论近红外光谱技术在化学分析中的应用

论近红外光谱技术在化学分析中的应用

刘志孟

天津乐金渤天化学有限责任公司天津300452

摘要：近红外光谱技术的应用是化学分析工作的重要组成部分，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了近红外光谱分析技术的基本情况，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就近红外光谱技术在化学分析中的应用展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

关键词：近红外光谱技术；化学分析；应用；措施

1前言

化学分析是一项实践性较强的综合性工作，近红外光谱技术的应用特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对近红外光谱技术的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化化学分析相关工作的最终整体效果。

2近红外光谱分析技术概述

2.1基本概念

通常将波长介于可见区与中红外区间的电磁波成为近红外光（NIR），他的波长范围介于800～2500nm。NIRS是基于近红外光的物理特性而衍生出来的一种新型技术。其主要原理是利用待测样品中含有O-H、C-H、N-H和C-C等化学键的泛频振动或转动，以漫反射方式获得在近红外区的光谱，通过多元线性回归、主成分分析、偏最小二乘法及人工神经网等化学计量学手段，建立起物质光谱与待测样品成分间定标模型，最终实现对待测样品成分的预测。

2.2近红外光谱分析技术的特点

近红外光谱分析技术成功地结合了计算机技术、光谱技术和化学计量学等诸多方面的技術成果，已在许多领域中得以应用，与传统分析技术相比主要具有以下优点：不需要对待分析样品进行前处理、不会对环境造成污染且节约大量的试剂费用、投资及操作成本低、分析方便速度快、稳定性好，受干扰小、分析过程中不消耗其他材料或破坏样品、测试重现性好等（陆婉珍，2006）。随着微电机系统和微光机电系统技术的发展，国内外研制出了几款新型的微型近红外仪。微型近红外光谱仪与普通的光谱仪相比有其明显的优势：（1）体积小、容易实现模块化，更符合近年来对检测仪器轻巧、便携的要求，且实现了现场应用的价值；（2）耐用、结构紧凑、低能耗、校准速度快、对环境温度和湿度变化适用范围更宽；当前，国内生产的微型化近红外光谱仪大多数还处在理论的样品机状态，实用化的商品较少，但是，也已在制药、奶粉生产等现场的监测中广泛应用，所以微型化近红外光谱仪的开发不仅是现实的需要，也是一种普遍趋势。

3化学分析

3.1化学分析标准化意义

分析方法标准化是环境检测的核心内容，对于化学分析所得到的数据，工作人员必须严格按事实进行记录和汇报，这对环境生活質量的检测和环境保护计划的设计与实施都有着非凡的意义，这就是所谓的化学分析标准化。所以，分析方法的标准化对环境检测的准确性和科学性有着巨大的影响意义。如果在化学分析技术应用时，不严格遵守数据的真实性，其高科技设备的应用就失去了其准确性的意义，那在设计环境应用方法和环境保护计划时，其方法和计划就会存在偏差，那么其设计就会不合理，最后就会失去化学分析方法使用的初衷，也会让之前的付出都毫无意义。

3.2化学分析中的误差分析

化学分析是利用化学方法测定物质的过程。在化学分析的过程中，由于化学分析人员操作的不同和化学分析仪器容器、使用的化学试剂的不同，会造成化学分析数据的不同，但这些是在实验合理范围内的。而由于有一些试剂加入量不准确，仪器使用不当或者化学分析操作人员的操作不当造成的误差就会对最后的实验结果产生一定的影响，事实上，即使是技术很熟练的人，用同一方法，对同一样品仔细地进行多次分析，也不能得到完全一致的分析结果，也就是说误差是客观存在的，不可避免的。但尽管如此，我们还是应该对误差的存在有理智科学的分析，从而减小误差，提高化学分析数据的准确性。

4近红外光谱技术在化学分析中的应用

4.1近红外光谱技术在医药领域的应用

随着近红外光谱光纤技术的发展，配合化学计量学的有效方法，近红外光谱技术已经渗透到制药工业的多个领域。近年来，近红外光谱技术被引入中药领域，在中药药材真伪辨别、产地分析、中成药成分测定方面取得了一些进展。近红外光谱分析技术因其无损性不仅保证了药物的质量，还在一定程度上提高了药物生产过程中质量控制的自动化程度，推动了医药产业发展。

4.2近红外光谱技术在食品农业科学中的应用

近红外光谱技术最早应用于农产品分析，主要是对谷物、油料、经济作物、豆类和块根类农作物的水分、蛋白质、脂肪、氨基酸、淀粉、果糖、纤维素、可溶性氮等含量测定。目前已经由农业产品分析拓展到食品质量测定上，主要是食品工业和粮油加工中水分子结合态的解析、淀粉的检测和水果内部品质的测定方面，比如非破坏性水果蔬菜质量检测、牛奶品质分析、大米直链淀粉含量的检测等等。

4.3近红外光谱分析技术在饲料中的应用

由于近红外光谱分析技术独特的优势，伴随着仪器的制造水平的提升、光谱化学计量学软件的开发及各种测定样品附件的研制均已达到较高的水平，自20世纪80年代中后期以来，NIRS在饲料中的应用已相当成熟，是农业经济快速发展的新亮点。1960年开始，研究者Norris等率先开始了利用NIRS测定谷物中的常规营养成分含量的研究，同时也进行了将近红外光谱技术应用于其他农产品组分和质量的研究。随着近红外光谱分析技术的熟练应用，Schaalje和Mundel（1991）利用NIRS对大豆中氮的含量进行了检测。Fontaine等研究表明，利用NIRS测定鱼粉中油脂和蛋白质含量是可行的。Montes等对饲料中的能量之王玉米的三种成分进行测定，其结果为：DM（RV2=0.95，SEP=1.2%），CP（RV2=0.88，SEP=0.3%），ST（RV2=0.79，SEP=1.0%）。目前NIRS技术不局限于样品常规成分的分析，同时也能分析样品中的微量组分含量，如氨基酸、维生素、毒素等物质含量，还可以进行饲料有效能或消化率的测定等。有研究表明，近红外预测棉籽粕真可利用氨基酸含量的定标结果是可行的，可按真可利用氨基酸进行饲料配方，达到准确适时高效利用饲料资源的目的。

4.4近红外光谱技术在石油化工中的应用

近红外光谱技术以其独特的优势在石油化工领域被充分应用，囊括了从生产过程质量控制到石化产品质量检测等石油加工的各个环节。在汽油分析上，近红外光谱技术主要体现在快速测定汽油族组成、测定汽油辛烷值、测定汽油物性参数、在汽油调和中的运用等方面；在柴油分析上，主要体现在对柴油组成和柴油氧化安定性的测定上；润滑油分析上，则是对润滑油基础油的化学族组成、基础油粘度指数测定等方面。总的来说，近红外光谱技术已被石化企业广泛应用在石油性质、品质分析，以及在线分析监控炼油工业、汽油调和及石油大分子含量测定上，被各种重要炼油装置如原油蒸馏、催化裂化和蒸汽裂解等普遍采用。

5结束语

综上所述，加强对近红外光谱技术在化学分析中应用的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的近红外光谱技术应用过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献：

[1]裴广领，叶昭艳，严辉，杨燕敏，甘静兰.现代仪器分析在环境无机分析化学中的应用与发展[J].化学工程与装备.2016（21）：88-89.

[2]张爱茜，刘景富，景传勇，郭良宏，郑明辉，我国环境化学研究新进展[J].化学通报，2014（7）.

[3]张婷.化学分析检验的质量控制探讨[J].石化技术，2017，24（04）：255.