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近红外光谱（又称NIR光谱或NIRS）作为一种成熟的分析技术，已经拥有30多年的历史，是一种快速可靠地测量固体和液体化学和物理性质的方法。作为该系列文章的第一章节，本文主要介绍了近红外光谱的工作原理，以及该技术的优势和广泛应用。
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近红外光谱的工作原理
近红外光谱通过分析光与物质之间的相互作用产生光谱。在光谱方法中，光通常是通过波长来描述的，而非能量。近红外光谱在电磁波谱的近红外区域（波长范围为780~2500 nm）工作，也就是说，近红外光谱仪测量的是样品对近红外区域不同波长光的吸收情况。必须注意的是：近红外与中红外的波长范围并不相同。该系列文章的第二章节《近红外光谱和红外光谱有什么区别？》解释了这两种技术的区别。
近红外光谱是一种间接分析技术，需要先建立预测模型。您可以将其与高效液相色谱法进行类比，如果您想使用高效液相色谱法识别或定量某种物质，首先需要制备该物质的标准溶液，然后通过测量标准溶液来建立校准曲线。
这一点与近红外光谱十分类似：首先需要测量一些已知浓度或其他参数值的样品光谱，这些已知参数是通过滴定等参考方法测定的。使用化学计量学软件（如，瑞士万通的OMNIS软件）根据这些光谱建立预测模型，然后就可以开始对未知样品进行日常分析了。该系列文章的第三章节《如何在实验室工作流程中使用近红外光谱》详细阐述了如何建立预测模型。
近红外光谱对某些官能团的存在特别敏感，包括：-CH、-NH、-OH和-SH。因此，它是测定化学参数的理想方法，如：水分含量、羟值、酸值和胺含量。
此外，光与物质之间的相互作用还取决于样品本身的基质，使其可以测定物理参数和流变参数，如：粒径、密度、特性粘度和熔融指数。
固体和液体样品的测量方法
要了解近红外技术的优势，首先要了解我们是如何测量近红外光谱的。近红外光谱可以分析不同类型的样品，而不同的样品类型需要使用不同的仪器。
从透明的液体到浑浊的的浆液和粉末，有多种测量方法可供选择。选择正确的测量方法、采样模块和相关附件是开发可靠的近红外方法尤为重要的一步。 下面我们将介绍适用于各种样品类型的不同方法：漫反射、漫透射、透反射和透射。
固体样品的测量方法
漫反射： 乳霜、浆液、颗粒、粗粉和细粉
近红外光穿过样品，并与之相互作用，未被吸收的近红外光反射回检测器。这种方法适合测量固体样品，无需样品前处理。
固体样品测量示例
如图所示，须将固体样品（如，粉末）置于适当的容器或样品瓶中，放在测量窗口。
来自样品下方的近红外光经过样品反射后，未被吸收的近红外光到达同样位于样品下方的检测器。只需45秒，测量即可完成，并显示结果。由于这种反射光包含了所有相关的样品信息，因此这种测量技术被称为漫反射。
液体样品的测量方法
透反射：液体和凝胶
这种测量方法是透射和反射的结合：在样品上方放置一个镀金反射器，镀金反射器将未被吸收的近红外光反射回检测器。这种方法适合测量液体样品。
透射：液体
将样品放置在近红外光源和检测器之间，近红外光穿过样品后，未被吸收的近红外光到达检测器。这种方法适合测量透明的液体溶液或悬浮液。
液体样品测量示例
如图所示，对液体样品进行近红外分析，必须将样品瓶或比色皿插入对应的样品适配器。按下开始键后，只需45秒即可获得结果。
在这种情况下，近红外光穿过溶液后到达检测器。这种测量技术称为透射。
近红外光谱的优势
上述测量光谱的步骤已经显示了近红外光谱的两大优势：样品测量简单、快速。
近红外光谱的优势可概括如下：
- 快速分析——1分钟内即可获得结果。
- 无需样品前处理——固体和液体样品均可直接进行测量。
- 节约成本——无需化学品或溶剂。
- 绿色环保——不产生废弃物。
- 无损分析——贵重样品可在分析后重复使用。
- 操作简单——没有经验的用户也能立即上手。
近红外光谱的相关应用
近红外光谱可同时分析化学参数和物理参数，用途十分广泛，可用于化工、多元醇、聚合物、食品和动物饲料、制药、制浆造纸、油漆、石化和生物燃料、个人护理用品、纺织品和半导体行业等。近红外光谱仪通常用于质量保证和质量控制、原料鉴定或化学成分验证、过程控制和实时反应监测、产品筛查。
您可在我们相关的专题文章中找到不同的应用实例：
聚合物： 聚乙烯的密度；熔融指数；特性粘度
化工：多元醇的羟值
石化：汽油的研究法辛烷值(RON)；柴油的十六烷值指数
油品和润滑油： 总酸值（TAN）
制药： 冻干产品的水分含量；片剂的含量均匀度
个人护理：乳霜中的水分含量和活性成分
纸浆和纸张： 木浆中的卡帕数、应用密度、纸浆自由度、断裂强度、屈曲强度和抗张强度
涂料和油墨： 油墨中的染料、二甘醇 (DEG)、表面活性剂和水的含量，以及油漆中的钴和固体含量、比重和粘度测定
食品： 各种食用油的多参数分析
饮料： 咖啡中的咖啡因、水活性、密度和水分分析
表面处理：监测清洁、脱脂、漂洗和磷化槽中的关键参数
半导体： 控制化学蚀刻、清洗和漂洗槽的成分
生物燃料： 监控发酵过程中的乙醇生产
您还可在我们的应用搜索页面搜索相关的近红外光谱应用报告：
近红外光谱是测量固体和液体化学和物理性质的可靠方法。即使是没有任一个实验室经验的工作人员，亦可成功使用这种快速方法进行日常分析。
既然您已经知道了什么是近红外光谱，那就来了解一下如何将其轻松应用到您的实验室工作流程中：
工业生产过程中的近红外光谱分析指南
如欲了解近红外光谱的更多详细信息，如：倍频和合频、多元数据分析和化学计量学，可下载此专题著作。
