淺述近紅外光譜技術(shù)在化學(xué)分析方面的應(yīng)用

張壯 王瑞瑞

中檢集團(tuán)公信安全科技有限公司 山東 棗莊 277100

引言

紅外光譜技術(shù)是通過分子間的振動(dòng)來識別分子結(jié)構(gòu)的方法。當(dāng)一束具有連續(xù)波長的紅外光對物質(zhì)進(jìn)行連續(xù)照射時(shí)，特定頻率的紅外光將被吸收，發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級的躍遷。由于材料不同，各個(gè)分子間的作用力以及官能團(tuán)所具有的特征吸收峰都不一致，通過紅外光的照射，形成特定的吸收峰峰位與強(qiáng)度，確定了在紅外光譜中所存在的位置。

1 近紅外光譜技術(shù)發(fā)展歷程

最早使用近紅外光譜技術(shù)開始于1939年，在隨后的二十年內(nèi)，由于基礎(chǔ)儀器缺乏，應(yīng)用的范圍非常有限，直到二十世紀(jì)六十年代，美國研究人員提出NIR分析技術(shù)，也就是通過近紅外區(qū)內(nèi)的波長和物質(zhì)含量之間吸收存在相應(yīng)的關(guān)系，利用該技術(shù)對農(nóng)副產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)、脂肪、水分等進(jìn)行測定，成為實(shí)際意義上的應(yīng)用這種技術(shù)。從二十世紀(jì)八十年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提升，極大地促進(jìn)了數(shù)字化分析儀器的程度，很好的發(fā)展了化學(xué)計(jì)量科學(xué)，再加上這種測量技術(shù)對相應(yīng)的樣品不造成損傷的優(yōu)越性，讓其廣泛地應(yīng)用于多個(gè)方面，尤其是二十世紀(jì)的最后十年，由于在光纖中近紅外線的傳輸特性非常顯著，因此在各個(gè)領(lǐng)域之中在線分析成功應(yīng)用[1]。

2 近紅外光譜技術(shù)在化學(xué)分析方面的應(yīng)用

2.1 在糧食作物中的檢測應(yīng)用

隨著近紅外光譜技術(shù)的發(fā)展，其逐漸應(yīng)用于糧食作物的檢測中，并發(fā)揮了重要作用。如小麥、大麥、玉米和花生等常見物種，都能利用近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行檢測，相關(guān)人員可通過該技術(shù)對小麥粉顆粒分布情況進(jìn)行分析，通過模型與散射校正等，可快速檢測氨基酸含量。如在檢測花生時(shí)，可通過抽樣檢測構(gòu)建檢測模型，促使花生油檢測結(jié)果達(dá)到98%的精確度。在當(dāng)前，最能影響消費(fèi)者購買體驗(yàn)的，就是商家在食品中摻假，食品摻假行為不僅會對正常生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)造成影響，還會降低商家的誠信度，因此食品摻假檢測是必須要重視的問題。通過近紅外光譜分析技術(shù)，對食物成分進(jìn)行快速檢測，分析其是否具有摻假成分。如在檢測火腿腸摻假中，研究人員可利用最小二乘法建模，收集豬肉光譜，以此實(shí)現(xiàn)對火腿摻假程度的快捷檢測。

2.2 在藥物分析方面近紅外光譜分析技術(shù)的應(yīng)用

事實(shí)上早在二十世紀(jì)六十年代后半葉在分析藥物過程中就開始使用近紅外光譜技術(shù)，當(dāng)時(shí)一般通過萃取液的形式測定藥物的成分。目前，在生產(chǎn)藥物全過程中近紅外光譜技術(shù)已經(jīng)全過程應(yīng)用。在醫(yī)藥分析時(shí)應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面：分析藥物中的活性成分，比如分析咖啡因等含量。使用這種技術(shù)分析藥物活性成分也有一定的不足，主要是分析過程需要有一定的最低含量要求，一般情況下測量最低限度為0.11%。通過這種分析技術(shù)的應(yīng)用，提升了藥物分析的質(zhì)量和效果，讓這種技術(shù)不再僅僅在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用，而是廣泛的參與到生產(chǎn)實(shí)踐之中。對成品藥物質(zhì)量檢驗(yàn)來講，成品藥物的無損形態(tài)計(jì)量分析，對檢驗(yàn)成品藥物的質(zhì)量非常的重要，由于具有非常容易實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場分析技術(shù)，從而盡可能降低不合格藥物的批次和數(shù)量。

2.3 在航空煤油方面近紅外光譜分析技術(shù)的應(yīng)用

近紅外光譜主要是有機(jī)物分子中X-H（X為C、O、N、S等）基團(tuán)的紅外基頻的倍頻及合頻吸收。從理論上講，樣品的物理性質(zhì)和組成有關(guān)。只要組成的變化在光譜上有反映，這些物理性質(zhì)即可通過近紅外技術(shù)來測定。采用傅里葉變換近紅外光譜儀，通過收集大量航煤樣品和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采集合適的光譜，建立分析校正模型，優(yōu)化了模型的光譜范圍和預(yù)處理方法，使模型精度達(dá)到最佳。模型精度均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)方法的重復(fù)性和再現(xiàn)性要求，滿足化驗(yàn)和生產(chǎn)需求，所以，利用近紅外光譜技術(shù)測定航空煤油的冰點(diǎn)、密度、閃點(diǎn)、初餾點(diǎn)、終餾點(diǎn)等性質(zhì)，操作簡單快速，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，降低了分析頻次，減少了分析耗材和設(shè)備損耗，降低了人工分析成本，是一項(xiàng)可行、有效和值得推廣的分析技術(shù)[2]。

3 對紅外光譜技術(shù)展開未來期望

時(shí)代不斷變遷，近些年我國科技不斷發(fā)展，紅外光譜技術(shù)也不斷得到改善提高。紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用廣泛，在很大程度上幫助了許多企業(yè)節(jié)約時(shí)間節(jié)約成本，為企業(yè)帶來了更大的經(jīng)濟(jì)效益。其中在紅外光譜技術(shù)涉及的行業(yè)中，紅外光譜技術(shù)對環(huán)境科學(xué)幫助極大，紅外光譜技術(shù)能夠幫助檢測環(huán)境污染狀況，分析出污染物的化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成。而且整個(gè)檢測過程容易操作，時(shí)間短，在一定程度上幫助了環(huán)境部門節(jié)約了人力物力、時(shí)間等。紅外光譜的檢測技術(shù)和其他技術(shù)相比，還存在一個(gè)巨大的優(yōu)勢，其他檢測技術(shù)在監(jiān)測環(huán)境的過程中可能會給環(huán)境帶來一些傷害，但是紅外光譜技術(shù)不會對環(huán)境帶來任何傷害，也不會污染環(huán)境。特別是隨著近些年科技的發(fā)展，紅外光譜技術(shù)也不斷得到完善，他的檢測精確度越來越高，檢測時(shí)間也越來越快，這使得很多行業(yè)都開始應(yīng)用紅外光譜技術(shù)。所以我認(rèn)為紅外光譜技術(shù)在未來一定會發(fā)展得更好，應(yīng)用的更加廣泛，讓我們一起期待那一天的到來[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過詳細(xì)介紹紅外光譜技術(shù)手段，其能夠在各種材料的識別、改性機(jī)理以及老化行為研究等方面進(jìn)行應(yīng)用研究，利用測試方法的差異，對于不同種類的材料與改性劑進(jìn)行細(xì)致討論。再從分子學(xué)角度，利用各種基團(tuán)指數(shù)的增減，能夠確定其微觀形態(tài)，進(jìn)而分析得到新的研究方向，對于材料提供了良好的分析手段，在材料的機(jī)理研究、施工保障等方面提供了新的思路。