近红外光谱分析技术详解及应用

"近红外光谱分析技术是一种利用780-2526nm波长范围内的光谱信息来分析物质结构和组成的技术。它基于分子振动非谐性产生的倍频和合频吸收，尤其关注含氢基团的振动。" 近红外光谱分析技术自1800年被发现以来，历经多个发展阶段，如20世纪50年代中后期到80年代后的技术进步，再到90年代的广泛应用。这项技术主要分为短波近红外（700-1100nm）和长波近红外（1100-2500nm）两个区域。近红外光谱的产生是由于分子在这些波段的吸收，这与分子内部振动状态的变化有关。 在分子振动中，存在谐性和非谐性振动。谐性振动指的是分子从最低振动能级向第一激发能级的跃迁，而非谐性振动允许分子向更高激发能级跃迁，从而产生倍频吸收峰。当光子能量与两个或多个基频跃迁能量总和相等时，会产生合频吸收，这在近红外光谱中尤为显著。 近红外光谱与中红外光谱的主要区别在于，中红外主要反映分子中官能团的谐性振动，而近红外则侧重于非谐性振动产生的倍频和合频吸收。特别是含氢基团如X-H (X=C, N, O) 的振动，其吸收波长和强度的变化提供了丰富的结构和组成信息。 近红外光谱测定的基本原理要求光辐射能量与分子振动能级跃迁能量匹配，并且振动过程中偶极矩需要变化。常用的测定方法包括透射光谱法，其中样品放置在光源和检测器之间，检测器测量通过样品的光强度以获取光谱信息。 透射光谱法适用于短波近红外区，通常在700-1100nm的波长范围内。这种技术广泛应用于食品、农业、制药、石油化工等多个领域，用于快速无损地测定样品的成分和质量。例如，它可以用来分析谷物的蛋白质含量、油脂的脂肪酸组成，或者药品中的活性成分浓度。 近红外光谱分析技术是通过捕捉分子非谐振动产生的光谱特征，提供了一种高效、便捷的物质分析手段，为科学研究和工业生产带来了巨大的便利。