近红外光谱分析技术的应用综述

近红外光谱

近红外光谱分析技术的应用综述

石德芝

(华南理工大学南校区化学教学实验中心

广东

广州

510006）

【摘要】近红外光谱(NIRS)分析技术是上世纪70年代发展起来的一项现代分析技术。它综合运用了计算机技术、光谱技术和化学计量等多个学科的最新研究成果,以其独特的高效、成本低、环保的优点在农业、食品等学科中得到了广泛应用。

【关键词】近红外光谱技术；应用现状

NearInfraredSpectroscopyTechnologyReview

SHIDe-zhi

(ChemistryTeachingExperimentCenterofSouthCampus,SouthChinaUniversityofTechnology,GuangzhouGuangdong，510006,China)

【Abstract】NIRSisThe20thcentury,70yearsdevelopedamodernanalyticaltechniques.Itcombinestheresearchresultsofcomputertechnology,spectroscopy,andchemicalmeasurement.Ithashighefficiency,lowcost,environmentalpollutionadvantage.Ithasbeenwidelyusedinagriculture,foodanalysis.

【Keywords】NIRS；Application

1.近红外光谱分析技术简介

近红外光谱是指波长介于可见光区与中红外区之间的电磁波,谱区范围为780nm～2500nm,主要是C-H、N-H、O-H等含氢基团在中红外吸收基频的倍频及合频。不同基团产生的光谱在吸收峰位置和强度上有所不同，所以近红外光谱可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物结构，根据特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。近红外光谱定性分析通过比较未知样与已知样或标准样品的光谱来确定未知样的归属。近红外光谱定性分析兼备了可见区光谱分析信号容易获取与红外区光谱分析信息量丰富两方面的优点,加上该谱区自身具有的谱带重叠、吸收强度较低、需要依靠化学计量学方法提取信息等特点,使近红外光谱定性分析成为一类新型的分析技术[1]。

应用。

Purnomoadi等用近红外光谱技术分析了饲料来源对牛奶中脂肪和蛋白质含量的影响。Schmilovitch等采用近红外光谱技术考察了牛奶的非均匀状态对其成分含量测定的影响。WooYoung等通过透射光谱技术，制成了专用乳品光谱仪。Pravdova等应用近红外光谱技术检测牛奶样品的体细胞数，以此来预测奶牛是否患乳房炎。Brennan等建立了一个近红外光谱系统，用来在线检测牛奶处理过程中的脂肪含量。Laporte等用近红外反射光纤和测温探针对单个奶牛牛奶的凝乳进行监控。Mcqueen等分别采用近红外光谱波长为为1740，1935，2108nm的三个波段和傅立叶变换中红外衰减全反射对奶酪样品的蛋白质、脂肪和含水量进行检测，并比较了2种检测方法的预测结果。Sorensen等用近红外透射方式（850~1050nm）和近红外反射方式（1110~2490nm）对奶酪进行无损检测。Curda等对加工过的奶酪的干物质、脂肪、粗蛋白、pH值和流变特性进行测试。O'callaghan.等用近红外漫反射及近红外透射法等六种在线检测技术对牛奶凝固进行监控。Nagarajan等在波长800~2500nm，用近红外漫反射技术快速检测奶粉的湿度。

2.5近红外光谱技术在肉品检测中的应用

徐霞等[6]介绍了近红外光谱在肉类成分分析、肉类感官评价和肉类鉴定上的应用。

Byrne等采用主成分分析法用近红外光谱法在750～1098nm的光谱范围内研究了牛肉背最长肌的嫩度、纹理以及风味。Forrest利用近红外光谱PLS建模方法预测屠宰当天猪肉的滴水损失。Geesink等利用近红外光谱模型来预测屠宰后两天的猪肉样本的感官品质。Sante等用近红外光谱技术结合人工神经网络数据建模分析方法判断鸡胸肉的色泽。Leroy等在1200～1300nm波段利用近红外光谱建立挥发性盐基氮的预测模型,实现了新鲜度的评价。Alomar等利用近红外技术及PLS分析建模方法高准确性地鉴别不同品种的牛肉以及牛肉的不同部位的肌肉。Cozzolino利用PCA及PLS的近红外分析方法来鉴别不同动物来源肉。Javier利用PLS和PCR分析建模方法对特定蟹肉品种的真伪和掺假进行了研究。OrtizSomovilla等利用近红外光谱通过分析猪肉香肠的品质,寻找香肠的NIRS最优分析指标。Ding用近红外技术研究牛肉汉堡包掺假问题。

2.6近红外光谱在其他领域的应用

Jose等[7]采用近红外光谱分析技术测定大豆油中的游离脂肪酸。Ze-HuiJiang等[8]利用近红外光谱快速预测湿地松人工林木材的结晶。

2.近红外光谱分析技术在国内外各个领域的应用现状

2.1近红外光谱技术在饲草中的应用现状

任秀珍等[2]介绍了国外近红外光谱分析技术在饲草中蛋白质、总氮、灰分等测定的应用。

1976年Norris等首次利用NIRS技术对牧草的粗蛋白进行了测定,随后Alexandrov等和Berardo测定了苜蓿草的CP、总氮含量。Boever和Villamarin等分析了青贮饲草样品的CP。GarciaCriado等用近红外光谱分析法分析不同生长阶段草地植物的CP含量。Hansen用NIRS法测定了枯萎苜蓿草的可溶性蛋白质及氮含量。Thiex利用近红外光谱分析测定干草、饲草、饲料玉米中的水分。Vazquez等利用近红外光谱分析技术分析饲草样品中灰分含量。

2.2近红外光谱技术在烟草中的应用现状

张灵帅等[3]介绍了国外近红外光谱分析技术在烟草配方设计，烟叶分类及产地研究的应用。

Lo于1995年公布了应用近红外光谱分析技术和神经网络对烟草混合物进行快速分类和配方分析的最新研究成果。Yamazaki和Kimyo等用已知烟丝、膨胀梗丝和膨胀烟丝混合比例的配方建立的模型进行配方分析。HanaM等对产自16个国家的1600多个样品进行了基于近红外光谱的分类研究。

2.3近红外光谱技术在制药过程中的应用

王小亮等[4]介绍了近红外光谱分析技术在制药过程中粉末混合过程、干燥过程、制粒过程、包衣过程、结晶过程等的应用。

Sekulic等对含10%苯甲酸钠、39%微晶纤维素、50%乳糖和1%滑石粉的样品混合过程进行了监测。Zheng等采用近红外在线分析技术对疫苗的冷冻干燥过程进行控制。White等选用带光纤探针的近红外光谱仪通过对终产物水分的检测来实现微波干燥过程终点的监测。Hans等将近红外反射光谱法用于流化床干燥制粒,监测喷雾干燥阶段并且测定干燥终点。Moes等使用带光纤探头的NIR漫反射光谱仪使用PLS模式对片剂包衣层进行检测。Li等在湿法制粒过程中采用近红外光谱技术定量测定甘氨酸的多晶型变化。McArdle等采集结晶过程不同阶段的近红外图谱在线监测结晶过程。

2.4近红外光谱技术在乳品分析中应用

彭丹等[5]介绍了近红外光谱在牛奶检测、乳制品检测、乳品鉴别的

3.近红外光谱分析技术的应用总结

近红外光谱分析技术具有以下特点：能分析各种状态的试样，具有广泛的分析应用领域；快速；检测试样用量少；灵敏度高；可以实现在线分析。

近红外光谱分析技术现在的发展也越来越体现在其快速，高效的特定，实现在线分析，在线控制。它已经成为现代结构化学、分析化学最常用的方法。随着技术的不断进步，先进的仪器不断更新，人们经验的不断总结。我们确信近红外光谱技术将在食品、饲（下转第455页）

近红外光谱

视，当某一条件异常或出错时能及时报警，监视装置要实现以下4种

●状态：

（1）在点UV的LAMPSTABLE灯（绿色灯）未点亮时转盘转动作业马上发出报警声。

（2）在任何情况下若光纤偏离照射位置的话报警（误差可达±0.5mm）时马上发出报警声。

（3）在夹具转到了照射位置但光纤没有进行照射触发动作（如传感器的感应磁铁脱落或失效等）时马上发出报警声。

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