近紅外光譜法定量分析及其應(yīng)用研究

近紅外光譜法定量分析及其應(yīng)用研究一、本文概述隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光譜分析技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢在多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中，近紅外光譜法作為一種重要的光譜分析技術(shù)，因其無損、快速、環(huán)保等特點，在定量分析領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢。本文旨在深入探討近紅外光譜法定量分析的基本原理、方法、技術(shù)及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用研究，以期為該領(lǐng)域的研究者提供有益的參考和啟示。本文將簡要介紹近紅外光譜法的基本原理和定量分析的基本方法，包括光譜數(shù)據(jù)的獲取、預(yù)處理、特征提取以及模型的建立與優(yōu)化等。本文將重點分析近紅外光譜法在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、石油化工等領(lǐng)域的應(yīng)用案例，探討其在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢和局限性。本文還將對近紅外光譜法定量分析的發(fā)展趨勢和前景進(jìn)行展望，以期為該領(lǐng)域的發(fā)展提供新的思路和方向。通過本文的研究，我們期望能夠為近紅外光譜法定量分析的理論研究和實際應(yīng)用提供有益的參考，同時也希望能夠推動該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。二、近紅外光譜法的基本原理與技術(shù)近紅外光譜法（Near-InfraredSpectroscopy，NIRS）是一種利用物質(zhì)在近紅外區(qū)（波長范圍通常為780-2500nm）的吸收特性進(jìn)行定性和定量分析的技術(shù)。其基本原理主要基于分子振動產(chǎn)生的吸收光譜，這些光譜信息能夠反映分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和組成。近紅外光譜法的基本原理是物質(zhì)對近紅外光的吸收與其內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵合狀態(tài)以及分子間的相互作用有關(guān)。當(dāng)近紅外光通過物質(zhì)時，某些特定波長的光會被物質(zhì)吸收，這些被吸收的波長與物質(zhì)的特定化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。因此，通過測量物質(zhì)在近紅外區(qū)的吸收光譜，可以獲取到關(guān)于物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)的信息。近紅外光譜法的技術(shù)包括光譜采集、光譜預(yù)處理、模型建立與驗證等步驟。光譜采集是使用近紅外光譜儀對樣品進(jìn)行掃描，得到其近紅外吸收光譜。光譜預(yù)處理是為了消除光譜中的噪聲和干擾，提高光譜的質(zhì)量和可靠性。模型建立與驗證是通過化學(xué)計量學(xué)方法，如多元線性回歸、主成分回歸、偏最小二乘回歸等，建立光譜數(shù)據(jù)與物質(zhì)成分之間的定量關(guān)系模型，并對模型進(jìn)行驗證和優(yōu)化。近紅外光譜法具有快速、無損、無需復(fù)雜樣品處理等優(yōu)點，因此在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、石油化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例如，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，近紅外光譜法可以用于糧食、飼料、水果等農(nóng)產(chǎn)品的成分檢測；在食品領(lǐng)域，可以用于食品營養(yǎng)成分的快速測定；在醫(yī)藥領(lǐng)域，可以用于藥品的質(zhì)量控制等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，近紅外光譜法在定量分析及其應(yīng)用研究方面的應(yīng)用將會越來越廣泛。三、近紅外光譜法在定量分析中的應(yīng)用近紅外光譜法作為一種快速、無損、環(huán)保的分析技術(shù)，在定量分析領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于其獨特的優(yōu)勢，近紅外光譜法已成為許多行業(yè)如農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、石油化工等領(lǐng)域中定量分析的重要工具。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，近紅外光譜法被廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)檢測和成分分析。例如，通過近紅外光譜法可以快速準(zhǔn)確地測定糧食中的水分、蛋白質(zhì)、脂肪等關(guān)鍵指標(biāo)，這對于農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量控制和市場流通具有重要意義。在食品工業(yè)中，近紅外光譜法用于食品營養(yǎng)成分的快速分析，如糖分、脂肪、蛋白質(zhì)等。這種方法不僅可以提高分析效率，還可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的實時監(jiān)控，確保食品的安全和質(zhì)量。在醫(yī)藥領(lǐng)域，近紅外光譜法常用于藥物成分的定量分析。與傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法相比，近紅外光譜法具有更高的靈敏度和準(zhǔn)確性，能夠為藥物研發(fā)和質(zhì)量控制提供有力支持。在石油化工領(lǐng)域，近紅外光譜法也被用于石油產(chǎn)品的成分分析和質(zhì)量控制。通過近紅外光譜法可以快速準(zhǔn)確地測定石油產(chǎn)品中的烴類含量、硫含量等關(guān)鍵指標(biāo)，為石油產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工提供重要依據(jù)。近紅外光譜法在定量分析中的應(yīng)用廣泛且具有重要意義。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，近紅外光譜法將在未來發(fā)揮更大的作用，為各行業(yè)的快速發(fā)展提供有力支持。四、近紅外光譜法的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，近紅外光譜法在技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展趨勢上也取得了顯著的進(jìn)步。本部分將詳細(xì)討論近紅外光譜法在技術(shù)創(chuàng)新方面的發(fā)展，并預(yù)測其未來的發(fā)展趨勢。技術(shù)創(chuàng)新方面，近紅外光譜法在硬件設(shè)備和數(shù)據(jù)處理技術(shù)上都取得了顯著的突破。在硬件設(shè)備方面，新型的光譜儀器具有更高的分辨率和靈敏度，能夠在更短的時間內(nèi)獲取更準(zhǔn)確的光譜數(shù)據(jù)。光譜儀器的便攜性和穩(wěn)定性也得到了顯著提高，使得現(xiàn)場快速檢測和在線監(jiān)測成為可能。在數(shù)據(jù)處理技術(shù)方面，隨著人工智能和機器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，近紅外光譜數(shù)據(jù)的處理和分析能力得到了極大的提升。通過建立更復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和算法，我們能夠更好地解析光譜信息，提高定量分析的準(zhǔn)確性和可靠性。對于未來的發(fā)展趨勢，我們認(rèn)為近紅外光譜法將在以下幾個方面取得更大的突破：一是光譜儀器的小型化和集成化。隨著微納技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的光譜儀器可能會更加小巧、便攜，甚至可以實現(xiàn)與智能手機等移動設(shè)備的集成，從而大大提高光譜檢測的便利性和普及性。二是光譜數(shù)據(jù)的智能化處理。借助深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，未來的光譜數(shù)據(jù)處理可能會實現(xiàn)自動化和智能化，使得非專業(yè)用戶也能夠輕松進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)的解析和分析。三是多光譜技術(shù)的融合應(yīng)用。近紅外光譜法與其他光譜技術(shù)（如可見光、中紅外等）的融合應(yīng)用可能會成為一種新的發(fā)展趨勢。通過融合多種光譜技術(shù)，我們可以獲取更全面的物質(zhì)信息，進(jìn)一步提高定量分析的準(zhǔn)確性和可靠性。四是光譜檢測在各個領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。隨著光譜技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，近紅外光譜法有望在食品安全、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)藥研發(fā)等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。近紅外光譜法在技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展趨勢上呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。我們有理由相信，在未來的發(fā)展中，近紅外光譜法將在更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為人類的科技進(jìn)步和社會發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。五、案例研究為了具體展示近紅外光譜法定量分析在實際應(yīng)用中的效果，我們選取了兩個具有代表性的案例進(jìn)行詳細(xì)研究。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，近紅外光譜法定量分析被廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的快速無損檢測。我們選擇了一家大型農(nóng)業(yè)合作社，利用近紅外光譜技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品中的水分、脂肪、蛋白質(zhì)等關(guān)鍵成分進(jìn)行定量分析。通過對大量樣品的實際測量，我們發(fā)現(xiàn)近紅外光譜法的分析結(jié)果與傳統(tǒng)化學(xué)方法相比，具有較高的準(zhǔn)確性和一致性。這不僅提高了檢測效率，還降低了對農(nóng)產(chǎn)品樣品的破壞性。該技術(shù)的應(yīng)用還有助于農(nóng)業(yè)合作社實現(xiàn)生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)控制，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。在石油化工領(lǐng)域，近紅外光譜法定量分析同樣展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。我們選取了一家石油化工企業(yè)，利用近紅外光譜技術(shù)對石化產(chǎn)品中的關(guān)鍵成分進(jìn)行快速分析。在實際應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠在短時間內(nèi)準(zhǔn)確測量出石化產(chǎn)品中的關(guān)鍵成分含量，為企業(yè)的生產(chǎn)決策提供有力支持。近紅外光譜法還可用于石化產(chǎn)品的質(zhì)量控制和產(chǎn)品質(zhì)量追溯，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。通過對以上兩個案例的深入研究，我們發(fā)現(xiàn)近紅外光譜法定量分析在實際應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的潛力。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信近紅外光譜法將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為各行業(yè)的快速發(fā)展提供有力支持。六、結(jié)論隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，近紅外光譜法定量分析作為一種快速、無損的分析方法，已經(jīng)在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。本研究深入探討了近紅外光譜法定量分析的基本原理、技術(shù)方法以及在多個領(lǐng)域中的實際應(yīng)用，不僅驗證了其在不同材料、藥品、食品等定量分析中的有效性，還揭示了該方法在未來發(fā)展中的廣闊前景。本研究通過對比分析不同樣品在近紅外光譜下的特征表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)近紅外光譜法定量分析具有快速、準(zhǔn)確、非破壞性等顯著優(yōu)點。與傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法相比，近紅外光譜法無需復(fù)雜的樣品前處理，能夠在短時間內(nèi)提供準(zhǔn)確的定量分析結(jié)果，大大降低了分析成本和時間成本。在具體應(yīng)用方面，本研究通過多個實驗案例驗證了近紅外光譜法定量分析在藥品、食品、農(nóng)業(yè)、石油化工等領(lǐng)域的適用性。在藥品分析中，該方法可以快速檢測藥品的成分含量，確保藥品質(zhì)量；在食品工業(yè)中，該方法可用于快速檢測食品的營養(yǎng)成分、水分含量等關(guān)鍵指標(biāo)，為食品安全和質(zhì)量控制提供了有力支持；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，近紅外光譜法可用于土壤成分分析、作物營養(yǎng)狀況監(jiān)測等，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)支撐；在石油化工領(lǐng)域，該方法可用于油品分析、高分子材料性能評估等，為工業(yè)生產(chǎn)和質(zhì)量控制提供了重要參考。展望未來，隨著光譜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化，近紅外光譜法定量分析有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。隨著、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)的融合應(yīng)用，近紅外光譜法定量分析的準(zhǔn)確性和智能化水平將得到進(jìn)一步提升，為各行業(yè)的快速發(fā)展提供更加精準(zhǔn)、高效的技術(shù)支持。近紅外光譜法定量分析作為一種新興的分析技術(shù)，在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?。本研究通過深入分析和實踐驗證，為近紅外光譜法定量分析的應(yīng)用和推廣提供了有力支持，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和實踐提供了有益的參考。參考資料：本文綜述了近年來傅里葉紅外光譜法在油脂定量分析領(lǐng)域的研究進(jìn)展。傅里葉紅外光譜法是一種非破壞性、快速、準(zhǔn)確的分析方法，廣泛應(yīng)用于油脂的定量分析。本文介紹了傅里葉紅外光譜法在油脂定量分析中的研究現(xiàn)狀、存在的問題以及未來的發(fā)展方向。油脂是人體必需的營養(yǎng)物質(zhì)之一，具有提供能量、保護(hù)內(nèi)臟、維持體溫等重要作用。然而，油脂的攝入量過多或過少都會對人體健康產(chǎn)生不良影響。因此，準(zhǔn)確測定油脂的含量對于人體健康具有重要意義。傅里葉紅外光譜法是一種非破壞性、快速、準(zhǔn)確的分析方法，廣泛應(yīng)用于油脂的定量分析。本文綜述了近年來傅里葉紅外光譜法在油脂定量分析領(lǐng)域的研究進(jìn)展。傅里葉紅外光譜法對樣品的制備要求較高，需要將樣品制成均勻的薄膜或與溴化鉀混合后壓片。對于一些不溶于溴化鉀的油脂，可以采用石蠟油等其他溶劑進(jìn)行溶解。為了提高測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，需要對樣品進(jìn)行純化和干燥處理。傅里葉紅外光譜儀通過掃描樣品的光譜獲取其紅外吸收光譜。在測量過程中，需要選擇合適的掃描范圍和分辨率，以保證測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。同時，需要對光譜進(jìn)行基線校正和背景消除等預(yù)處理操作，以消除干擾因素和提高測量精度。通過對紅外吸收光譜的分析和處理，可以確定油脂中各官能團(tuán)的含量和分布情況。根據(jù)已知的標(biāo)準(zhǔn)譜圖和樣品的光譜信息，可以采用化學(xué)計量學(xué)方法對油脂中的脂肪酸、膽固醇等成分進(jìn)行定性和定量分析。還可以利用傅里葉變換技術(shù)對光譜進(jìn)行預(yù)處理和解析，以提高測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。傅里葉紅外光譜法對樣品的制備要求較高，需要將樣品制成均勻的薄膜或與溴化鉀混合后壓片。對于一些不溶于溴化鉀的油脂，制備過程較為困難。為了提高測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，需要對樣品進(jìn)行純化和干燥處理，這也會增加樣品的制備難度和時間成本。傅里葉紅外光譜法是一種間接測量方法，需要通過測量樣品的光譜信息來推斷其成分和含量。然而，由于光譜解析的復(fù)雜性，往往需要采用化學(xué)計量學(xué)方法對光譜進(jìn)行定性和定量分析。這不僅需要大量的計算資源和時間成本，還可能受到其他因素的干擾而影響測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。為了解決樣品制備的困難和提高測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，需要進(jìn)一步改進(jìn)樣品制備技術(shù)。例如，可以采用新型的溶劑或萃取劑來溶解和純化樣品；采用先進(jìn)的壓片技術(shù)來制備均勻的薄膜；采用納米技術(shù)等手段來提高樣品的穩(wěn)定性和靈敏度等。為了提高測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，需要發(fā)展高精度測量技術(shù)。例如，可以采用高分辨率的光譜測量技術(shù)來提高光譜解析的精度；采用先進(jìn)的信號處理技術(shù)和算法來提高信噪比和抗干擾能力；采用多維光譜技術(shù)等手段來提高測量的穩(wěn)定性和可靠性等。傅里葉紅外光譜法在油脂定量分析領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。未來可以進(jìn)一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，例如在食品、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域開展相關(guān)研究工作；同時也可以將該方法與其他分析方法相結(jié)合以提高測量的準(zhǔn)確性和可靠性；此外還可以開展相關(guān)的理論研究和基礎(chǔ)實驗工作為該方法的進(jìn)一步發(fā)展提供理論支持和實踐經(jīng)驗。紅外光近紅外光譜儀（NearInfraredSpectrumInstrument，NIRS）是介于可見光（Vis）和中紅外（MIR）之間的電磁輻射波，美國材料檢測協(xié)會（ASTM）將近紅外光譜區(qū)定義為780-2526nm的區(qū)域，是人們在吸收光譜中發(fā)現(xiàn)的第一個非可見光區(qū)。近紅外光譜區(qū)與有機分子中含氫基團(tuán)（O-H、N-H、C-H）振動的合頻和各級倍頻的吸收區(qū)一致，通過掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機分子含氫基團(tuán)的特征信息，而且利用近紅外光譜技術(shù)分析樣品具有方便、快速、高效、準(zhǔn)確和成本較低，不破壞樣品，不消耗化學(xué)試劑，不污染環(huán)境等優(yōu)點，因此該技術(shù)受到越來越多人的青睞。近紅外光譜區(qū)是Herschel在1800年進(jìn)行太陽光譜可見區(qū)紅外部分能量測量中發(fā)現(xiàn)的，為了紀(jì)念Herschel的歷史性發(fā)現(xiàn)人們將近紅外譜區(qū)中介于780～1100nm的波段稱為Herschel譜區(qū)。紅外光譜分析技術(shù)作為一種有效的分析手段在二十世紀(jì)三十年代就得到了認(rèn)可，當(dāng)時紅外儀器主要用于分子結(jié)構(gòu)理論的研究。近紅外區(qū)的光譜吸收帶是有機物質(zhì)中能量較高的化學(xué)鍵（主要是CH、OH、NH）在中紅外光譜區(qū)基頻吸收的倍頻、合頻和差頻吸收帶疊加而成的。由于近紅外譜區(qū)光譜的嚴(yán)重重疊性和不連續(xù)性，物質(zhì)近紅外光譜中的與成份含量相關(guān)的信息很難直接提取出來并給予合理的光譜解析。而有機物在中紅外譜區(qū)的吸收帶較多、譜帶窄、吸收強度大及有顯著的特征吸收性，傳統(tǒng)的光譜學(xué)家和化學(xué)分析家習(xí)慣于在中紅外基頻吸收波段進(jìn)行光譜解析，所以近紅外譜區(qū)在很長一段時間內(nèi)是被人忽視和遺忘的譜區(qū)。隨著紅外儀器技術(shù)的發(fā)展，更加穩(wěn)定的電源、信號放大器、更靈敏的光子探測器、微型計算機等的發(fā)展使得近紅外光譜區(qū)作為一段獨立的且有獨特信息特征的譜區(qū)得到了重視和發(fā)展。KarlNorris作為近紅外光譜分析技術(shù)發(fā)展的奠基人，于二十世紀(jì)五十年代在美國農(nóng)業(yè)部的支持下開始進(jìn)行近紅外光譜分析技術(shù)用于農(nóng)產(chǎn)品（包括谷物、飼料、水果、蔬菜等）成份快速定量檢測的探討研究。Norris的早期工作主要是探求合理的近紅外光譜分析方法用于研究物質(zhì)在近紅外光照射下所體現(xiàn)出的光譜吸收特性和散射特性，他首先提出了多元線性回歸（MLR）算法在物質(zhì)成份近紅外光譜定標(biāo)模型建立和光譜信息提取解析方面所體現(xiàn)出的優(yōu)勢，這為后來系統(tǒng)的近紅外光譜技術(shù)理論體系的形成起到了很重要的作用。二十世紀(jì)六十年代，Norris領(lǐng)導(dǎo)的課題組進(jìn)行了大量的光譜學(xué)方法論證，其中包括可見和近紅外波段透射、反射及透反射等測量方法比較，在這一階段的工作中最大的成果莫過于得到了植物葉子和谷物的反射吸收光譜，這為近紅外光譜技術(shù)的發(fā)展提供了更大的優(yōu)勢和方便。與此同時，Norris研制出世界上第一臺近紅外掃描光譜儀，這臺光譜儀是在Cary14單色儀的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，擁有與微型計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，也就是在這臺掃描光譜儀上，多元線性回歸分析方法在提取與成份相關(guān)的光譜信息方面的優(yōu)勢得到了演示，這臺儀器就成為了后來近紅外光譜分析儀器發(fā)展的雛形。谷物水份近紅外分析儀的研制成功及大范圍的推廣使用是近紅外分析技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。水份在任何生物中都存在且有較大的比重，而且水份的近紅外吸收光譜有很強的特征性、吸收強度很高，其倍頻、合頻吸收帶相互分離、光譜分辨率高，所以近紅外水份分析儀的分析性能較為穩(wěn)定且精度很高，在近紅外光譜分析儀器家族中最早得到了農(nóng)業(yè)和工業(yè)界的認(rèn)可。但是事物總有兩面性，水份中OH的強吸收特征對于物質(zhì)中其它成份的光譜分析及含量測定則形成了很強的干擾，如何排除水份吸收對各成份及其它各成份之間的相互干擾就成為近紅外光譜分析技術(shù)中的一個關(guān)鍵問題被提了出來，相關(guān)光譜定標(biāo)分析方法的提出有效地解決了這一問題。Shenk、Hoove、McClure、Hamid在Norris的領(lǐng)導(dǎo)下在七十年代設(shè)計完成了可以用于草料和煙草成份定量分析的近紅外光譜分析儀器?；谇叭怂偨Y(jié)的近紅外光譜分析技術(shù)經(jīng)驗積累以及儀器研制技術(shù)的成熟，多家公司（如Dickie-John、BranLeubbe、Technicon）加入了近紅外分析儀器商業(yè)化的隊伍，其中Dickie-John公司生產(chǎn)了世界上第一臺商用濾光片型近紅外光譜儀，BranLeubbe生產(chǎn)了世界上第一臺商用光柵掃描型近紅外光譜儀，1971全世界第一臺商用近紅外Neotec公司GrainQualityAnalyzer進(jìn)入市場,在整個農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的各個應(yīng)用方面進(jìn)行近紅外分析技術(shù)的推廣使用，使得該技術(shù)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)入了成熟期。1975CanadianGrainCommission加拿大糧食委員會接受近紅外方法作為測定小麥蛋白的官方方法.1984美國公職分析家學(xué)會(AOAC)#03:NIR成為分析飼料中蛋白，酸性洗滌纖維，中性洗滌纖維的標(biāo)準(zhǔn)方法.近紅外儀器技術(shù)和定標(biāo)技術(shù)的發(fā)展過程中，諸多的疑難問題被一一解決，其中包括儀器自身的工作穩(wěn)定性、待測樣品的物理及化學(xué)特征對定標(biāo)模型的影響、樣品制備影響、環(huán)境因素（如溫度、濕度、環(huán)境光照、振動等）等，這些問題通過大量的實驗和應(yīng)用討論已經(jīng)得到了比較滿意的解釋。1994定標(biāo)新方法：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-解決非線性.1995NIRSystems推出基于數(shù)字信號控制的全息光柵DDS系統(tǒng).在二十世紀(jì)八十年代前，雖然近紅外分析儀器采用多元線性回歸技術(shù)建立定標(biāo)模型在農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域得到了較為滿意的結(jié)果，但是多回歸變量如何能夠在特定的組合下完成待測成分近紅外光譜吸光度數(shù)據(jù)與參考化學(xué)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)計算、各個光譜變量與待測成分之間有如何的特征關(guān)系、樣品顆粒度及散射影響所導(dǎo)致的不穩(wěn)定性等問題仍是急需得到合理解釋的。長期以來，雖然近紅外分析儀器的分析性能已經(jīng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了認(rèn)可，對于研究者和用戶雙方都把近紅外分析技術(shù)作為一個較為成型的“黑匣子”技術(shù)。直到多元統(tǒng)計變量方法（化學(xué)計量學(xué)）在八十年代得到了發(fā)展并將該方法引入到近紅外光譜解析及定標(biāo)技術(shù)中來，近紅外分析技術(shù)才真正達(dá)到了定標(biāo)理論與實踐的統(tǒng)一，促進(jìn)了該技術(shù)與化學(xué)計量學(xué)的并肩發(fā)展，所以八十年代被稱為是“化學(xué)計量學(xué)的時代”。在這一時期掀起了一個采用化學(xué)計量學(xué)用于數(shù)據(jù)預(yù)處理以實現(xiàn)近紅外光譜解析和定標(biāo)模型優(yōu)化的高潮，其主要針對問題是樣品顆粒度、裝填密度等因素所導(dǎo)致的散射問題。IanCowe和JimMcNicol首先將主成份回歸分析方法用于近紅外光譜的數(shù)據(jù)降維壓縮處理以實現(xiàn)定標(biāo)模型穩(wěn)定，通過對回歸主因子的優(yōu)選達(dá)到了排除非測量因素（如顆粒度尺寸及分布）和非線性因素影響的目的，達(dá)到了很好的效果。同時令他們驚奇的是，穩(wěn)定的定標(biāo)模型所采用的主因子與待測成份的主要近紅外光譜吸收帶有很強的對應(yīng)關(guān)系，對定標(biāo)模型合理性可以給出滿意的解釋。Kawalski和他的研究生們則首先將偏最小二乘回歸技術(shù)應(yīng)用于光譜學(xué)技術(shù)中來，但直到最近幾年該技術(shù)才在近紅外分析技術(shù)中得到應(yīng)用和推廣。經(jīng)過理論與實踐的并行發(fā)展，化學(xué)計量學(xué)已經(jīng)形成較為完整的體系，其中主要分為定性和定量分析兩個模塊，H.Mark等對其進(jìn)行了較為詳細(xì)地論述?；瘜W(xué)計量學(xué)這一時期在近紅外領(lǐng)域的應(yīng)用和探討可以主要集中在以下幾個方面：1）非線性回歸定標(biāo)方法如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、局部權(quán)重回歸等用于多變量非線性定標(biāo)模型的探討。4）偏最小二乘回歸和其它因子回歸方法在最佳因子數(shù)選取原則比較的探討。伴隨著化學(xué)計量學(xué)技術(shù)在近紅外光譜分析領(lǐng)域的不斷發(fā)展，研究人員可以更加準(zhǔn)確地掌握了近紅外光譜吸光度信息與物質(zhì)化學(xué)成分信息之間的線性相關(guān)性，雖然化學(xué)計量學(xué)方法本身的改進(jìn)并沒有在定量分析結(jié)果準(zhǔn)確性方面有多大的改善。近紅外光譜分析儀器的性能隨著光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、硬件技術(shù)以及計算機和軟件技術(shù)的不斷進(jìn)步也有了極大地改善，高信噪比的傅立葉變換型、光柵掃描型光譜分析儀研制成功并開始進(jìn)入儀器市場，濾光片型近紅外分析儀的研制則進(jìn)入了成熟期并成為了近紅外儀器中的主流產(chǎn)品。與此同時，近紅外光譜分析技術(shù)在除農(nóng)業(yè)以外的其他領(lǐng)域（如紡織業(yè)、化工業(yè)、制藥業(yè)、造紙業(yè)等）也進(jìn)入了實際應(yīng)用階段，尤其是在工業(yè)現(xiàn)場分析、在線質(zhì)量監(jiān)控等方面該技術(shù)顯示了其獨有的優(yōu)勢。進(jìn)入九十年代，許多基于不同分光原理的新型近紅外分析儀器如二極管列陣型、聲光調(diào)制型、成像光譜型等出現(xiàn)了，這些儀器在快速現(xiàn)場實時測量方面有很好的發(fā)展?jié)摿?，是?dāng)代近紅外光譜分析儀器發(fā)展的典型代表。近紅外光譜分析技術(shù)經(jīng)過了近半個世紀(jì)的發(fā)展歷程現(xiàn)已經(jīng)成為新世紀(jì)里的最有應(yīng)用前途的分析技術(shù)之一，許多國家現(xiàn)已建立了專門的科研力量進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域儀器設(shè)備的研發(fā)，降低儀器成本且保持足夠的分析性能成為當(dāng)今近紅外儀器研制的主導(dǎo)方向。歐洲的許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在多個領(lǐng)域內(nèi)將該技術(shù)作為行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量評定的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，幾乎完全替代了先前廣泛使用的化學(xué)分析方法，在生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量方面得到了很好的效果。中國在近紅外光譜分析技術(shù)方面的研究起步較晚，八十年代后期長春光機與物理研究所承擔(dān)了國家糧食局下達(dá)“八五”科技攻關(guān)項目，研制成功濾光片型飼料近紅外分析儀，之后的十年里又相繼開發(fā)出可以分析玉米、小麥、大豆等糧食作物的濾光片型近紅外分析儀器，現(xiàn)階段正在從事人參、人體血糖、煤炭、蜂蜜、茶葉等方面的研究和儀器開發(fā)工作。與此同時，中國在石油化工領(lǐng)域開發(fā)出了光柵掃描型近紅外分析儀用于石油成份的快速定量檢測，取得了喜的成果。中國近紅外光譜分析技術(shù)的研究也已經(jīng)相對成熟，估計在未來幾年內(nèi)即可完成近紅外分析儀器在各個領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。為了合理地解釋光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生光譜的物理機制，物理學(xué)家建立了多種理論模型如剛性轉(zhuǎn)子、簡諧振子（線性諧振子）、非剛性轉(zhuǎn)子、非諧振子、轉(zhuǎn)動模型及多原子分子振動及轉(zhuǎn)動模型等，其中雙原子分子線性簡諧振動模型所給出的分子振動頻率位于中紅外波段區(qū)，剛性轉(zhuǎn)子模型和轉(zhuǎn)動模型一般是用來研究氣態(tài)分子與光相互作用機理。下面就給出雙原子分子線性諧振子振動模型分別在經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)表述下如何解釋光與分子相互作用產(chǎn)生光譜的理論推導(dǎo)過程。在經(jīng)典力學(xué)中，對于這種兩體問題一般在質(zhì)心坐標(biāo)系中將其簡化為具有折合質(zhì)量μ和相對位移x的單體問題，其運動方程可以寫為：采用這個較為簡單的振動頻率公式可以解釋許多紅外區(qū)出現(xiàn)的光譜吸收特征。由牛頓第二定律得到此雙原子彈性系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換表達(dá)式為：依據(jù)能量守恒定律，系統(tǒng)內(nèi)的原子的動能與勢能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)雙原子運動到最大振幅x處時系統(tǒng)的動能為零，勢能表達(dá)式可以通過對上式兩邊積分得到：圖1給出了彈性系統(tǒng)的勢能圖。從圖中可以看出，隨著雙原子分子振幅的連續(xù)變化勢能的變化也是連續(xù)的。但是在十九世紀(jì)末通過實驗觀察得到的數(shù)據(jù)顯示能量并不是連續(xù)吸收的，這與以上經(jīng)典的結(jié)論是難以吻合的，1900年普朗克提出了光的量子理論合理地解釋了這一實驗現(xiàn)象。他指出能量與原子體系的相互作用是非連續(xù)的，能量的變化只能通過粒子在兩個分立的能量狀態(tài)之間的躍遷吸收或輻射來完成，這些能量狀態(tài)是量子化的，每個能級的能量是確定的，能級之間的躍遷，只有在粒子與外界光能量作用或自發(fā)輻射的情況下才能發(fā)生電磁波的吸收與發(fā)射。普朗克進(jìn)一步給出了系統(tǒng)輻射和吸收的電磁波的能量變化與頻率之間的相互關(guān)系：式中h是普朗克常數(shù)。從式中可以看出，如果入射光的頻率范圍很寬，由于各能級之間的能量是確定的，只有特定頻率的光輻射可以改變現(xiàn)有的能量狀態(tài)而發(fā)生躍遷，但是這只是一種較為理想的實驗?zāi)Ｐ?，真正的分子能級是無限多的，如果沒有躍遷選擇定則的約束即使這樣的簡單模型所形成的吸收光譜也是極其復(fù)雜的。空間中的分子由于本身質(zhì)心的自旋轉(zhuǎn)動以及周期性偏離平衡位置的振動而產(chǎn)生許多能級，在紅外波段的吸收主要是由于分子中不同的振動和轉(zhuǎn)動能級之間的相互躍遷產(chǎn)生的。然而轉(zhuǎn)動能級之間發(fā)生躍遷需要的能量相對于振動能級要小很多，由于光譜儀器探測的靈敏度限制，轉(zhuǎn)動吸收帶只有在氣體的吸收光譜中才可以觀察到，所以對于研究液體和固體的紅外吸收帶而言，只考慮分子的振動吸收模式。振動吸收模式能級以及其它形式分子能級都是量子化的，任何特定系統(tǒng)所允許的振動模式能級都可以通過求解量子力學(xué)態(tài)表象中的薛定諤方程得到能量本征值求得，依據(jù)各能量本征值所對應(yīng)的本征函數(shù)所特有的正交性求得能級躍遷的選擇定則。分子化學(xué)鍵各能級之間的躍遷是對入射光頻率有選擇性的，所以可以通過對經(jīng)過與分子相互作用的光能量進(jìn)行探測實現(xiàn)確定分子特性和結(jié)構(gòu)的目的，這就是紅外吸收光譜用于物質(zhì)成份定性分析的機理。1）量子力學(xué)中，只有量子數(shù)相差為1時，各能量本征值所對應(yīng)的本征函數(shù)在能量表象中的偶極躍遷矩陣元不為零，才可以發(fā)生能級躍遷。由此定則決定的簡諧振子系統(tǒng)的能級是等間隔分布的，而且理論上只存在一個振動吸收帶。2）光譜吸收帶只有在分子與入射光能量發(fā)生相互作用，即光能量可以耦合到分子的振動模式中才可以發(fā)生躍遷，能量的耦合是通過不等核電荷之間的電偶極矩的變化完成的。所以對于等電荷即同核的雙原子分子即使存在振動能級也無法完成能量轉(zhuǎn)移而形成躍遷。盡管線性諧振子的量子模型可以解釋在紅外區(qū)域中所觀察到的由于分子的基本振動模式所產(chǎn)生的特征吸收帶，但是實驗發(fā)現(xiàn)在特征吸收帶所對應(yīng)的基頻的二倍、三倍等頻率位置出仍有較強的吸收帶，這就表明把分子作為簡諧振動模型只是一種較為粗略的近似，難以解釋在近紅外區(qū)所出現(xiàn)的倍頻現(xiàn)象。這與基頻吸收帶所允許的躍遷定則是截然違背的?？臻g中分子由于其它分子以及自身的自旋影響，模型并不完全滿足線性諧振子條件，原子之間的彈性振動并不遵循胡克定律，這就導(dǎo)致原子可以獲得更大的躍遷幾率而到達(dá)倍頻位置，這也正是近紅外光譜分析技術(shù)所依托的光譜機理。當(dāng)分子中的雙原子相互接近或遠(yuǎn)離而偏離平衡位置時，由于原子核間庫侖力的作用分子系統(tǒng)的勢能將以很快的速度增加，在較低頻率處，非線性諧振子所給出的勢能曲線與線性諧振子較為相近，而在較高頻率處，勢能增加到一定程度時非線性諧振子的勢能曲線開始變得很平緩，依據(jù)能量守恒定律，勢能增加的減少是由于分子體系中原子的振動能級發(fā)生了變化所導(dǎo)致的內(nèi)能增加所致。自然界中光每時每刻都在與物質(zhì)發(fā)生相互作用并遵循特定的規(guī)律將特定頻率的光子能量傳遞給物質(zhì)，當(dāng)光輻射入射到物質(zhì)表面上時通常會存在三種能量轉(zhuǎn)移形式：反射、吸收、透射。其中反射又可以分為漫反射和鏡面反射，漫反射以體漫反射（Bodyreflectance）和表面漫反射兩種形式出現(xiàn)。表面漫反射和鏡面反射遵循相同的規(guī)律－反射定律，但表面漫反射又被稱為是無規(guī)則反射平面的鏡面反射。鏡面反射和表面漫反射是光經(jīng)過物質(zhì)的表面時直接被反射的物理現(xiàn)象，光并沒有與物質(zhì)發(fā)生任何作用，所以沒有攜帶任何與物質(zhì)成份相關(guān)的信息，在近紅外光譜分析儀器技術(shù)中當(dāng)作雜散光，對儀器的信噪比和精確度有較大的影響，在儀器設(shè)計以及樣品制備過程中都要求重點考慮如何最大程度地消除鏡面反射的能量干擾。體漫反射是光能量透過物質(zhì)表層與其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用后出射又進(jìn)入其他微粒發(fā)生相互作用的現(xiàn)象，微觀結(jié)構(gòu)依據(jù)其化學(xué)鍵的不同運動模式與不同頻率的光振動有選擇性地發(fā)生耦合吸收，沒有發(fā)生耦合吸收的光能量則被原子核通過多次反射后折出該物質(zhì)表層，體反射出來的光信號與入射原始光信號之間的比值即反映了物質(zhì)對不同頻率光的選擇吸收特性，即形成了測量物質(zhì)的吸收光譜，反映了豐富的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)信息。吸收光譜數(shù)據(jù)是在光譜測量頻率范圍內(nèi)得到的與每個頻率對應(yīng)的相對值，通過這些相對值的強度和位置可以通過光譜理論推導(dǎo)分子的結(jié)構(gòu)。吸光度數(shù)據(jù)是物質(zhì)對近紅外波段光輻射能量入射前后的比值（無量綱單位），它是通過近紅外光譜分析儀器的能量采集系統(tǒng)（主要是探測器）來得到的，它的大小與待測物質(zhì)成份的濃度成直接的線性關(guān)系，進(jìn)而可以以近紅外光輻射為信息載體測量其經(jīng)過物質(zhì)后在近紅外測量波段的能量變化來測量物質(zhì)成份的濃度。對于以上所提出的嚴(yán)格滿足朗伯－比爾定律的條件，在近紅外技術(shù)中很難完全滿足，這就導(dǎo)致了在近紅外光譜測量中會引入很多干擾因素，使得近紅外光譜吸光度數(shù)據(jù)與化學(xué)成分濃度數(shù)據(jù)之間的直接線性相關(guān)性降低。通過對物質(zhì)大量的近紅外光譜進(jìn)行解析發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重影響線性關(guān)系的主要因素是待測物質(zhì)物理特性（如顆粒度、裝填密度、均勻性等）所導(dǎo)致的基線平移和非線性偏移現(xiàn)象。近紅外光輻射與物質(zhì)相互作用后的吸收特性一般通過透射、漫反射兩種形式體現(xiàn)。當(dāng)近紅外光能量經(jīng)過樣品后被探測器探測到時，能量的衰減量與物質(zhì)中成份的濃度含量是滿足式線性關(guān)系，這其中就充分考慮了光輻射在物質(zhì)顆粒間散射影響所導(dǎo)致的平均光程增大效應(yīng)。為了計算多原子分子多種可能的振動模式，有必要引入自由度的概念來確定分子系統(tǒng)的振動模式數(shù)量。定義空間中的一個點需要三個自由度，n個點則需要3n個自由度，其中確定整個分子的平面運動和旋轉(zhuǎn)運動分別需要3個自由度，這樣描述分子內(nèi)部的原子振動則需要3n-6個自由度。在分子內(nèi)沿著兩原子之間化學(xué)鍵的移動為伸縮振動，可以分為對稱振動和非對稱振動，而原子間以相對于化學(xué)鍵有一定的角度的運動則稱為彎曲振動，可以分為剪切運動、擺動、對稱扭曲以及非對稱扭曲運動，每一個振動模式在近紅外光譜區(qū)都會產(chǎn)生倍頻或合頻吸收，吸收強度則取決于振動的非簡諧性程度。含有最小原子核質(zhì)量的氫原子的化學(xué)鍵在振動時的振幅最大，所以化學(xué)鍵所有的振動模式與線性諧振子振動模型的振動模式偏離較大，在近紅外區(qū)所觀察到的很多吸收帶都是氫原子伸縮振動所產(chǎn)生的倍頻以及伸縮振動和彎曲振動相互作用所產(chǎn)生的合頻吸收。自從1954年第一臺商用近紅外光譜分析儀問世以來，科研工作者積極地在各個領(lǐng)域中將該光譜技術(shù)進(jìn)行推廣使用，在這期間做了大量的實驗來解析各種物質(zhì)的成份在近紅外區(qū)的吸收帶，同時結(jié)合中紅外物質(zhì)成份特征吸收光譜分析工作的成果將實驗觀察得到的結(jié)果與理論計算得到的結(jié)果進(jìn)行對比，可以較為準(zhǔn)確地解析許多物質(zhì)的近紅外倍頻和合頻吸收光譜。對一臺近紅外光譜儀器進(jìn)行評價時，必須要了解儀器的主要性能指標(biāo)，下面簡單做下介紹。對任何一臺特定的近紅外光譜儀器，都有其有效的光譜范圍，光譜范圍主要取決于儀器的光路設(shè)計、檢測器的類型以及光源。近紅外光譜儀器的波長范圍通常分兩段，700～1100nm的短波近紅外光譜區(qū)域和1100～2500nm的長波近紅外光譜區(qū)域。光譜的分辨率主要取決于光譜儀器的分光系統(tǒng)，對用多通道檢測器的儀器，還與儀器的像素有關(guān)。分光系統(tǒng)的光譜帶寬越窄，其分辨率越高，對光柵分光儀器而言，分辨率的大小還與狹縫的設(shè)計有關(guān)。儀器的分辨率能否滿足要求，要看儀器的分析對象，即分辨率的大小能否滿足樣品信息的提取要求。有些化合物的結(jié)構(gòu)特征比較接近，要得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果，就要對儀器的分辨率提出較高的要求，例如二甲苯異構(gòu)體的分析，一般要求儀器的分辨率好于1nm。光譜儀器波長準(zhǔn)確性是指儀器測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)某一譜峰的波長與該譜峰的標(biāo)定波長之差。波長的準(zhǔn)確性對保證近紅外光譜儀器間的模型傳遞非常重要。為了保證儀器間校正模型的有效傳遞，波長的準(zhǔn)確性在短波近紅外范圍要求好于5nm，長波近紅外范圍好于5nm。波長的重現(xiàn)性指對樣品進(jìn)行多次掃描，譜峰位置間的差異，通常用多次測量某一譜峰位置所得波長或波數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示（傅立葉變換的近紅外光譜儀器習(xí)慣用波數(shù)cm-1表示）。波長重現(xiàn)性是體現(xiàn)儀器穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)，對校正模型的建立和模型的傳遞均有較大的影響，同樣也會影響最終分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般儀器波長的重現(xiàn)性應(yīng)好于1nm。吸光度準(zhǔn)確性是指儀器對某標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行透射或漫反射測量，測量的吸光度值與該物質(zhì)標(biāo)定值之差。對那些直接用吸光度值進(jìn)行定量的近紅外方法，吸光度的準(zhǔn)確性直接影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。吸光度重現(xiàn)性指在同一背景下對同一樣品進(jìn)行多次掃描，各掃描點下不同次測量吸光度之間的差異。通常用多次測量某一譜峰位置所得吸光度的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。吸光度重現(xiàn)性對近紅外檢測來說是一個很重要的指標(biāo)，它直接影響模型建立的效果和測量的準(zhǔn)確性。一般吸光度重現(xiàn)性應(yīng)在001～0004A之間。吸光度噪音也稱光譜的穩(wěn)定性，是指在確定的波長范圍內(nèi)對樣品進(jìn)行多次掃描，得到光譜的均方差。吸光度噪音是體現(xiàn)儀器穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。將樣品信號強度與吸光度噪音相比可計算出信噪比。吸光度范圍也稱光譜儀的動態(tài)范圍，是指儀器測定可用的最高吸光度與最低能檢測到的吸光度之比。吸光度范圍越大，可用于檢測樣品的線性范圍也越大?；€穩(wěn)定性是指儀器相對于參比掃描所得基線的平整性，平整性可用基線漂移的大小來衡量?；€的穩(wěn)定性對我們獲得穩(wěn)定的光譜有直接的影響。雜散光定義為除要求的分析光外其它到達(dá)樣品和檢測器的光量總和，是導(dǎo)致儀器測量出現(xiàn)非線性的主要原因，特別對光柵型儀器的設(shè)計，雜散光的控制非常重要。雜散光對儀器的噪音、基線及光譜的穩(wěn)定性均有影響。一般要求雜散光小于透過率的1%。掃描速度是指在一定的波長范圍內(nèi)完成1次掃描所需要的時間。不同設(shè)計方式的儀器完成1次掃描所需的時間有很大的差別。例如，電荷耦合器件多通道近紅外光譜儀器完成1次掃描只需20ms，速度很快；一般傅立葉變換儀器的掃描速度在1次/s左右；傳統(tǒng)的光柵掃描型儀器的掃描速度相對較慢，較快的掃描速度也不過2次/s左右。采樣間隔是指連續(xù)記錄的兩個光譜信號間的波長差。很顯然，間隔越小，樣品信息越豐富，但光譜存儲空間也越大；間隔過大則可能丟失樣品信息，比較合適的數(shù)據(jù)采樣間隔設(shè)計應(yīng)當(dāng)小于儀器的分辨率。測樣方式在此指儀器可提供的樣品光譜采集形式。有些儀器能提供透射、漫反射、光纖測量等多種光譜采集形式。軟件是現(xiàn)代近紅外光譜儀器的重要組成部分。軟件一般由光譜采集軟件和光譜化學(xué)計量學(xué)處理軟件兩部分構(gòu)成。前者不同廠家的儀器沒有很大的區(qū)別，而后者在軟件功能設(shè)計和內(nèi)容上則差別很大。光譜化學(xué)計量學(xué)處理軟件一般由譜圖的預(yù)處理、定性或定量校正模型的建立和未知樣品的預(yù)測三大部分組成，軟件功能的評價要看軟件的內(nèi)容能否滿足實際工作的需要。近紅外光照射時，頻率相同的光線和基團(tuán)發(fā)生共振現(xiàn)象，光的能量通過分子偶極矩的變化傳遞給分子。近紅外光的頻率和樣品的振動頻率不相同，該頻率的光就不會被吸收。因此，選用連續(xù)改變頻率的近紅外光照射某樣品時，由于試樣對不同頻率近紅外光的選擇性吸收，通過試樣后的近紅外光線在某些波長范圍內(nèi)減弱，而且另外一些波長范圍內(nèi)較強，透射的紅外光線就攜帶有機物組分和結(jié)構(gòu)的信息。通過檢測器分析透射或反射光線的光密度，從而決定該組分的含量。通過測定透射光線攜帶的信息而進(jìn)行的檢測，稱為近紅外透射技術(shù)通過測定反射光線攜帶的信息進(jìn)行的測定，稱為近紅外反射技術(shù)。1）分析速度快。近紅外光譜分析儀一旦經(jīng)過定標(biāo)后在不到一分鐘的時間內(nèi)即可完成待測樣品多個組分的同步測量，如果采用二極管列陣型檢測器結(jié)合聲光調(diào)制型分光器的分析儀，則可在幾秒鐘的時間內(nèi)給出測量結(jié)果，完全可以實現(xiàn)過程在線定量分析。2）對樣品無化學(xué)污染。待測樣品視顆粒度的不同可能需要簡單的物理制備過程（如磨碎、混合、干燥等），無需任何化學(xué)干預(yù)即可完成測量過程，被稱為是一種綠色的分析技術(shù)。3）儀器操作簡單，對操作員的素質(zhì)水平要求較低。通過軟件設(shè)計可以實現(xiàn)極為簡單的操作要求，在整個測量過程中引入的人為誤差較小。4）測量準(zhǔn)確度高。盡管該技術(shù)與傳統(tǒng)理化分析方法相比精度略遜一籌，但是給出的測量準(zhǔn)確度足夠滿足生產(chǎn)過程中質(zhì)量監(jiān)控的實際要求，故而非常實用。5）分析成本低。由于在整個測量過程中無需任何化學(xué)試劑，儀器定標(biāo)完成后測量是一項非常簡單工作，所以幾乎沒有任何損耗。近紅外光譜儀器從分光系統(tǒng)可分為固定波長濾光片、光柵色散、快速傅立葉變換、聲光可調(diào)濾光器四種類型。濾光片型主要作專用分析儀器，如糧食水分測定儀。由于濾光片數(shù)量有限，很難分析復(fù)雜體系的樣品。光柵掃描式具有較高的信噪比和分辨率。由于儀器中的可動部件（如光柵軸）在連續(xù)高強度的運行中可能存在磨損問題，從而影響光譜采集的可靠性，不太適合于在線分析。傅立葉變換近紅外光譜儀是具有較高的分辨率和掃描速度，這類儀器的弱點同樣是干涉儀中存在移動性部件，且需要較嚴(yán)格的工作環(huán)境。聲光可調(diào)濾光器是采用雙折射晶體，通過改變射頻頻率來調(diào)節(jié)掃描的波長，整個儀器系統(tǒng)無移動部件，掃描速度快。但這類儀器的分辨率相對較低，價格也較高。隨著陣列檢測器件生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，采用固定光路、光柵分光、陣列檢測器構(gòu)成的NIR儀器，以其性能穩(wěn)定、掃描速度快、分辨率高、信噪比高以及性能價格比好等特點正越來越引起人們的重視。在與固定光路相匹配的陣列檢測器中，常用的有電荷耦合器件（CCD）和二極管陣列（PDA）兩種類型，其中CCD多用于近紅外短波區(qū)域的光譜儀，PDA檢測器則用于長波近紅外區(qū)域。在近紅外光譜圖譜上，依據(jù)不同種類物質(zhì)所含化學(xué)成分的不同，含氫基團(tuán)倍頻與合頻振動頻率不同，則近紅外圖譜的峰位、峰數(shù)及峰強是不同的，樣品的化學(xué)成分差異越大，圖譜的特征性差異越強。采用簡易的峰位鑒別可對不同品種的中藥進(jìn)行鑒別采用峰位鑒別法主要是分析組分相差較大的不同種物質(zhì)，這種方法直觀、簡便，但對于性質(zhì)相近的樣品鑒別卻無能為力。因此必須需要其它的方法，如化學(xué)計量學(xué)方法等來鑒別。模式識別在六十年代末被引入到化學(xué)領(lǐng)域，它基于一個十分直觀的基本假設(shè)，即“物以類聚”，認(rèn)為性質(zhì)相近的樣本在模式空間中所處的位置相近，它們在空間形成“簇”。模式識別方法具有明顯的優(yōu)點，它不需要數(shù)學(xué)模型需要的先驗知識很少擅長處理復(fù)雜事物和多元數(shù)據(jù)等。在實際工作中，經(jīng)常遇到只需要知道樣品的類別或等級，并不需要知道樣品中含有的組分?jǐn)?shù)與其含量的問題，這時需要應(yīng)用模式識別法。模式識別法主要用于光譜的定性分析。在近紅外光譜定性分析中常用的模式識別方法很多，有聚類分析、判別分析、主成分分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。在中草藥及其產(chǎn)品的應(yīng)用中，模式識別方法主要用于產(chǎn)品的分類與鑒定。系統(tǒng)聚類分析是依據(jù)一種事先選定的相似性或非相似性如距離來度量類在分類空間中的距離，再根據(jù)譜系圖決定分類結(jié)果。逐步聚類分析動態(tài)聚類法是依據(jù)距離進(jìn)行分類的一種迭代方法。與系統(tǒng)聚類法相比，它的計算速度快，并節(jié)省儲存單元，但需事先指定分類數(shù)和適當(dāng)初定值，每步迭代都對各類的中心凝聚點進(jìn)行調(diào)整并按分類對象與中心的距離之遠(yuǎn)近進(jìn)行歸類，直到不變?yōu)橹埂Ｖ鞒煞址治鍪且环N簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、突出主要矛盾的多變量統(tǒng)計分類方法。利用主成分分析可以降低數(shù)據(jù)的維數(shù)，根據(jù)主因子得分對樣品進(jìn)行分類。逐步判別分析能在篩選變量的基礎(chǔ)上建立線性判別模型。篩選是通過檢驗逐步進(jìn)行的。每一步選取滿足指定水平最顯著的變量，并剔除因新變量的引入而變得不顯著的原引入變量，直到不能引入也不能剔除變量為止。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種智能型算法，具有很強的非線性映照能力，在非線性多元校正中已顯露出一定的優(yōu)勢，關(guān)于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用較多。由于具有良好的自組織、自學(xué)習(xí)和處理復(fù)雜非線性問題的能力，因而對于復(fù)雜的、非線性的體系，可取得更好的效果，已被用于許多領(lǐng)域。近紅外光譜分析技術(shù)在近幾十年內(nèi)得到了快速的發(fā)展而且在多個應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可，它的魅力在于其可以在很短的時間內(nèi)無需復(fù)雜的樣品制備過程即可完成物質(zhì)成份多組分的同步快速定量分析，并且可以給出很高的分析精度，不產(chǎn)生任何化學(xué)污染且分析成本很低，易于在實驗室尤其是工業(yè)現(xiàn)場或在線分析領(lǐng)域得到推廣使用。（1）具有廣泛代表性的定標(biāo)和預(yù)測樣品集的收集和成份理化定量分析；在以上的前期工作中需要進(jìn)行較多的實驗驗證，而且需要對近紅外光譜定量分析技術(shù)中的每一個環(huán)節(jié)上全方面考慮多種干擾因素（如溫度、濕度等）的影響。一旦定標(biāo)模型通過預(yù)測檢驗分析后，近紅外光譜分析儀器將在較長的時間內(nèi)保持很高的穩(wěn)定性和分析精度，操作人員很容易在較短的時間內(nèi)掌握該儀器的操作程序，這就是該技術(shù)在一個新的應(yīng)用領(lǐng)域很容易得到推廣的主要優(yōu)勢所在。但是近紅外分析儀器定標(biāo)模型精確度會由于環(huán)境因素影響、自身器件的老化以及參考標(biāo)準(zhǔn)樣品的變化而發(fā)生微小的變化，為了確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性需要對模型進(jìn)行周期性的檢驗和修正，這就需要用戶長期擁有檢測樣品的理化分析能力，盡管并不需要太多的工作量，所以近紅外光譜定量分析技術(shù)需要其他成份定量分析技術(shù)為依托，經(jīng)常通過少量經(jīng)過理化分析的新樣品來驗證近紅外定標(biāo)模型的精確度，這也是該技術(shù)的弱點所在。用于生物反應(yīng)過程出的研究與檢測。由于近紅外響應(yīng)速度快，又可進(jìn)行多組分的同時和無損檢測，因此可以獲取生物過程中的一些重要變量參數(shù)；同時它還可以用于生化反應(yīng)中微生物的鑒別和分類；在生命過程的研究中，被用于測定腦血流量和腦血管中CO2的活性，人體肌肉組織在運動中的氧化代謝等。在臨床醫(yī)學(xué)方面，近紅外光譜的最大優(yōu)勢在于其對組織的透過性好，能夠進(jìn)行體外或在體的非破壞、非介入分析。主要有全血或血清中血紅蛋白載氧量、PH、葡萄糖、尿素等含量的測定。隨著近紅外、計算機技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等的不斷發(fā)展，研究的不斷深入，近紅外技術(shù)將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中充分發(fā)揮出潛力，有望在探索生命過程的奧秘，以及重大疾病預(yù)防、診斷、處理上起到更多的實際作用。近紅外光譜技術(shù)在許多領(lǐng)域（農(nóng)業(yè)和食品等）檢測中已作為官方認(rèn)證的檢測技術(shù)，同時在紡織、聚合物、藥物、石油化工、生化和環(huán)保等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用名。除了早期的應(yīng)用外，近幾年人們又利用該技術(shù)檢測物質(zhì)的純度，解釋物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，預(yù)測、評價生物的某些生理現(xiàn)象及變化，監(jiān)測一些天體的變化等。尤其近幾年，近紅外光譜技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于藥物的鑒別和定性、定量的分析不僅具有快速、方便、準(zhǔn)確、非侵入式分析、易于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的在線控制等優(yōu)點，而且可以鑒定某些藥物如光學(xué)異構(gòu)體、具有光學(xué)活性物質(zhì)的純度，因此在藥物的定性鑒定、定量分析、質(zhì)量控制及在線檢測等方面顯示了巨大的作用。利用近紅外光譜和多變量統(tǒng)計分類技術(shù)系統(tǒng)聚類分析、逐步聚類分析、主成分分析和逐步判別等可很好地對藥材和成藥進(jìn)行定性判別和分類。隨著光導(dǎo)纖維及傳感技術(shù)的發(fā)展，近紅外光譜檢測技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的進(jìn)一步深入，近紅外光譜技術(shù)的非侵入式定性和定量分析成為可能。同時，由于生物體中不同的透明組織對近紅外光具有不同的吸收和散射特性，因此近紅外光對不同的軟組織和變化的組織具有較強的區(qū)分能力。根據(jù)這種特性，可以利用近紅外光譜法測量組織的某些光學(xué)參數(shù)從而得到組織的某些生理參數(shù)，或者建立某些生理參數(shù)和光譜數(shù)據(jù)的關(guān)系，從而可以檢測出組織中的異物或生成二維的圖像；也可監(jiān)測皮膚組織受外界環(huán)境影響的變化；還可用于臨床分析和血液某種成分的測定。近紅外光譜法可以直接對活體組織進(jìn)行無創(chuàng)傷檢測，使過去無法開展的研究工作成為可能，極大地提高了分析檢測效率。近紅外分析技術(shù)的一個重要特點就是技術(shù)本身的成套性，即必須同時具備三個條件：（1）各項性能長期穩(wěn)定的近紅外光譜儀，是保證數(shù)據(jù)具有良好再現(xiàn)性的基本要求；這三個條件的有機結(jié)合起來，才能為用戶真正發(fā)揮作用。因此，在購買儀器時必須對儀器提供的模型使用性有足夠的認(rèn)識，特別避免個別商家為推銷儀器所做的過度宣傳的不良誘導(dǎo)，為此付出代價的廠家有之，因此，一定要對廠家提供模型與技術(shù)支持情況有詳細(xì)了解。近紅外分析技術(shù)分析速度快，是因為光譜測量速度很快，計算機計算結(jié)果速度也很快的原因。但近紅外分析的效率是取決于儀器所配備的模型的數(shù)目，比如測量一張光譜圖，如果僅有一個模型，只能得到一個數(shù)據(jù)，如果建立了10種數(shù)據(jù)模型，那么，僅憑測量的一張光譜，可以同時得到10種分析數(shù)據(jù)。在定標(biāo)過程中，標(biāo)準(zhǔn)樣本數(shù)量的多少，直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，數(shù)量太少不足以反映被測樣本群體常態(tài)分布規(guī)律，數(shù)據(jù)太多，工作量太大。另外在選擇化學(xué)分析的樣本時，不僅要考慮樣品成分含量和梯度，同時要考慮樣本的物理、化學(xué)、生長地域、品種、生長條件及植物學(xué)特性，以提高定標(biāo)效果，使定標(biāo)曲線具有廣泛的應(yīng)用范圍，對變異范圍比較大的樣本可以根據(jù)特定的篩選原則，進(jìn)行多個定標(biāo)，以提高定標(biāo)效果及檢驗的準(zhǔn)確性。一般來講，單類純樣本由于樣本性質(zhì)穩(wěn)定，含化學(xué)信息量相對少，因此定標(biāo)相對容易，如玉米、小麥、大豆等純樣；混合樣本樣品信息復(fù)雜，在本譜區(qū)會引起多種基團(tuán)譜峰的重疊，信息解析困難，定標(biāo)困難，如畜牧生產(chǎn)中的各種全價飼料、配合飼料、濃縮飼料等。近紅外光譜分析技術(shù)現(xiàn)階段已相對成熟，各種不同類型和型號的近紅外分析儀在市場上都有銷售，但是分析儀器的價格相對較高，尤其是傅立葉變換型（如美國Nicolet公司）、光柵掃描型（丹麥Foss公司）等高精度分析儀，普通商業(yè)用戶難以承受，無法大面積推廣。所以如何降低儀器研制成本并保持足夠的分析精度是研究人員關(guān)心的主要問題之一。濾光片型近紅外光譜分析儀成本相對較低，而且定標(biāo)模型的長期穩(wěn)定性較好以及儀器的操作和維護(hù)很方便，但由于濾光片有限，難以應(yīng)對復(fù)雜樣品,該型儀器研制中定標(biāo)模型的優(yōu)選以及同型號儀器間定標(biāo)模型的轉(zhuǎn)移問題一直以來是近紅外工作者討論的熱點。近紅外光譜分析儀器的定量分析精度除了與自身的信噪比及穩(wěn)定性有關(guān)外，參考理化分析方法的精度也直接影響了定標(biāo)模型所給出的測量結(jié)果精度，所以如何進(jìn)一步提高理化參考分析方法的精度以提高儀器測得的近紅外光譜吸光度數(shù)據(jù)與理化分析值的相關(guān)性需要等待理化學(xué)科的發(fā)展。盡管化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展成功地