近红外光谱技术

近红外光谱技术(NIRS)

  • 介绍

    NIR 光谱技术可用于配料、中间物和成品的组份、功能及感观分析。广泛应用于食品与饮料、农业、乳制品、医药和化学工业,在恒定压力下制造产品以满足客户要求,同时提高了工厂的生产和盈利能力。

    NIR 可被用于定量分析(测定物质浓度)、定性分析(辨识原料、中间物和成品)及工艺流程控制。它可以提供有关水分、蛋白质、脂肪和淀粉含量的信息。NIR 的行业应用各不相同,经定制设计后能够适用于不同的公司及满足它们特定的产品和需求。

  • 科学理论

    NIR 光谱仪能够在红外光谱范围内测量分子的倍音振动和结合振动,特别是近红外光谱范围内密集的不对称振动,例如:氢键的拉伸振动(如 C-H、O-H 和 N-H)。

    光谱仪的工作原理

    光束照射衍射光栅,该光栅的工作方式类似于棱镜,可以分离光中的波长分量。使用 InGaAs 二极管阵列同时探测整个波长范围。近红外(NIR)光谱技术基于波长介于 780 至 2500 nm 之间电磁(EM)辐射的吸收。光与样品相互作用,探测器测量其透射率和吸收率。透射率是指完全穿过样品并到达探测器的光量。吸收率是样品吸收光的测量。探测器感应到通过样品的透射光,并将这一信息转换成数字显示。
    电磁辐射能够借助其频率(f,通常以 Hz 为单位)、波长(λ)或光子能量 (E)来进行描述。波长与频率成反比。光子能量与频率成正比。当电磁辐射与原子和分子相互作用时,其特性取决于所承载的能量多少。NIR 辐射的能量,例如,可能会引发分子振动内的倍音。不同分子键的倍音会在与其结构相关的特定频率下吸收。

  • 定量分析

    定量分析

    由于在一个光谱内几个倍音的叠加,NIR 光谱技术主要被用于未知成分的定量分析,而非辨识。通过化学计量工具来测定参考光谱与参考分析结果之间的关联。得到的校准模型被用于未知样品的预测

    优势
    • 可用于分析各类生物系统
    • 极少或甚至无需样品制备
    • 非破坏性测量方法
    • 可在数秒内非常快速地整合结果
    • 普遍应用于包含 C­H、N­H、S­H 或 O­H 键的任何分子
    • 可以从相同的 NIR 数据中预测几种分析结果
    • 同时进行多成分分析,但不增加化学或一次性成本
  • 使用示例
    • 农业领域解决方案,用于分析作物、动物饲料的营养参数以及生物燃料生产用原料。NIR 提供了有关干物质、蛋白质、水分、油、颗粒大小、灰分、淀粉损失、水吸收及特殊化学键的重要质量数据。
    • 在工艺流程中或整个成品样品上分析食品成分(肉和肉制品、乳制品、饮料、油和烘焙产品等)。可测量的参数分别为水分、蛋白质、脂肪、游离脂肪酸、乙醇、密度、固体、有机酸、碳水化合物及其他重要成分。
    • 帮助化学家开发新型复合物,并作为一种在线生产质量控制工具。测量混合功效或固体样品的内部结构,例如:丸剂。
    • 分析非食品行业内的用料,如生物能源 、纸浆和纸张、林业、建筑和纺织品
    • 在有干扰物的情况下也可使用此方法,如玻璃或塑料容器