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近红外光谱技术与仪器的发展和推广应用

2010-10-12

                                      近红外光谱技术与仪器的发展和推广应用

      出现在近红外波长区的光谱由于倍频、合频的形成机理，表现为普带较宽而且重叠明显，因此难以分辨，加上其光谱吸收较弱，因而在中红外（MIR）光谱技术实用化后一直被人们淡忘了几十年。直到上世纪70年代以后才出现了一些简单的滤光片近红外光谱仪，被用于牧草和某些农产品的定量分析工作中；上世纪80年代以后，由于光谱仪器技术的发展，更重要的是计算机硬件技术及在化学计量学发展基础谁能够的软件技术的发展，近红外光谱又得到较多应用和人们的重视，被认为是NIRS技术的复兴。除了因多元分析等数据处理手段和计算机软件技术的发展可在相当程度上解决NIRS谱带宽、重叠大等问题以外，因NIRS吸光度低而致的分析式样处理（制备）要求低（甚至不经处理即可分析）的优点，以及NIRvana光透射度大、散射强、对式样无损伤、可作多组分同时分析等等优点（相对于MIRS），使NIRS分析技术特别适合于在线连续多组分的分析的要求；在分析过程中不用试剂（无污染、“绿光”技术），分析后式样无破坏可直接使用也是当前受到欢迎的优点。工作在近红外区而带来的一切简单（光源、单色器、吸收池、探测器。。。）、价格低廉、使用方便等特点，也使NIRS分析技术越来越受欢迎（尤其是对象明确、大批量、重复性分析的应用场合）。
      但是，事物的两面性也决定了NIRS分析技术、NIRS仪器的推广应用受到了明确的限制。除了不能完成MIRS分析的高分辨、准确定性量分析和结构分析等任务以为，繁复的校正集式样测定，难以掌握也难于推广应用的合适数据处理和软件开发技术也明显地限制了NIRS的推广应用。NIRS数据与处理、校正集模型的建立及其可传递性、通用性，不但工作两大，而且普适性差，成为NIRS技术推广应用的明显障碍。基于种种原因，至今在全球范围内ＮＩＲＳ技术和仪器的推广应用，还是一个全球各方面在努力探索的前沿课题。
　 从理论上说，近红光谱仪器技术并不是原理上特别困难的问题。相反，在ＮＩＲ 区（相对于中红外、远红外区）有高强度的光谱光源、有广泛而且廉价的光学材料及光学系统（如聚光系统、分光系统等）、有高信噪比的探测器件，因此设计、制作NIR光谱仪器并不是前所未有的困难任务；在NIR区工作的光谱仪器要求的高稳定性、高重复性、高信噪比等性能指标，也是当前仪器设计、制造、调试技术和具体研发无活动元件单色器，采用光纤技术原理在不良环境中实现远距离直接分析扥也都已成熟，可以相当方便地应用到NIRvana仪器研发中去。
       NIRS研发的主要困难还在于NIRS技术的推广应用还没有达到应有的程度，没有形成量大面广的NIRS仪器的市场需求和应用潮流，因此不能给光谱仪器研发、生产领域形成需求要了和明亮的NIRS光谱仪器市场前景，不能把人们的目光和注意力从已经是量大面挂钩的紫外可见光谱仪器、 Fourier红外光谱仪等类仪器的研发潮流中，调向到NIRS方向。