傅立葉變換近紅外光譜儀
1技術簡介
近紅外（Near Infrared，NIR）光譜技術是種使用簡單方便、分析快速、不破壞樣 品的新型分析技術。它可以同時測定出樣品中的多種化學成分和物理參數(shù)，分析結(jié)果可準 確逼近傳統(tǒng)測定方法。NIR 分析技術基本不需要對樣品進行化學處理，無需使用有機溶劑， 不會產(chǎn)生任何有毒廢棄物，因此，它又被譽為是種綠色分析技術。
NIR 分析方法早于 20 世紀 60 年代中期被美農(nóng)業(yè)部（USDA）用于測定蘋果等農(nóng) 作物的內(nèi)部品質(zhì)。這種原始的 NIR 應用當時即可用來預測水果的成熟水平、糖含量，直 接測定其口味和質(zhì)地。從那時開始，NIR 在農(nóng)業(yè)和食品行業(yè)很快被作為種流行的方法用 于各種樣品的快速和非破壞性檢測。
制藥和化學工業(yè)成功應用 NIR 方法也已經(jīng)有 10 多年的歷史。初階段，NIR 主要被 用于原材料的鑒別。而近幾年，它已經(jīng)逐漸被各行業(yè)用于產(chǎn)品生產(chǎn)過程的每個環(huán)節(jié)， 對各種形式（固體、液體、浸膏、懸濁液、紙張等）的產(chǎn)品或中間品進行快速的質(zhì)量分析 和控制。在原料進廠的檢測程序中，樣品在進廠前可用光纖快速的采集到其 NIR 光譜， 并通過軟件的模式識別算法快速的對樣品進行鑒別和確認。而對于在線檢測或現(xiàn)場分析而 言，通過使用統(tǒng)計回歸技術，NIR 光譜可以為化學生產(chǎn)過程、溶劑循環(huán)利用過程、混合和 提取過程的控制提供實時的化學信息。
目前，NIR 技術已經(jīng)作為種效的分析工具，廣泛應用于石油、化學、制藥、農(nóng)業(yè)、 食品等各個行業(yè)，有的甚至涉及到了生物醫(yī)學工程領域，如測定皮膚脂肪含量、血糖含量 等。NIR 正成為這些行業(yè)有效的質(zhì)量控制手段，發(fā)揮著著越來越重要的作用。 NIR 在工業(yè)生產(chǎn)過程每個環(huán)節(jié)（從原料、生產(chǎn)過程到終產(chǎn)品）的樣品質(zhì)量分析和 控制方面具有巨大的應用潛力。為了便于選用佳的分析方案和開發(fā)穩(wěn)健的分析模型，必須考慮樣品的光學性質(zhì)、分析對象的靈敏度和選擇性以及生產(chǎn)和控制的需求等因素。
Antaris 近紅外分析儀提供了四種采樣模塊以及各種靈活的附件，可以為各種類型和 各種狀態(tài)的樣品提供適當?shù)牟蓸臃绞剑謩e是透射分析模塊（Transmission Analyzer）、 積分球固體采樣模塊（Integrating Sphere Module）、片劑分析模塊（Tablet Analyzer）和光 纖分析模塊（Fiber Optic Module），如下圖所示。
NIR 分析方法早于 20 世紀 60 年代中期被美農(nóng)業(yè)部（USDA）用于測定蘋果等農(nóng) 作物的內(nèi)部品質(zhì)。這種原始的 NIR 應用當時即可用來預測水果的成熟水平、糖含量，直 接測定其口味和質(zhì)地。從那時開始，NIR 在農(nóng)業(yè)和食品行業(yè)很快被作為種流行的方法用 于各種樣品的快速和非破壞性檢測。
制藥和化學工業(yè)成功應用 NIR 方法也已經(jīng)有 10 多年的歷史。初階段，NIR 主要被 用于原材料的鑒別。而近幾年，它已經(jīng)逐漸被各行業(yè)用于產(chǎn)品生產(chǎn)過程的每個環(huán)節(jié)， 對各種形式（固體、液體、浸膏、懸濁液、紙張等）的產(chǎn)品或中間品進行快速的質(zhì)量分析 和控制。在原料進廠的檢測程序中，樣品在進廠前可用光纖快速的采集到其 NIR 光譜， 并通過軟件的模式識別算法快速的對樣品進行鑒別和確認。而對于在線檢測或現(xiàn)場分析而 言，通過使用統(tǒng)計回歸技術，NIR 光譜可以為化學生產(chǎn)過程、溶劑循環(huán)利用過程、混合和 提取過程的控制提供實時的化學信息。
目前，NIR 技術已經(jīng)作為種效的分析工具，廣泛應用于石油、化學、制藥、農(nóng)業(yè)、 食品等各個行業(yè)，有的甚至涉及到了生物醫(yī)學工程領域，如測定皮膚脂肪含量、血糖含量 等。NIR 正成為這些行業(yè)有效的質(zhì)量控制手段，發(fā)揮著著越來越重要的作用。 NIR 在工業(yè)生產(chǎn)過程每個環(huán)節(jié)（從原料、生產(chǎn)過程到終產(chǎn)品）的樣品質(zhì)量分析和 控制方面具有巨大的應用潛力。為了便于選用佳的分析方案和開發(fā)穩(wěn)健的分析模型，必須考慮樣品的光學性質(zhì)、分析對象的靈敏度和選擇性以及生產(chǎn)和控制的需求等因素。
Antaris 近紅外分析儀提供了四種采樣模塊以及各種靈活的附件，可以為各種類型和 各種狀態(tài)的樣品提供適當?shù)牟蓸臃绞剑謩e是透射分析模塊（Transmission Analyzer）、 積分球固體采樣模塊（Integrating Sphere Module）、片劑分析模塊（Tablet Analyzer）和光 纖分析模塊（Fiber Optic Module），如下圖所示。
1．透射分析模塊 液體樣品近紅外透射光譜的測定和其它的光譜分析方法類似，可在不同光程的石英或 藍寶石比色池里進行。因 NIR 光譜吸收主要來源于 C-H、N-H 與 O-H 等基團振動，故 理想的樣品溶劑是不含上述三種基團的媒質(zhì)，如 CCl4 與 CS2 等，這樣可充分消除背景吸 收。但對有些對象如中藥體系，要找到有較好溶解能力又不帶有這三種基團的溶劑較難。 Antaris 透射分析模塊的示意圖如下圖。
2．積分球固體采樣模塊 近紅外漫反射光譜分析在近紅外光譜分析中占有非常重要的地位。漫反射光譜與常規(guī) 反射光譜存在根本區(qū)別在于后者的光線不與樣品內(nèi)部發(fā)生作用，故不帶有分析樣品的組成 信息。漫反射光是光源出來的光線進入樣品內(nèi)部，經(jīng)過多次反射、折射、衍射及吸收后返 回樣品表面的光，因此，漫反射光是分析光與樣品內(nèi)部分子發(fā)生作用的光，負載了樣品的 結(jié)構(gòu)和組成信息。下圖為近紅外光與樣品作用示意圖。
3．片劑分析模塊 有些片狀固體樣品，如藥片和膠囊，其 NIR 光譜的采集除了使用漫反射方式外，還 可以使用透射方式。對于那些經(jīng)過包衣的藥片、膠囊和表面有涂膜的樣品，需要對其內(nèi)部 成分進行分析時，其透射光譜能夠富含更多更完整的樣品信息，進而能夠得到更為準確的 分析結(jié)果。 片劑 NIR 透射光譜采集原理示意圖如下：
4．光纖分析模塊 能夠使用光纖進行遠程樣品分析，使得樣品分析方式更為靈活，是近紅外技術的點 Antaris 紅外分析儀培訓手冊 10 之。近紅外光纖分析方法可以采用漫反射方式，也可以是透射方式。標準的 Antaris 光 纖分析模塊配有 SabIR 漫反射光纖探頭，其使用示意圖如下：
2基本原理
鑒別（Identify）：將未知樣品的 NIR 光譜與光譜庫中的光譜進行比較，測定差異，檢 驗樣品與光譜庫中樣品是否致。
分類（Classify）：光譜庫由不同類的標準樣品的光譜組成。將未知樣品的 NIR 光譜與 光譜庫中的光譜進行比較，檢驗未知樣品屬于其中的哪類，所用到的方法通常是判 別分析，其中涉及到了主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）和馬氏距離 等算法。
光譜庫（Library）：光譜庫是由若干批標準樣品的光譜組成。通常，個可以被認可 的光譜庫需要包含多個批次的多個樣品的光譜，每類至少來源于三個批次。這樣， 個光譜庫至少需要包含 12 張標準光譜（2 光譜/樣品，2 樣品/批，3 批/類樣品）。
分類（Classify）：光譜庫由不同類的標準樣品的光譜組成。將未知樣品的 NIR 光譜與 光譜庫中的光譜進行比較，檢驗未知樣品屬于其中的哪類，所用到的方法通常是判 別分析，其中涉及到了主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）和馬氏距離 等算法。
光譜庫（Library）：光譜庫是由若干批標準樣品的光譜組成。通常，個可以被認可 的光譜庫需要包含多個批次的多個樣品的光譜，每類至少來源于三個批次。這樣， 個光譜庫至少需要包含 12 張標準光譜（2 光譜/樣品，2 樣品/批，3 批/類樣品）。
3分析軟件
TQ Analyst 是個通用的光譜分析軟件，它可以為中紅外、近紅外、遠紅外和拉曼光 譜分析的應用提供各種定性和定量分析工具。該軟件除了包含各種算法工具外，還能夠為 用戶提供直觀友好、容易使用的圖形界面，以及廣泛的在線幫助信息。 使用 TQ Analyst 軟件，您無需具有家的經(jīng)驗和知識，因為軟件的 Explain 幫助窗口 可以隨時為您提供任何必須的信息和幫助，其幫助文檔還包含各種方法的培訓實例。另外， 軟件隨處可見的 Suggest 向?qū)Чδ芎?Performance Index（性能指數(shù)）還可以為您解答如下 問題：
-哪種分析方法適合您的當前應用？
-需要準備多少標準樣品？其濃度分布情況？
-該選擇哪段光譜范圍？
-對于 PLS 法，如何選擇主因子數(shù)（Factors）？
-修正曲線對分析結(jié)果有改善嗎？
使用 TQ Analyst 使得方法的設計和建立更為程序化、更有目的性，而不是依賴于猜 測。如果您在為參數(shù)的設置猶豫不定，TQ Analyst 的向?qū)Э梢詭湍鉀Q這些問題。 TQ Analyst 立足于廣大的用戶，她致力于使得初學者和資深的分析家都能夠得心應 手地使用她來進行方法開發(fā)和建立。其環(huán)扣環(huán)的窗口設計、整合的向?qū)Чδ�、隨處可 得的在線幫助信息以及人工智能的工具，大限度的簡化分析任務，確保用少的工作量 來建立質(zhì)量的分析方法。 在 TQ Analyst 的所有窗口中，首先列在前面的是簡單的算法和技術，而且在接下 來的窗口中只會顯示與前面窗口選擇的方法相關的信息，這樣，初學者在方法建立的各個 步驟中不會被大堆的選項所迷惑，而有經(jīng)驗的分析家又能夠即時的使用各項級功能。
TQ Analyst 的幫助菜單中還包含下列幫助工具：
TQ Analyst on-line tour-TQ Analyst 主要功能快速演示；
TQ Analyst example methods-定量、定性方法實例演示
-哪種分析方法適合您的當前應用？
-需要準備多少標準樣品？其濃度分布情況？
-該選擇哪段光譜范圍？
-對于 PLS 法，如何選擇主因子數(shù)（Factors）？
-修正曲線對分析結(jié)果有改善嗎？
使用 TQ Analyst 使得方法的設計和建立更為程序化、更有目的性，而不是依賴于猜 測。如果您在為參數(shù)的設置猶豫不定，TQ Analyst 的向?qū)Э梢詭湍鉀Q這些問題。 TQ Analyst 立足于廣大的用戶，她致力于使得初學者和資深的分析家都能夠得心應 手地使用她來進行方法開發(fā)和建立。其環(huán)扣環(huán)的窗口設計、整合的向?qū)Чδ�、隨處可 得的在線幫助信息以及人工智能的工具，大限度的簡化分析任務，確保用少的工作量 來建立質(zhì)量的分析方法。 在 TQ Analyst 的所有窗口中，首先列在前面的是簡單的算法和技術，而且在接下 來的窗口中只會顯示與前面窗口選擇的方法相關的信息，這樣，初學者在方法建立的各個 步驟中不會被大堆的選項所迷惑，而有經(jīng)驗的分析家又能夠即時的使用各項級功能。
TQ Analyst 的幫助菜單中還包含下列幫助工具：
TQ Analyst on-line tour-TQ Analyst 主要功能快速演示；
TQ Analyst example methods-定量、定性方法實例演示
4設計軟件
RESULT Integration是個業(yè)的、非常容易使用的日常樣品分析工作流程開發(fā)軟件。 RESULT Integration 使得我們可以輕而易舉的將定量和定性模型與光譜采集、樣品分析、設 置報告和電子存檔或打印報告等工作關聯(lián)在起，以創(chuàng)建個符合用戶個性化要求的標準 工作流程，其中不需要調(diào)用任何宏程序。RESULT 軟件還包括個性化報告格式設置和為工 作流程附帶標準操作規(guī)范（SOP）的功能。其數(shù)據(jù)模擬功能還可允許使用者進行工作流程 的離線開發(fā)。旦建立好了符合要求的分析流程，儀器操作變得尤為簡單。所建立的方法 經(jīng)過認證和通過后，可以精確的在儀器與儀器間任意轉(zhuǎn)移，并可得到精確和重現(xiàn)性良好的 分析結(jié)果。
5操作軟件
RESULT-Operation 提供非常直觀的圖形界面，使儀器操作變得簡便易行。本節(jié)介紹 RESULT-Operation 的基本信息。
7產(chǎn)品相冊
9留言咨詢(5分鐘應答)
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