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近紅外光譜技術與儀器的發展和推廣應用

2010-10-12

近紅外光譜技術與儀器的發展和推廣應用

      出現在近紅外波長區的光譜由于倍頻、合頻的形成機理，表現為普帶較寬而且重疊明顯，因此難以分辨，加上其光譜吸收較弱，因而在中紅外（MIR）光譜技術實用化后一直被人們淡忘了幾十年。直到上世紀70年代以后才出現了一些簡單的濾光片近紅外光譜儀，被用于牧草和某些農產品的定量分析工作中；上世紀80年代以后，由于光譜儀器技術的發展，更重要的是計算機硬件技術及在化學計量學發展基礎誰能夠的軟件技術的發展，近紅外光譜又得到較多應用和人們的重視，被認為是NIRS技術的復興。除了因多元分析等數據處理手段和計算機軟件技術的發展可在相當程度上解決NIRS譜帶寬、重疊大等問題以外，因NIRS吸光度低而致的分析式樣處理（制備）要求低（甚至不經處理即可分析）的優點，以及NIRvana光透射度大、散射強、對式樣無損傷、可作多組分同時分析等等優點（相對于MIRS），使NIRS分析技術特別適合于在線連續多組分的分析的要求；在分析過程中不用試劑（無污染、“綠光”技術），分析后式樣無破壞可直接使用也是當前受到歡迎的優點。工作在近紅外區而帶來的一切簡單（光源、單色器、吸收池、探測器。。。）、價格低廉、使用方便等特點，也使NIRS分析技術越來越受歡迎（尤其是對象明確、大批量、重復性分析的應用場合）。
      但是，事物的兩面性也決定了NIRS分析技術、NIRS儀器的推廣應用受到了明確的限制。除了不能完成MIRS分析的高分辨、準確定性量分析和結構分析等任務以為，繁復的校正集式樣測定，難以掌握也難于推廣應用的合適數據處理和軟件開發技術也明顯地限制了NIRS的推廣應用。NIRS數據與處理、校正集模型的建立及其可傳遞性、通用性，不但工作兩大，而且普適性差，成為NIRS技術推廣應用的明顯障礙。基于種種原因，至今在全球范圍內ＮＩＲＳ技術和儀器的推廣應用，還是一個全球各方面在努力探索的前沿課題。
　從理論上說，近紅光譜儀器技術并不是原理上特別困難的問題。相反，在ＮＩＲ區（相對于中紅外、遠紅外區）有高強度的光譜光源、有廣泛而且廉價的光學材料及光學系統（如聚光系統、分光系統等）、有高信噪比的探測器件，因此設計、制作NIR光譜儀器并不是前所未有的困難任務；在NIR區工作的光譜儀器要求的高穩定性、高重復性、高信噪比等性能指標，也是當前儀器設計、制造、調試技術和具體研發無活動元件單色器，采用光纖技術原理在不良環境中實現遠距離直接分析扥也都已成熟，可以相當方便地應用到NIRvana儀器研發中去。
     NIRS研發的主要困難還在于NIRS技術的推廣應用還沒有達到應有的程度，沒有形成量大面廣的NIRS儀器的市場需求和應用潮流，因此不能給光譜儀器研發、生產領域形成需求要了和明亮的NIRS光譜儀器市場前景，不能把人們的目光和注意力從已經是量大面掛鉤的紫外可見光譜儀器、 Fourier紅外光譜儀等類儀器的研發潮流中，調向到NIRS方向。