收光譜。紅外光譜具有高度的特征性，不但可以用來(lái) 研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，而且廣泛地用于表征和鑒別各種化學(xué)物種。關(guān)鍵詞：紅外光譜、特點(diǎn)、發(fā)展、應(yīng)用原理、紅外光譜儀應(yīng)用紅外光譜簡(jiǎn)介：紅外光譜學(xué)是光譜學(xué)中研究電磁光譜紅外部分的分支。它包括了許多技術(shù)， 到目前為止最常用的是吸收光譜學(xué)。同所有的分光鏡技術(shù)一樣，它可以被用來(lái)鑒 別一種化合物和研究樣品的成分。對(duì)物質(zhì)自發(fā)發(fā)射或受激發(fā)射的紅外射線進(jìn)行分 光，可得到紅外發(fā)射

2、光譜，物質(zhì)的紅外發(fā)射光譜主要決定于物質(zhì)的溫度和化學(xué)組 成；對(duì)被物質(zhì)所吸收的紅外射線進(jìn)行分光，可得到紅外吸收光譜。每種分子都有 由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)有的紅外吸收光譜，它是一種分子光譜。分子的紅外吸 收光譜屬于帶狀光譜。原子也有紅外發(fā)射和吸收光譜，但都是線狀光譜。紅外光 譜具有高度的特征性，不但可以用來(lái)研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，如力常數(shù)的測(cè)定 等，而且廣泛地用于表征和鑒別各種化學(xué)物種。紅外光譜發(fā)展史：紅外輻射是18世紀(jì)末，19世紀(jì)初才被發(fā)現(xiàn)的。1800年英國(guó)物理學(xué)家赫謝爾 （Herschel）用棱鏡使太陽(yáng)光色散，研究各部分光的熱效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在紅色光的外 側(cè)具有最大的熱效應(yīng)，說(shuō)明紅色光的外側(cè)還有輻射存

3、在，當(dāng)時(shí)把它稱(chēng)為“紅外線” 或“熱線”。這是紅外光譜的萌芽階段。由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有精密儀器可以檢測(cè)，所以 一直沒(méi)能得到發(fā)展。過(guò)了近一個(gè)世紀(jì)，才有了進(jìn)一步研究并引起注意。1892年朱利葉斯（Julius）用巖鹽棱鏡及測(cè)熱輻射計(jì)（電阻溫度計(jì)），測(cè)得 了 20幾種有機(jī)化合物的紅外光譜，這是一個(gè)具有開(kāi)拓意義的研究工作，立即引 起了人們的注意。1905年庫(kù)柏倫茨（Coblentz）測(cè)得了 128種有機(jī)和無(wú)機(jī)化合 物的紅外光譜，引起了光譜界的極大轟動(dòng)。這是紅外光譜開(kāi)拓及發(fā)展的階段。到了20世紀(jì)30年代，光的二象性、量子力學(xué)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為紅外光 譜的理論及技術(shù)的發(fā)展提供了重要的基礎(chǔ)。不少學(xué)者對(duì)大多數(shù)化合物的

4、紅外光譜 進(jìn)行理論上研究和歸納、總結(jié)，用振動(dòng)理論進(jìn)行一系列鍵長(zhǎng)、鍵力、能級(jí)的計(jì)算， 使紅外光譜理論日臻完善和成熟。盡管當(dāng)時(shí)的檢測(cè)手段還比較簡(jiǎn)單，儀器僅是單 光束的，手動(dòng)和非商化的，但紅外光譜作為光譜學(xué)的一個(gè)重要分支已為光譜學(xué)家 和物理、化學(xué)家所公認(rèn)。這個(gè)階段是紅外光譜理論及實(shí)踐逐步完善和成熟的階段。20世紀(jì)中期以后，紅外光譜在理論上更加完善，而其發(fā)展主要表現(xiàn)在儀器 及實(shí)驗(yàn)技術(shù)上的發(fā)展：1947年世界上第一臺(tái)雙光束自動(dòng)記錄紅外分光光度計(jì) 在美國(guó)投入使用。這是第一代紅外光譜的商品化儀器；20世紀(jì)60年代，采用 光柵作的單色器，比起棱鏡單色器有了很大的提高，但它仍是色散型的儀器，分 辨率、靈敏度還不

5、夠高，掃描速度慢。這是第二代儀器；20世紀(jì)70年代，干 涉型的傅里葉變換紅外光譜儀及計(jì)算機(jī)化色散型的儀器的使用，使儀器性能得到 極大的提高。這是第三代儀器；20世紀(jì)70年代后期到80年代，用可調(diào)激光 作為紅外光源代替單色器，具有更高的分辨本領(lǐng)、更高靈敏度，也擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 這是第四代儀器?，F(xiàn)在紅外光譜儀還與其它儀器如GC、HPLC聯(lián)用，更擴(kuò)大了其使用范圍。而 用計(jì)算機(jī)存貯及檢索光譜，使分析更為方便、快捷。紅外光譜原理：電磁光譜的紅外部分根據(jù)其同可見(jiàn)光譜的關(guān)系，可分為近紅外光、中紅外光 和遠(yuǎn)紅外光。遠(yuǎn)紅外光（大約400-10 cm-1）同微波毗鄰，能量低，可以用于 旋轉(zhuǎn)光譜學(xué)。中紅外光（大約40

6、00-400 cm-1）可以用來(lái)研究基礎(chǔ)振動(dòng)和相關(guān) 的旋轉(zhuǎn)-振動(dòng)結(jié)構(gòu)。更高能量的近紅外光（14000-4000 cm-1）可以激發(fā)泛音和 諧波振動(dòng)。紅外光譜法的工作原理是由于振動(dòng)能級(jí)不同，化學(xué)鍵具有不同的頻率。共振 頻率或者振動(dòng)頻率取決于分子等勢(shì)面的形狀、原子質(zhì)量、和最終的相關(guān)振動(dòng)耦合。 為使分子的振動(dòng)模式在紅外活躍，必須存在永久雙極子的改變。具體的，在波恩 -奧本海默和諧振子近似中，例如，當(dāng)對(duì)應(yīng)于電子基態(tài)的分子哈密頓量能被分子 幾何結(jié)構(gòu)的平衡態(tài)附近的諧振子近似時(shí)，分子電子能量基態(tài)的勢(shì)面決定的固有振 蕩模，決定了共振頻率。然而，共振頻率經(jīng)過(guò)一次近似后同鍵的強(qiáng)度和鍵兩頭的 原子質(zhì)量聯(lián)系起來(lái)。這樣

7、，振動(dòng)頻率可以和特定的鍵型聯(lián)系起來(lái)。簡(jiǎn)單的雙原子分子只有一種鍵，那就是伸縮。更復(fù)雜的分子可能會(huì)有許多鍵， 并且振動(dòng)可能會(huì)共軛出現(xiàn)，導(dǎo)致某種特征頻率的紅外吸收可以和化學(xué)組聯(lián)系起 來(lái)。常在有機(jī)化合物中發(fā)現(xiàn)的CH2組，可以以“對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)伸縮”、“剪刀式 擺動(dòng)”、“左右搖擺”、“上下?lián)u擺”和“扭擺”六種方式振動(dòng)。測(cè)量樣品時(shí)，一束紅外光穿過(guò)樣品，個(gè)個(gè)波長(zhǎng)上的能量吸收被記錄下來(lái)。這 可以由連續(xù)改變使用的單色波長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用傅立葉變換來(lái)一次測(cè)量所有的 波長(zhǎng)。這樣的話(huà)，透射光譜或吸收光譜或被記錄下來(lái)，顯示出被樣品紅外吸收的 波長(zhǎng)，從而可以分析出樣品中包含的化學(xué)鍵。這種技術(shù)專(zhuān)門(mén)用在共價(jià)鍵的分析上，而且主要

8、用于有機(jī)化學(xué)中。如果樣品的紅外 活躍鍵少、純度高，得到的光譜會(huì)相當(dāng)清晰，效果好。更加復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo) 致更多的鍵吸收，從而得到復(fù)雜的光譜。但是，這項(xiàng)技術(shù)還是用在了非常復(fù)雜的 混合物的定性研究當(dāng)中。紅外光譜原理示意圖（1）紅外光譜原理示意圖（2）紅外光譜應(yīng)用：紅外光譜法的一般特點(diǎn)：特征性強(qiáng)、測(cè)定快速、不破壞試樣、試樣用量少、 作簡(jiǎn)便、能分析各種狀態(tài)的試樣、分析靈敏度較低、定量分析誤差較大對(duì)樣品的要求：（1）試樣純度應(yīng)大于98%，或者符合商業(yè)規(guī)格，這樣才便 于與純化合物的標(biāo)準(zhǔn)光譜或商業(yè)光譜進(jìn)行對(duì)照，多組份試樣應(yīng)預(yù)先用分餾、萃取 重結(jié)晶或色譜法進(jìn)行分離提純，否則各組份光譜互相重疊，難予解析；（2）

9、試 樣不應(yīng)含水（結(jié)晶水或游離水），水有紅外吸收，與羥基峰干擾，而且會(huì)侵蝕吸 收池的鹽窗。所用試樣應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)干燥處理；（3）試樣濃度和厚度要適當(dāng)，使最強(qiáng) 吸收透光度在520%之間定性分析和結(jié)構(gòu)分析：紅外光譜具有鮮明的特征性，其譜帶的數(shù)目、位置、 形狀和強(qiáng)度都隨化合物不同而各不相同。因此，紅外光譜法是定性鑒定和結(jié)構(gòu)分 析的有力工具。定量分析：紅外光譜有許多譜帶可供選擇，更有利于排除干擾。紅外光源發(fā)光 能量較低，紅外檢測(cè)器的靈敏度也很低，8V103吸收池厚度小、單色器狹縫寬 度大，測(cè)量誤差也較大。對(duì)于農(nóng)藥組份、土壤表面水份、田間二氧化碳含量的測(cè) 定和谷物油料作物及肉類(lèi)食品中蛋白質(zhì)、脂肪和水份含量的測(cè)定

10、，紅外光譜法是 較好的分析方法。舉例：有一化合物分子式為C7H6O2，其紅外光譜如下圖，試推斷其結(jié)構(gòu)。由圖觀察可得出：（1）U=1 + 7 + 0.5X（-6）=5，可能有苯環(huán)、雙鍵各一個(gè)。（2）1684cm-1強(qiáng)峰是vC=O吸收（對(duì)不飽和貢獻(xiàn)為1）。（3）在3300 2500cm-1區(qū)域有寬而散的vOH吸收峰；935cm-1為羧酸二聚體的yO H吸收；一1400和一1300cm-1為羧酸的vC O和8OH吸收。（4）1600、1582cm-1是苯環(huán)的vC=C特征吸收；3070、3012cm-1是苯環(huán)的vC-H特征吸收；715、699cm-1是單取代苯的特征吸收。因此分子中肯定存在苯環(huán)結(jié)構(gòu)（對(duì)

11、 不飽和貢獻(xiàn)為4），并具有羧酸的特征吸收，所以是芳酸。又因vC=O在較低頻 率的1684cm-1，這表明：羧基直接與苯環(huán)相連。綜上所述，該化合物結(jié)構(gòu)為苯 甲酸/COH4.1在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用34.1.1木素的定性和結(jié)構(gòu)分析將木素試樣和漠化鉀混合均勻后壓片，研制成透明的試片，用紅外分光光 度計(jì)得到相應(yīng)紅外光譜圖，再通過(guò)所得試樣譜圖與前人證實(shí)的特征吸收峰的位 置加以對(duì)照比較，來(lái)確定木素中所含的各種功能基，從而分析木素的結(jié)構(gòu)。 4.1.2木素的定量分析用紅外光譜對(duì)木素作定量分析時(shí)，常以木素的芳環(huán)特征吸收峰（即波數(shù)為 1500cm-1和1600cm-1處的吸收峰）的強(qiáng)弱為定量的依據(jù)。在測(cè)之前要先作

12、木素含 量與相對(duì)吸光度D的準(zhǔn)曲線。然后，取待測(cè)紙漿樣品l0mg,加入亞鐵氤化鉀lmg 和KBr（過(guò)200目粉）300mg，在瑪瑙研體中研磨（約120次）后，將其置于真空干燥 箱中，在真空度約76mm Hg柱，70C下烘干8h以上。經(jīng)烘干的試樣在壓片模中用 15t壓力下壓制成透明薄片，在紅外分光光度計(jì)上進(jìn)行掃描，得到紅外光譜圖。 根據(jù)紅外光譜圖得出相對(duì)吸光度D（D1505/D2100），再由該值查標(biāo)準(zhǔn)曲線，求得紙 漿中木素的含量。4.1.3研究纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)（結(jié)晶度）對(duì)纖維素大分子的聚集狀態(tài)（即所謂纖維素的超分子結(jié)構(gòu)）的研究認(rèn)為，纖 維素是由結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)交錯(cuò)聯(lián)結(jié)而成的。在結(jié)晶區(qū)內(nèi)，纖維素鏈

13、分子的排列 比較整齊，有規(guī)則；而在無(wú)定形區(qū)，纖維素鏈分子的排列不整齊，規(guī)則性較差， 結(jié)合較松弛。而且從結(jié)晶區(qū)到無(wú)定形區(qū)是逐步過(guò)渡的，且無(wú)明的界限。纖維素的 結(jié)晶是表征纖維素聚集態(tài)形成結(jié)晶程度的指標(biāo)，它是指纖維素構(gòu)成的結(jié)晶區(qū)占 纖維素整體的百分?jǐn)?shù)。纖維素的結(jié)晶度在一定程度上，反映了纖維的物理性質(zhì)和 化學(xué)性質(zhì)。因此，測(cè)定纖維素的結(jié)晶度，對(duì)于從結(jié)構(gòu)上了解纖維素纖維的性質(zhì)具 有指導(dǎo)意義。4.1.4測(cè)定紙漿Kappa值由于近紅外光譜的聲噪比甚高，可選用多元統(tǒng)計(jì)技術(shù)來(lái)進(jìn)行多元回歸得出 工作曲線，而使定量測(cè)量精度較高。另外，物質(zhì)在此波段（0.82.5um）的特 征吸收峰的吸收率小，因而在進(jìn)行測(cè)定時(shí)，近紅外光

14、譜法及其適用于固體、液 體、氣體及懸浮液的快速，非破壞性的定量分析。因此可來(lái)測(cè)定紙漿木素含量, 進(jìn)而測(cè)定紙漿的Kappa值。4.1.5測(cè)定細(xì)纖維的取向角采用MicORoMan分光儀測(cè)定1094cm-1和1121cm-1處峰值強(qiáng)度的比率作為角 度的函數(shù)，從而測(cè)定漂白漿細(xì)纖維取向角。4.1.6測(cè)混合纖維的構(gòu)成利用紅外光譜儀的差減光譜軟件，對(duì)復(fù)雜混合纖維光譜成功地進(jìn)行光譜差 減，從而更準(zhǔn)確地推測(cè)混合纖維的構(gòu)成。4.1.7探測(cè)熱磨機(jī)械漿的光返黃O-醍和P-醍模型物及Fremy的熱磨機(jī)械漿鹽類(lèi)氧化物的光譜研究結(jié)果證實(shí)， 1675cm-1譜帶是由于P-醍官能基的作用，研究發(fā)現(xiàn)，甲基氫醍的變色行為與熱 磨機(jī)

15、械漿的回色非常相似。且發(fā)現(xiàn)，P-醍和氫醍模型物對(duì)激光誘導(dǎo)熒光的分子 氧敏感性非常接近返黃和未返黃的機(jī)械熱磨漿的返色行為。因此，可采用傅立葉 變換拉曼光譜和傅立葉變換紅外光譜，在新的譜帶1675cm-1處，探測(cè)熱磨機(jī)械漿 的光返黃作用4.1.8測(cè)紙張的勻度通過(guò)光吸收方法測(cè)量紙頁(yè)局部定量，得到定量在紙頁(yè)平面的一維分布函數(shù)， 通過(guò)傅立葉變換得到紙頁(yè)局部定量變化的幾何分布特征和幅度分布特征，并以 此為基礎(chǔ)構(gòu)成表征紙頁(yè)勻度的特征參數(shù)一不均勻指數(shù)來(lái)測(cè)量紙頁(yè)勻度。4.1.9測(cè)量紙頁(yè)的水份和紙板的重量采用反射模式利用水在1940cm-1處的特征吸收測(cè)量紙頁(yè)中的水份。如2235紅外水份傳感器利用的就是這個(gè)原理。

16、紙板重 量的變化在2100-2500nm的范圍內(nèi)表觀明顯，在2346mn處進(jìn)行一元線性回歸， 可測(cè)紙板的重量4.1.10檢查紙張結(jié)構(gòu)利用紅外溫度記錄儀，通過(guò)向樣品施加機(jī)械能和熱能，使其溫度發(fā)生變化，從 而檢測(cè)紙張結(jié)構(gòu)。這種方法有助于鑒定紙張的結(jié)構(gòu)及功能特性。4.2在臨床醫(yī)學(xué)和藥學(xué)方面的應(yīng)用鑒于每個(gè)化合物都有自己獨(dú)特的紅外光譜，除特殊情況外，目前尚未發(fā)現(xiàn) 兩種不同的化合物具有相同的紅外光譜，所以紅外光譜為藥品質(zhì)量的監(jiān)測(cè)提供 了快速準(zhǔn)確的方法。如藥材天麻、阿膠，西藥紅霉素、環(huán)磷酰胺的監(jiān)測(cè)和抗肝炎 藥聯(lián)笨雙酯同質(zhì)異晶體的研究。紅外光譜在臨床疾病檢測(cè)方面也有廣泛的應(yīng)用，如利用紅外光譜法對(duì)冠心 病、動(dòng)脈

17、硬化、糖尿病、癌癥的檢測(cè)。紅外光譜法測(cè)定蛋白質(zhì)基體中的葡萄糖含 量。以及用FT - Raman光譜在7001900cm-1處的差異，對(duì)胃、牙齒、血管、肝 等人體組織的研究可用于體內(nèi)診斷。近紅外光譜還用于血液中血紅蛋白、血糖及 其他成分的測(cè)定及臨床研究mW，均取得較好的結(jié)果。田惠軍等用FTIR法對(duì)天然牛黃中膽紅素鈣的含量進(jìn)行了定量測(cè)定，宋占軍 等采用FTIR法對(duì)蜂王漿中的王漿酸進(jìn)行了定性及定量測(cè)定，他們都得到滿(mǎn)意的 結(jié)果Mo隨著漫反射測(cè)試技術(shù)的出現(xiàn)，無(wú)損藥物分析在近紅外光譜分析中占有非 常重要的位置?，F(xiàn)代近紅外光譜已廣泛用于藥物的生產(chǎn)過(guò)程控制。4.3在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用紅外光譜成功的用于農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)

18、分析，進(jìn)而擴(kuò)展到污染物的測(cè)定13，煙 草、咖啡的分類(lèi)14、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地來(lái)源鑒別15,還用于檢測(cè)可耕土壤的物理和化學(xué) 變化16,光導(dǎo)纖維探頭的出現(xiàn)，NIR技術(shù)可直接用于糧食或水果傳送帶上進(jìn)行產(chǎn) 品分撿17。陳和生等人還通過(guò)漫反射方法，將探頭直接安裝在食物的谷物傳送帶上，檢 驗(yàn)種子或作物的質(zhì)量，如水分、蛋白含量及小麥硬度的測(cè)定。在農(nóng)產(chǎn)品的良種選 育和品質(zhì)分析中發(fā)揮了重要作用，用NIR技術(shù)在肥料生產(chǎn)過(guò)程中即時(shí)監(jiān)控氮、 磷、鉀組成的變化對(duì)蔬菜中微量的農(nóng)藥殘留的定性和定量分析進(jìn)行了較深入的研 究，還建立了蔬菜中稍酸鹽的NIR快速測(cè)定法18。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，近紅外光譜可通過(guò)漫反射方法，將測(cè)定探頭直接安裝在糧食

19、的谷物傳送帶上，檢驗(yàn)種子或作物的質(zhì)量，如水分、蛋白含量及小麥硬度的測(cè)定 19,20。還用于作物及飼料中的油脂、氨基酸、糖分、灰粉等含量的測(cè)定以及谷物 中污染物的測(cè)定21;近紅外光譜還被用于煙草的分類(lèi)、棉花纖維、飼料中蛋白 及纖維素的測(cè)定，并用于監(jiān)測(cè)可耕土壤中的物理和化學(xué)變化22。4.4在食品方面的應(yīng)用4.4.1食品中農(nóng)藥殘留檢測(cè)食品中農(nóng)藥殘留分析離不開(kāi)農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品，而標(biāo)準(zhǔn)品研制中一般須經(jīng)紅外光 譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。周向陽(yáng)、林純忠2等人首次采用傅立葉變換近紅外光譜 法（FT- NIR）對(duì)十字花科、旋藥科、菊科、傘形花科、莧科等20余種葉菜類(lèi)中 有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的鑒別進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以農(nóng)藥甲胺磷為主要研究

20、對(duì)象，結(jié)合 高、中、低毒3種有機(jī)磷類(lèi)進(jìn)行分析測(cè)試，討論各種蔬菜樣品譜圖的差異，利用 含磷基團(tuán)在倍頻區(qū)的特征吸收，采用差譜技術(shù)等進(jìn)行指認(rèn)，取得滿(mǎn)意的鑒別效 果，為有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的快速分析提供一種簡(jiǎn)便、快速、可靠的手段。王多加 等人運(yùn)用傅里葉變換近紅外光譜儀，以二階導(dǎo)數(shù)處理光學(xué)數(shù)據(jù)，用偏最小二乘 法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析生菜中硝酸鹽的含量。徐琳26等用FT IR技術(shù)對(duì)蔬菜表面殘留的 氯氤菊酯進(jìn)行分析，并研究氯氤菊酯在白菜類(lèi)蔬菜表面的殘留情況。結(jié)果表明， 該法測(cè)定蔬菜表面農(nóng)藥殘留的靈敏度高于透射光譜法，而且快速、簡(jiǎn)便、無(wú)需預(yù) 處理。4.4.2食品參假鑒定由于食品種類(lèi)繁多、食品成分十分復(fù)雜，而且可能摻雜到食品中

21、的物質(zhì)也很 多，外觀、組成或理化性質(zhì)又比較接近的緣故，通常很難用一般的化學(xué)方法鑒別 真?zhèn)??？焖勹b別食品的真?zhèn)?、摻雜是當(dāng)前我國(guó)食品市場(chǎng)監(jiān)管的重要難題之一。李彥文等利用傅里葉變換近紅外光譜儀，分別測(cè)定酸棗仁與其偽品滇棗 仁的紅外指紋圖譜。結(jié)果KBr直接壓片法測(cè)定所得的圖譜，在1800960cm-1間， 酸棗仁與其偽品的紅外吸收峰的峰數(shù)、峰位、峰形和峰強(qiáng)等，存在明顯差異，可 作為酸棗仁與滇棗仁的重要區(qū)別。因此可為酸棗仁與偽品滇棗仁的真?zhèn)舞b別提供 紅外光譜的鑒別指標(biāo)。近紅外光譜用于分析肉、魚(yú)、蛋、奶及奶制品等食品中脂肪酸、蛋白、氨基 酸等的含量，以評(píng)定其品質(zhì)如;近紅外光譜還用于水果及蔬菜如蘋(píng)果、梨中糖

22、 的分析30;在啤酒生產(chǎn)中，近紅外光譜被用于在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程中的酒精及糖 分含量314.4.3食品內(nèi)部質(zhì)量的評(píng)定傳統(tǒng)的水果和蔬菜的質(zhì)量都是根據(jù)一些外部參數(shù)，如顏色、形狀、大小、傷 痕來(lái)評(píng)定的。近年來(lái)一些內(nèi)部參數(shù)，如甜度、脆度以及內(nèi)部有無(wú)病蟲(chóng)害等，在質(zhì) 量評(píng)定中變得越來(lái)越重要，而通過(guò)紅外技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)的準(zhǔn)確、快速的測(cè) 量。例如水心病是蘋(píng)果常見(jiàn)的一種生理失調(diào)癥狀，該病大都發(fā)生在果核周?chē)?，?輻射狀。2003年，韓東海等選用近紅外光進(jìn)行了檢測(cè)，得到的連續(xù)光譜清晰直觀 的反映了蘋(píng)果的病變程度32。4.5在環(huán)境科學(xué)方面的應(yīng)用4.5.1水環(huán)境監(jiān)測(cè)在水體污染中，有機(jī)污染物是主要物質(zhì)，化學(xué)需氧量（COD

23、）是最常用、最 重要的表征有機(jī)污染程度的指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的COD測(cè)量方法 重銘酸鹽法，操 作復(fù)雜，測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生二次污染，不適合于在線、實(shí)時(shí)測(cè)量。為此，何金成 等開(kāi)發(fā)了運(yùn)用近紅外光譜法測(cè)量廢水COD的方法。對(duì)水樣近紅外光譜用偏最小二 乘法（PLS）回歸建模，分別建立標(biāo)準(zhǔn)水樣和廢水樣的COD預(yù)測(cè)模型。近10年來(lái)，GC-FTIR聯(lián)用技術(shù)在各種復(fù)雜混合物的實(shí)際分析鑒定中得到廣 泛應(yīng)用。使用GC- FTIR分析化工廠廢水中的二氯甲烷提取液，GC分離出對(duì)二氯 苯、間氯代硝基苯、對(duì)氯代硝基苯、鄰氯代硝基苯、3, 4-二氯代-6-硝基苯 胺、三氯代硝基苯、烷基酞酸酯和磷酸三苯酯等，比GC-HPLC的靈敏度高

24、23個(gè) 數(shù)量級(jí)，還可以鑒別溢油污染源。如果掃描波數(shù)在200800cm-i之間，還可以測(cè) 定艾試劑、高丙體六六六、DDT、P, P - DDT、乙滴涕、狄試劑、七氯和六氯 苯等有機(jī)氯農(nóng)藥，Seyama等還測(cè)定了水中的正己烷。4.5.2固體環(huán)境監(jiān)測(cè)鎘是土壤中污染程度最嚴(yán)重的金屬之一。利用微生物治理鎘污染已成為研究 的熱點(diǎn)。劉愛(ài)民等采用紅外光譜與原子吸收光譜分析菌株對(duì)Cd2+的積累，結(jié)果表 明，在低濃度Cd2+溶液中菌株細(xì)胞對(duì)Cd2+的積累主要靠細(xì)胞壁上-NH2與Cd2+配 位結(jié)合；在高濃度Cd2+溶液中，細(xì)胞壁上-NH2，-OH , -COOH, -PO4 , -M-O （O-M-O）基團(tuán)吸附Cd

25、2+的能力顯著。Mn2+可以增加細(xì)胞壁上有效官能團(tuán)活性， 提高Cd2+積累率。但當(dāng)有Zn2+ , Pb2+ , CU2+重金屬共存時(shí)，即使有Mn2+存在，菌 體對(duì)Cd2+吸附積累能力未見(jiàn)提高。通常使用高效液相色譜法檢測(cè)農(nóng)藥中有效成分 毗蟲(chóng)啉的含量。馬國(guó)欣等采用紅外光譜法直接測(cè)定農(nóng)藥中毗蟲(chóng)啉含量，樣品使用 KBr壓片法。毗蟲(chóng)啉標(biāo)準(zhǔn)品和商品毗蟲(chóng)啉農(nóng)藥的紅外光譜對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明：毗蟲(chóng)啉 在939.12 cm-i處的吸收峰不受農(nóng)藥中其他成分的干擾，可以選擇此峰為定量分 析波數(shù)。毗蟲(chóng)啉紅外光譜在94792 518 cm-i處的峰面積與其凈含量滿(mǎn)足線性方 程Area=1.3665X 10-1+2.37X 10

26、-2Xc,相關(guān)系數(shù)時(shí)0.99953。結(jié)論是利用紅外 光譜快速檢測(cè)農(nóng)藥中有效成分毗蟲(chóng)啉含量的方法是可行的，可以替代常規(guī)的理 化分析，能夠滿(mǎn)足快速分析的需要。4.5.3氣體環(huán)境監(jiān)測(cè)徐亮等設(shè)計(jì)了一套用于環(huán)境氣體分析的長(zhǎng)開(kāi)放光路傅里葉變換紅外光譜系 統(tǒng)。該系統(tǒng)具有往返250 m的開(kāi)放式長(zhǎng)距離采樣光程，使用一臺(tái)分辨率為1cm-1 的傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)量采樣路徑內(nèi)的大氣透過(guò)率光譜，然后進(jìn)行非線性 最小二乘光譜擬合，計(jì)算出待測(cè)組分濃度。實(shí)驗(yàn)部分通過(guò)選擇特定波段分析了污 染空氣中CH4, CO, N2O和CO2的濃度，擬合殘差的均方根誤差小于1%。結(jié)果表 明，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光路易于校準(zhǔn)，環(huán)境適應(yīng)性良好

27、，測(cè)量速度快,采樣范 圍廣，可用于探測(cè)大氣中一些重要的痕量和微量組分，開(kāi)展較大區(qū)域的環(huán)境氣 體的監(jiān)測(cè)和研究。4.6石油工業(yè)的應(yīng)用33紅外光譜技術(shù)在石油化學(xué)中的應(yīng)用是一個(gè)十分廣泛的領(lǐng)域，如在重油的組 成、性質(zhì)與加工方面，應(yīng)用IR表面自硅膠色譜得到的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。紅外光譜法在潤(rùn)滑油及其應(yīng)用方面的進(jìn)展體現(xiàn)在：用于鑒別未知油品和標(biāo) 定潤(rùn)滑油的經(jīng)典物理性質(zhì)(如粘度、總酸值、總堿值)；被納入以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)為 目的的油液分析計(jì)劃，用于表征在用油液的降解和污染程度；油潤(rùn)滑表面摩擦 化學(xué)過(guò)程及產(chǎn)物的原位監(jiān)測(cè)與表征。紅外光譜法應(yīng)用于輕質(zhì)油品生產(chǎn)控制和性質(zhì)分析方面的主要進(jìn)展包括：應(yīng) 用紅外光譜預(yù)測(cè)汽油的辛烷值，應(yīng)用

28、IR測(cè)定汽油中含氧化合物的含量。此外， 還應(yīng)用ATR FT - IR GC聯(lián)用測(cè)定汽油中的芳烴的含量。5、結(jié)論：紅外光譜技術(shù)的研究與應(yīng)用盡管在我國(guó)起步較晚，但在農(nóng)副產(chǎn)品、食品、環(huán) 境科學(xué)及石油化工領(lǐng)域的研究應(yīng)用取得很大的進(jìn)展，隨著儀器和光譜處理化學(xué) 計(jì)量學(xué)軟件的國(guó)產(chǎn)化及各類(lèi)應(yīng)用模型的開(kāi)發(fā)，紅外光譜作為一種綠色、快速、高 效、適合在線的分析技術(shù)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。.曾泳淮，林樹(shù)昌.儀器分析M.北京：高等教育出版社，2004.李英華等.紅外光譜技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用與展望J.光譜學(xué)與光譜 分析，2008,28(10):25.徐美娟等.制漿造紙工業(yè)中紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用J.黑龍江造紙,20

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