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  近年来,随着国家对食品、环境、医疗等领域的高度重视,相关检测技术和分析检测设备迎来发展大好时机。尤其是分析仪器领域,如高效液相色谱、气相色谱、电化学分析等检测技术开始被人们广泛应用。其中,近红外光谱技术作为一种无损、快速的检测手段也迅速在食品检测行业得到应用推广。

  近红外光谱技术对样品分析时,具有方便、快速、高效、准确和成本较低、不损坏样品、不污染环境等优点,因而备受人们青睐,成为90年代以来发展最快、最引人注目的分析技术之一。现下,国家积极鼓励科研创新和仪器行业发展,近红外光谱技术得到迅速发展,在各领域得到更加普遍的使用。如今,在食品、医药、消防等领域近红外光谱仪的“身影”随处可见。

  食品检测

  随着近年来食品安全问题备受瞩目,国内外学家也纷纷在近红外光谱技术研发方面投入更多精力并取得了重要突破。时至今日,近红外光谱已经广泛应用于酒类品质检测、奶制品品质检测、果汁品质检测、油类样品检测、食品微生物检测、食品掺伪检测……食品检测多个方面,成为食品检测行业一种新型的分析技术,有着极为广阔的应用前景。

  烟草检测

  基于近红外光谱技术快速、无损的特点,湖南中烟开发出了利用烟叶的近红外光谱预测单等级烟叶在标准状态下释放焦油、烟碱及一氧化碳等7种烟气有害成分释放量的技术。牵头或参与了多个以“近红外光谱”为主要应用技术的国家局科技项目,将红外光谱技术广泛应用于烟草检测领域。

  医药领域

  近期,中检院在北京组织召开2017年全国药品快检工作会议,确定今后药品快检工作的发展方向。提出加快对中检院现有技术例如国家药品快检数据库网络平台,LC/MS确证方法等的推广。同时,要求做好新的技术储备。从技术支持监管的角度,协助科标司组织申报一个药品快检的项目。构建药品近红外光谱库,结合药品评价性抽验工作,进一步收集各类药物药品的近红外光谱,并强化对已有药品近红外光谱数据的管理与应用。

  羊绒检测

  为推动国家毛绒纤维质量检验制度改革,内蒙古纤检局加快羊绒净绒率专业仪器设备研发,用仪器检测代替传统的手工检法。内蒙古纤检局整合技术力量开展核心技术攻关,基于近红外光谱技术研发了山羊绒净绒率现场快速检测仪,助力该区山羊绒快速检测。简单、快捷,而且检测精准,大大提升了该区山羊绒净绒率检测速度,满足了生产需要。

  消防领域

  由于近红外光谱能够反映出分子中化学键基频振动的组合频以及一级、二级和三级倍频的吸收谱带信息,可利用1000——250nm波段的光谱数据对液体、固体和粉体等样品进行分析。公安部天津消防研究所宋文琦等人,通过近红外光谱分析技术解决哈龙灭火剂回收过程中的快速取样及检定的新方法,设计并研制了适用于哈龙灭火剂的带压取样装置,用于哈龙灭火剂液态近红外光谱采集。通过化学计量学中的欧氏距离和相似度匹配理论,建立了哈龙灭火剂的快速检定评价模型,利用不同种类的灭火剂的近红外光谱图进行模型的验证,验证结果表明,近红外光谱分析技术能够用于哈龙灭火剂回收中的快速检定及有效性评价。将近红外光谱分析技术应用到了消防领域。

  整体而言,如今我国科学技术正快速发展,“十三五”规划、《中国制造2025》等相关政策相继出台,积极鼓励科技创新。近红外光谱技术作为一项新型分析技术,凭借高效、快速、无污染等特点,目前已经在众多领域得到了广泛应用。未来,随着这项技术的更加成熟发展,势必还将有着更为广阔的发展前景和应用领域。

  红外光 近红外光谱仪(Near Infrared Spectrum Instrument,NIRS)是介于可见光(Vis)和中红外(MIR)之间的电磁辐射波,美国材料检测协会(ASTM)将近红外光谱区定义为780-2526nm的区域,是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱区与有机分子中含氢基团(O-H、N-H、C-H)振动的合频和各级倍频的吸收区一致,通过扫描样品的近红外光谱,可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息,而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低,不破坏样品,不消耗化学试剂,不污染环境等优点,因此该技术受到越来越多人的青睐。

  近红外光谱区是 Herschel 在 1800 年进行太阳光谱可见区红外部分能量测量中发现的,为了纪念 Herschel 的历史性发现人们将近红外谱区中介于 780——1100nm 的波段称为Herschel 谱区。

  红外光谱分析技术作为一种有效的分析手段在二十世纪三十年代就得到了认可,当时红外仪器主要用于分子结构理论的研究。近红外区的光谱吸收带是有机物质中能量较高的化学键(主要是 CH、OH、NH)在中红外光谱区基频吸收的倍频、合频和差频吸收带叠加而成的。由于近红外谱区光谱的严重重叠性和不连续性,物质近红外光谱中的与成份含量相关的信息很难直接提取出来并给予合理的光谱解析。而有机物在中红外谱区的吸收带较多、谱带窄、吸收强度大及有显著的特征吸收性,传统的光谱学家和化学分析家习惯于在中红外基频吸收波段进行光谱解析,所以近红外谱区在很长一段时间内是被人忽视和遗忘的谱区。

  随着红外仪器技术的发展,更加稳定的电源、信号放大器、更灵敏的光子探测器、微型计算机等的发展使得近红外光谱区作为一段独立的且有独特信息特征的谱区得到了重视和发展。Karl Norris 作为近红外光谱分析技术发展的奠基人,于二十世纪五十年代在美国农业部的支持下开始进行近红外光谱分析技术用于农产品(包括谷物、饲料、水果、蔬菜等)成份快速定量检测的探讨研究。Norris 的早期工作主要是探求合理的近红外光谱分析方法用于研究物质在近红外光照射下所体现出的光谱吸收特性和散射特性,他首先提出了多元线性回归(MLR)算法在物质成份近红外光谱定标模型建立和光谱信息提取解析方面所体现出的优势,这为后来系统的近红外光谱技术理论体系的形成起到了很重要的作用。

  二十世纪六十年代,Norris 领导的课题组进行了大量的光谱学方法论证,其中包括可见和近红外波段透射、反射及透反射等测量方法比较,在这一阶段的工作中最大的成果莫过于得到了植物叶子和谷物的反射吸收光谱,这为近红外光谱技术的发展提供了更大的优势和方便。与此同时,Norris 研制出世界上第一台近红外扫描光谱仪,这台光谱仪是在 Cary 14 单色仪的基础上改进得到的,拥有与微型计算机进行数据传输的功能,也就是在这台扫描光谱仪上,多元线性回归分析方法在提取与成份相关的光谱信息方面的优势得到了演示,这台仪器就成为了后来近红外光谱分析仪器发展的雏形。

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