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近紅外光譜技術(shù)在化學(xué)分析方面的應(yīng)用進(jìn)展

2017-03-10 01:16
環(huán)球市場 2017年11期
關(guān)鍵詞:光譜樣品含量

孔 恒

廣西真龍彩印包裝有限公司

近紅外光譜技術(shù)在化學(xué)分析方面的應(yīng)用進(jìn)展

孔 恒

廣西真龍彩印包裝有限公司

近紅外光譜技術(shù)目前已在農(nóng)業(yè)、環(huán)境、食品、醫(yī)療、通信等行業(yè)廣泛應(yīng)用,在糧食領(lǐng)域,已應(yīng)用于糧油的收獲和儲藏的品質(zhì)檢測等。近紅外光譜技術(shù)已經(jīng)成為分析有機(jī)樣品的主要分析技術(shù),并能夠方便快捷的測量各形態(tài)樣品。隨著科學(xué)技術(shù)不斷更新,近紅外光譜技術(shù)將會以其便捷、快速、高效及在線分析技術(shù)在更多領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展,推動現(xiàn)代化生產(chǎn)發(fā)展?;诖?,文章就近紅外光譜技術(shù)在化學(xué)分析方面的應(yīng)用進(jìn)行分析。

近紅外光譜技術(shù);化學(xué)分析;應(yīng)用

1.近紅外光譜分析技術(shù)簡介

1.1 基本概念

通常將波長介于可見區(qū)與中紅外區(qū)間的電磁波成為近紅外光(NI R),他的波長范圍介于800~2500nm。NI R S是基于近紅外光的物理特性而衍生出來的一種新型技術(shù)。其主要原理是利用待測樣品中含有O-H、C-H、N-H和C-C等化學(xué)鍵的泛頻振動或轉(zhuǎn)動,以漫反射方式獲得在近紅外區(qū)的光譜,通過多元線性回歸、主成分分析、偏最小二乘法及人工神經(jīng)網(wǎng)等化學(xué)計(jì)量學(xué)手段,建立起物質(zhì)光譜與待測樣品成分間定標(biāo)模型,最終實(shí)現(xiàn)對待測樣品成分的預(yù)測。

1.2 近紅外光譜分析技術(shù)的特點(diǎn)

近紅外光譜分析技術(shù)成功地結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、光譜技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)等諸多方面的技術(shù)成果,已在許多領(lǐng)域中得以應(yīng)用,與傳統(tǒng)分析技術(shù)相比主要具有以下優(yōu)點(diǎn):不需要對待分析樣品進(jìn)行前處理、不會對環(huán)境造成污染且節(jié)約大量的試劑費(fèi)用、投資及操作成本低、分析方便速度快、穩(wěn)定性好,受干擾小、分析過程中不消耗其他材料或破壞樣品、測試重現(xiàn)性好等(陸婉珍,2006)。隨著微電機(jī)系統(tǒng)和微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)外研制出了幾款新型的微型近紅外儀。微型近紅外光譜儀與普通的光譜儀相比有其明顯的優(yōu)勢:(1)體積小、容易實(shí)現(xiàn)模塊化,更符合近年來對檢測儀器輕巧、便攜的要求,且實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場應(yīng)用的價值;(2)耐用、結(jié)構(gòu)緊湊、低能耗、校準(zhǔn)速度快、對環(huán)境溫度和濕度變化適用范圍更寬;當(dāng)前,國內(nèi)生產(chǎn)的微型化近紅外光譜儀大多數(shù)還處在理論的樣品機(jī)狀態(tài),實(shí)用化的商品較少,但是,也已在制藥、奶粉生產(chǎn)等現(xiàn)場的監(jiān)測中廣泛應(yīng)用,所以微型化近紅外光譜儀的開發(fā)不僅是現(xiàn)實(shí)的需要,也是一種普遍趨勢。

2.近紅外光譜技術(shù)在化學(xué)分析中的應(yīng)用

2.1 近紅外光譜技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著近紅外光譜光纖技術(shù)的發(fā)展,配合化學(xué)計(jì)量學(xué)的有效方法,近紅外光譜技術(shù)已經(jīng)滲透到制藥工業(yè)的多個領(lǐng)域。近年來,近紅外光譜技術(shù)被引入中藥領(lǐng)域,在中藥藥材真?zhèn)伪鎰e、產(chǎn)地分析、中成藥成分測定方面取得了一些進(jìn)展。近紅外光譜分析技術(shù)因其無損性不僅保證了藥物的質(zhì)量,還在一定程度上提高了藥物生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制的自動化程度,推動了醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2.2 近紅外光譜技術(shù)在食品農(nóng)業(yè)科學(xué)中的應(yīng)用

近紅外光譜技術(shù)最早應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品分析,主要是對谷物、油料、經(jīng)濟(jì)作物、豆類和塊根類農(nóng)作物的水分、蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸、淀粉、果糖、纖維素、可溶性氮等含量測定。目前已經(jīng)由農(nóng)業(yè)產(chǎn)品分析拓展到食品質(zhì)量測定上,主要是食品工業(yè)和糧油加工中水分子結(jié)合態(tài)的解析、淀粉的檢測和水果內(nèi)部品質(zhì)的測定方面,比如非破壞性水果蔬菜質(zhì)量檢測、牛奶品質(zhì)分析、大米直鏈淀粉含量的檢測等等。目前肉類品質(zhì)檢測的首選方法就是近紅外光譜技術(shù),在線檢測牛肉或豬肉中脂肪、水和蛋白質(zhì)的含量,方便快速又準(zhǔn)確。

2.3 近紅外光譜分析技術(shù)在飼料中的應(yīng)用

由于近紅外光譜分析技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢,伴隨著儀器的制造水平的提升、光譜化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件的開發(fā)及各種測定樣品附件的研制均已達(dá)到較高的水平,自20世紀(jì)80年代中后期以來,NIRS在飼料中的應(yīng)用已相當(dāng)成熟,是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的新亮點(diǎn)。1960年開始,研究者Norris等(Burns等,1992)率先開始了利用NIRS測定谷物中的常規(guī)營養(yǎng)成分含量的研究,同時也進(jìn)行了將近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于其他農(nóng)產(chǎn)品組分和質(zhì)量的研究。隨著近紅外光譜分析技術(shù)的熟練應(yīng)用,Schaalje和Mundel(1991)利用NIRS對大豆中氮的含量進(jìn)行了檢測。Fontaine等(2001)研究表明,利用NIRS測定魚粉中油脂和蛋白質(zhì)含量是可行的。Montes等(2006)對飼料中的能量之王玉米的三種成分進(jìn)行測定,其結(jié)果為:DM(RV2=0.95,SEP=1.2%),CP(RV2=0.88,SEP=0.3%),ST(RV2=0.79,SEP=1.0%)。目前NIRS技術(shù)不局限于樣品常規(guī)成分的分析,同時也能分析樣品中的微量組分含量,如氨基酸、維生素、毒素等物質(zhì)含量,還可以進(jìn)行飼料有效能或消化率的測定等。有研究表明,近紅外預(yù)測棉籽粕真可利用氨基酸含量的定標(biāo)結(jié)果是可行的,可按真可利用氨基酸進(jìn)行飼料配方,達(dá)到準(zhǔn)確適時高效利用飼料資源的目的。

2.4 近紅外光譜技術(shù)在石油化工中的應(yīng)用

近紅外光譜技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢在石油化工領(lǐng)域被充分應(yīng)用,囊括了從生產(chǎn)過程質(zhì)量控制到石化產(chǎn)品質(zhì)量檢測等石油加工的各個環(huán)節(jié)。在汽油分析上,近紅外光譜技術(shù)主要體現(xiàn)在快速測定汽油族組成、測定汽油辛烷值、測定汽油物性參數(shù)、在汽油調(diào)和中的運(yùn)用等方面;在柴油分析上,主要體現(xiàn)在對柴油組成和柴油氧化安定性的測定上;潤滑油分析上,則是對潤滑油基礎(chǔ)油的化學(xué)族組成、基礎(chǔ)油粘度指數(shù)測定等方面。總的來說,近紅外光譜技術(shù)已被石化企業(yè)廣泛應(yīng)用在石油性質(zhì)、品質(zhì)分析,以及在線分析監(jiān)控?zé)捰凸I(yè)、汽油調(diào)和及石油大分子含量測定上,被各種重要煉油裝置如原油蒸餾、催化裂化和蒸汽裂解等普遍采用。

綜上,當(dāng)前,遠(yuǎn)紅外光譜技術(shù)在各方面都得到了良好的應(yīng)用,隨著儀器和光譜處理化學(xué)計(jì)量軟件的國產(chǎn)化和相應(yīng)各類應(yīng)用模型的開發(fā),近紅外光譜技術(shù)作為一種分析技術(shù)將會在越來越多的領(lǐng)域中充當(dāng)快速檢測的手段。

[1]申欽鵬,張濤,劉春波,何沛,王昆淼,楊光宇,劉志華.近紅外光譜定量分析技術(shù)在煙草和煙氣化學(xué)成分分析中的研究進(jìn)展[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,04:77-85.

[2]王耀鵬,顧志榮,孫宇靖,王亞麗.近紅外光譜快速定量技術(shù)在中藥分析中的最新應(yīng)用進(jìn)展[J].中國實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志,2015,09:223-226.

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