淺談近紅外光譜分析技術在飼料成分分析中的應用

郭維軍

引言

近紅外光譜（NIRS）分析技術對飼料樣品的測定主要是依據飼料樣品中的有機成分對近紅外光的吸收。在飼料成分分析中，具有分析速度快、檢測成本低、易操作性等方面優勢。

1 基本原理

近紅外光譜（NIRS）是一種電磁波譜，在紫外可見光和中紅外光之間，其波長范圍是700-2500nm，具有光的波粒二象性。近紅外光譜 （NIRS）分析技術的主要信息來源是有機物分子中C-H、N-H和O-H等含氫基團的倍頻與合頻振動，不同基團（如甲基、亞甲基，苯環等）或同一基團在不同化學環境中的近紅外吸收波長與強度都有明顯差別，因此非常適合用于碳氫有機物質的組成與性質測量。但在近紅外區域，吸收強度弱，靈敏度相對較低，吸收帶較寬且重疊嚴重。因此，依靠傳統的建立工作曲線方法進行定量分析是十分困難的，化學計量學的發展為這一問題的解決奠定了數學基礎。近紅外光譜技術是由光譜儀硬件、化學計量學軟件和數據庫三部分構成。近紅外光譜儀硬件用于測定樣本的光譜，化學計量學軟件用于建立數據庫，數據庫用于待測樣本定量或定性分析。其工作原理是，如果樣品的組成相同，其光譜也相同，反之則不同。如果我們建立了光譜與待測參數之間的對應關系（稱為定標模型或數據庫），那么，只要測得樣品的光譜，就能很快得到所需要的質量參數數據。

2 在飼料成分分析中的應用

我國是飼料大國，確保飼料優質安全是實現動物性食品安全的關鍵。傳統的飼料檢驗前處理過程復雜，檢測成本較高，需要專業人員操作。近紅外光譜分析技術在分析速度、檢測成本、操作性等方面具有明顯優勢。

近紅外分析儀在飼料成分分析中的應用包括水分、粗蛋白、粗纖維、粗脂肪、氨基酸、維生素、鈣、磷、粗灰分、酸性和中性洗滌纖維等。其對飼料樣品的測定主要是依據飼料樣品中的有機成分對近紅外光的吸收。目前國內外市場上生產的近紅外光譜分析儀的軟件功能都較為完善，選用適合的儀器，可以使檢驗過程快速，便捷。上機檢測前需對樣品進行研磨粉碎，粉碎粒度會直接影響檢測結果。樣品分析過程中要控制環境溫度及濕度，操作條件和過程根據儀器制造商或供應商的儀器使用說明執行。在檢驗過程中，如果樣品檢驗誤差超出規定范圍，說明該樣品不適應此定標，可將此類樣品收集進數據庫，（此過程可聯系近紅外分析儀技術工程師進行遠程操作）。樣品分析結果應該在所使用的定標模型范圍內方可為有效結果。

3 優點和局限性

近紅外光譜分析測量速度快，分析效率高，分析結果的重復性和再現性好，適用于大批量檢測，可多組分同時測量，采用化學計量學方法建立模型測量準確性高，不需要化學試劑，不破壞樣品，因此對環境無污染，可采用光纖傳輸技術（適用于在線環境較為苛刻的場合），儀器耗損小。因此，開展近紅外光譜分析方法為飼料檢測提供了一種新型快速、無損、環保并且適用于現場分析的檢測方法。近紅外分析與常規的標準分析方法配合使用，起到雙方互補的作用，不僅能夠快速提供分析數據，同時也節省了分析化驗費用（包括人力、設備，和試劑等），為科研、教學以及生產過程控制提供了一個十分廣闊的使用空間。

近紅外光譜分析技術在應用中也受很多因素的影響，有其局限性。近紅外光譜定量和定性分析幾乎完全依賴于校正模型（即數據庫），儀器配備的模型數目越多，得到的數據就越多。比如測量一張光譜圖，如果僅有一個模型，就只能得到一個數據，如果有10 種數據模型，那么，僅憑測量的一張光譜，就可以同時得到 10 種分析數據。因此，在日常分析過程中，要及時選用具有代表性的樣品，不斷完善擴充飼料模型數據庫，使檢驗更具廣泛性。

綜上所述，近紅外光譜分析技術尤其適合高度頻繁重復測量的快速分析場合，即分析對象的組成具有相對強的穩定性、一致性和重復性。目前，很多飼料企業都投資配備了近紅外光譜分析儀，近紅外光譜技術結合各種化學計量分析技術，已經在飼料行業的多成分分析及摻假識別方面進行了廣泛的應用。

作者單位：遼寧省錦州市動物疫病預防控制中心endprint