一、近紅外光譜介紹
近紅外（near infrared,nir）光是指波長介於可見區與中紅外區之間的電磁波，其波長範圍約為800~2500nm，波數範圍約為12500~4000cm-1，（波數=104/波長）。近紅外光譜分析是指利用近紅外譜區包含的物質資訊，主要用於有機物質定性和定量分析的一種分析技術。
特定化學基團有其特定的基頻頻率，稱為指紋吸收帶。基團伸縮振動引起的基頻吸收帶（指紋吸收帶）一般位於中紅外區，特定的基團對應特定的吸收光譜，所以運用中紅外光譜可以定性和定量分析組分成分和含量。但是中紅外只能用於靜態測量，樣品要求極薄，不適用於**測量。
基團伸縮振動引起的基頻吸收帶一般位於中紅外區，而基團伸縮振動引起的泛頻，又稱倍頻（如第
一、第二甚至更高）一般位於近紅外區，伸縮振動和彎曲振動的組頻（又稱合頻）吸收帶一般也位於近紅外區。
近紅外光譜分析的資訊與訊號：近紅外光譜的資訊源是分子內部原子間振動的倍頻與合頻。該譜區訊號的頻率比中紅外譜區高，介於中紅外譜區和可見譜區之間。
但近紅外法的檢測低限不如中紅外定量分析，約為10-3~10-4，（一般要求成分含量不能低於0.1%）不適宜做含量過低的樣品、微量樣品的分析。
近紅外光譜（nir）作為一種分析手段，可以測定有機物以及部分無機物。這些物質分子中化學鍵結核的各種基團（如o—h、c=o、n-h、c-h）的伸縮、振動、彎曲等運動都有它固定的振動頻率。當分子受到紅外線照射時，被激發產生共振，同時光的能量一部分被吸收，測量其吸收光，可以得到極為複雜的圖譜，這種圖譜表示被測物質的特徵。
不同物質在近紅外區域有豐富的吸收光譜，每種成分都有特定的吸收特徵，這就為近紅外光譜定量分析提供了基礎。
二、近紅外光譜分析
1、比耳定律
吸收光譜定量分析是根據樣品對某一譜區光吸收強度與吸光粒子（低能態的分子或原子）之間的關係，並考慮到樣品中吸光粒子數與樣品粒子總數的關係來定量的。比耳定律，也稱為物質對光的吸收定律，簡稱吸收定律。表示式為：
其中：i0為波長為λ的平行、均勻入射光束強度；i為透過溶液後的光束強度；a為吸光度；ε為待測組分的摩爾吸光係數；b為光程；c為待測組分的物質的量濃度。
2、光譜分析
獲得近紅外光譜主要應用兩種技術:透射光譜技術和反射光譜技術。透射光譜(波長一般在700~1100nm範圍內)是指將待測樣品置於光源與檢測器之間,檢測器所檢測的光是透射光或與樣品分子相互作用後的光(承載了樣品結構與組成資訊)。
反射光譜(波長一般在1100~2500nm範圍內)是指將檢測器和光源置於樣品的同一側,檢測器所檢測的是樣品以各種方式反射回來的光。物體對光的反射又分為規則反射(鏡面反射)與漫反射。
根據測試方法,近紅外光譜法主要分為透射測定法,漫透射測定法和反射測定法3種。透射測定法用於透明樣品的分析,樣品濃度與對光的吸收關係符合比爾定律。漫透射測定法,由於樣品中含有光散射物質,光在穿透分析樣品時,除了吸收外還有多次散射,比爾定律不適用。
反射測定法,近紅外光照射到樣品表面後,由於樣品表面狀態和結構的不同,光線會發生多次反射。
3、常見的吸收基團
c-h基團，基頻吸收帶出現在3300~3500nm；o-h基團，基本吸收帶出現在2700~2900nm；n-h基團，基頻吸收帶出現在2700~2900nm；s-h基團，基頻吸收帶出現在3900nm附近。其中前兩種基團的泛頻或組頻吸收帶出現的波長小於2000nm，吸收帶強度較大；後兩者泛頻或組頻吸收帶則很弱，這主要是由於其基頻吸收帶的強度比較弱。純水分子中o-h鍵伸縮振動的第一泛頻約在1440nm，第二泛頻約在960nm，組頻吸收帶主要有兩個，較強的在1940nm，較弱的在1220nm。
水在1940nm的組頻吸收很強，已被成功地用於測定農產品等物質中水的含量。
水在1940nm、1450nm、1190nm、970nm、760nm處有較強的吸收。其中，1450nm、970nm和760nm是o-h的倍頻吸收帶，1940nm及1190nm是o-h的合頻吸收帶。在水的近紅外吸收峰中，1190nm波長處的吸收率小，一般用於大於50%的濕度測量；2950nm波長處的吸收率過大，測溼的範圍窄，一般用於小範圍高精度的測量，而1450nm、1940nm波長的吸收率較為適當，可用於工業領域的測溼，實踐表明，1940nm波長比1450nm波長的靈敏度更高，線性更好。
缺點是對於微量水分（0.04%以下）
的測量有困難。
4、近紅外光譜分析模型建立及應用
近紅外光譜分析模型建立及應用框圖，其分析方法的建立主要通過四步完成：一是選擇有代表性的校正集樣本並測量其近紅外光譜; 二是採用標準或認可的參考方法測定所關心的組成或性質資料; 三是根據測量的光譜和基礎資料通過合理的化學計量學方法建立校正模型, 在光譜與基礎資料關聯前, 為減輕以至於消除各種因素對光譜的干擾, 需要採用合適的方法對光譜進行預處理; 四是未知樣本組成性質的測定, 在對未知樣本測定時,根據測定的光譜和校正模型適用性判據, 要確定建立的校正模型是否適合對未知樣本進行測定, 如適合, 則測定的結果符合模型允許的誤差要求, 否則只能提供參考性資料。
近紅外光譜中化學計量學方法的研究主要涉及3個方面的內容：一是光譜預處理方法的研究（淨化圖譜資訊）；二是近紅外光譜定性和定量校正方法的研究；三是校正模型傳遞技術的研究，也稱近紅外光譜儀器的標準化。
圖譜的預處理研究：一是噪音和其他圖譜不規則影響的濾除；二是圖譜資訊的優化，篩選出最有效的光譜區域，提高運算效率。
噪音及其他干擾因素的消除：1、平滑處理-濾除雜訊（傅利葉變換、奇異值分解，卷積平滑方法（最有效最常用））；2、基線校正-消除偏移或漂移現象（一階微分（處理基線偏移）或二階微分（處理基線漂移））
三、近紅外光譜技術在石油化工方面的應用
1、基於近紅外技術石油含水量的測量
特定化學基團有其特定的基頻頻率，稱為指紋吸收帶。同樣他們的組頻和泛頻頻率也是相對穩定和特有的。基頻吸收多出現在中紅外波段，組頻、泛頻等大多出現在近紅外波段，下表是與石油相關的基團和物質在近紅外段吸收帶。
紅外光譜測試報告
中國地質大學 研究生課程 封面 課程名稱傅利葉紅外光譜測試技術和寶石學應用 教師姓名 研究生姓名 研究生學號 研究生專業寶石學 所在院系珠寶學院 類別 a.博士 b.碩士 c.進修生 日期 2011年 1月 3日 紅外光譜測在寶石學上的應用 摘要 紅外光譜分析作為波譜分析這一新鬟學科中最常見的技術之...
如何解析紅外光譜圖
一 預備知識 1 根據分子式計算不飽和度公式 不飽和度 n4 1 n3 n1 2 其中 n4 化合價為4價的原子個數 主要是c原子 n3 化合價為3價的原子個數 主要是n原子 n1 化合價為1價的原子個數 主要是h,x原子 2 分析3300 2800cm 1區域c h伸縮振動吸收 以3000 cm ...
如何解析紅外光譜圖
一 預備知識 1 根據分子式計算不飽和度公式 不飽和度 n4 1 n3 n1 2 其中 n4 化合價為4價的原子個數 主要是c原子 n3 化合價為3價的原子個數 主要是n原子 n1 化合價為1價的原子個數 主要是h,x原子 2 分析3300 2800cm 1區域c h伸縮振動吸收 以3000 cm ...