浅述近红外光谱技术在化学分析方面的应用

张壮 王瑞瑞

中检集团公信安全科技有限公司 山东 枣庄 277100

引言

红外光谱技术是通过分子间的振动来识别分子结构的方法。当一束具有连续波长的红外光对物质进行连续照射时，特定频率的红外光将被吸收，发生振动和转动能级的跃迁。由于材料不同，各个分子间的作用力以及官能团所具有的特征吸收峰都不一致，通过红外光的照射，形成特定的吸收峰峰位与强度，确定了在红外光谱中所存在的位置。

1 近红外光谱技术发展历程

最早使用近红外光谱技术开始于1939年，在随后的二十年内，由于基础仪器缺乏，应用的范围非常有限，直到二十世纪六十年代，美国研究人员提出NIR分析技术，也就是通过近红外区内的波长和物质含量之间吸收存在相应的关系，利用该技术对农副产品中的蛋白质、脂肪、水分等进行测定，成为实际意义上的应用这种技术。从二十世纪八十年代以来，随着计算机技术的不断提升，极大地促进了数字化分析仪器的程度，很好的发展了化学计量科学，再加上这种测量技术对相应的样品不造成损伤的优越性，让其广泛地应用于多个方面，尤其是二十世纪的最后十年，由于在光纤中近红外线的传输特性非常显著，因此在各个领域之中在线分析成功应用[1]。

2 近红外光谱技术在化学分析方面的应用

2.1 在粮食作物中的检测应用

随着近红外光谱技术的发展，其逐渐应用于粮食作物的检测中，并发挥了重要作用。如小麦、大麦、玉米和花生等常见物种，都能利用近红外光谱技术进行检测，相关人员可通过该技术对小麦粉颗粒分布情况进行分析，通过模型与散射校正等，可快速检测氨基酸含量。如在检测花生时，可通过抽样检测构建检测模型，促使花生油检测结果达到98%的精确度。在当前，最能影响消费者购买体验的，就是商家在食品中掺假，食品掺假行为不仅会对正常生产经营活动造成影响，还会降低商家的诚信度，因此食品掺假检测是必须要重视的问题。通过近红外光谱分析技术，对食物成分进行快速检测，分析其是否具有掺假成分。如在检测火腿肠掺假中，研究人员可利用最小二乘法建模，收集猪肉光谱，以此实现对火腿掺假程度的快捷检测。

2.2 在药物分析方面近红外光谱分析技术的应用

事实上早在二十世纪六十年代后半叶在分析药物过程中就开始使用近红外光谱技术，当时一般通过萃取液的形式测定药物的成分。目前，在生产药物全过程中近红外光谱技术已经全过程应用。在医药分析时应用近红外光谱技术主要有以下几个方面：分析药物中的活性成分，比如分析咖啡因等含量。使用这种技术分析药物活性成分也有一定的不足，主要是分析过程需要有一定的最低含量要求，一般情况下测量最低限度为0.11%。通过这种分析技术的应用，提升了药物分析的质量和效果，让这种技术不再仅仅在实验室中应用，而是广泛的参与到生产实践之中。对成品药物质量检验来讲，成品药物的无损形态计量分析，对检验成品药物的质量非常的重要，由于具有非常容易实现的现场分析技术，从而尽可能降低不合格药物的批次和数量。

2.3 在航空煤油方面近红外光谱分析技术的应用

近红外光谱主要是有机物分子中X-H（X为C、O、N、S等）基团的红外基频的倍频及合频吸收。从理论上讲，样品的物理性质和组成有关。只要组成的变化在光谱上有反映，这些物理性质即可通过近红外技术来测定。采用傅里叶变换近红外光谱仪，通过收集大量航煤样品和基础数据，采集合适的光谱，建立分析校正模型，优化了模型的光谱范围和预处理方法，使模型精度达到最佳。模型精度均满足国家标准方法的重复性和再现性要求，满足化验和生产需求，所以，利用近红外光谱技术测定航空煤油的冰点、密度、闪点、初馏点、终馏点等性质，操作简单快速，数据准确，降低了分析频次，减少了分析耗材和设备损耗，降低了人工分析成本，是一项可行、有效和值得推广的分析技术[2]。

3 对红外光谱技术展开未来期望

时代不断变迁，近些年我国科技不断发展，红外光谱技术也不断得到改善提高。红外光谱技术的应用广泛，在很大程度上帮助了许多企业节约时间节约成本，为企业带来了更大的经济效益。其中在红外光谱技术涉及的行业中，红外光谱技术对环境科学帮助极大，红外光谱技术能够帮助检测环境污染状况，分析出污染物的化学物质构成。而且整个检测过程容易操作，时间短，在一定程度上帮助了环境部门节约了人力物力、时间等。红外光谱的检测技术和其他技术相比，还存在一个巨大的优势，其他检测技术在监测环境的过程中可能会给环境带来一些伤害，但是红外光谱技术不会对环境带来任何伤害，也不会污染环境。特别是随着近些年科技的发展，红外光谱技术也不断得到完善，他的检测精确度越来越高，检测时间也越来越快，这使得很多行业都开始应用红外光谱技术。所以我认为红外光谱技术在未来一定会发展得更好，应用的更加广泛，让我们一起期待那一天的到来[3]。

4 结束语

综上所述，通过详细介绍红外光谱技术手段，其能够在各种材料的识别、改性机理以及老化行为研究等方面进行应用研究，利用测试方法的差异，对于不同种类的材料与改性剂进行细致讨论。再从分子学角度，利用各种基团指数的增减，能够确定其微观形态，进而分析得到新的研究方向，对于材料提供了良好的分析手段，在材料的机理研究、施工保障等方面提供了新的思路。