在几年前的研究工作中,我们偶然发现近红外光谱强度会随温度改变。随着更深入的研究,我们发现近红外光谱与温度之间存在定量关系。近红外光谱与温度的邂逅,使我们课题组成功发展了温控近红外光谱技术。当然,这个技术的开发不是一蹴而就的,我们也做了大量的调研与实践。
近红外光谱不仅体现了结构、官能团等分子本身的特征,还体现了诸如氢键等分子内和分子间作用力。这些作用力会影响分子键及其振动模式,而这些作用力本身容易受到温度、压力等外界条件的影响。因此,温度变化会导致分子间作用力的变化,进而带来振动光谱的变化。近红外光谱作为一种振动光谱,必然会受到温度变化的影响。温度的变化会带来近红外光谱的变化,进而影响多元校正模型的预测能力及近红外光谱定量分析的准确性。此外,温度的变化也会带来物质结构的改变,如氢键强度的变化、高聚物的分解等。从而,在连续改变温度的条件下测得的近红外光谱就包含了丰富的物理和化学信息,体现了物质的结构变化和分解过程。这就为物质结构分析和化学反应过程的研究提供了一种新手段。因此,有关温度对近红外光谱影响的研究越来越广泛,同时,近红外光谱与温度变化的相关性研究已应用于过程分析和结构分析,从而扩大了近红外光谱的应用范围。
然而,在定量分析方面,科学工作者们一直致力于消除温度效应的影响,其中,对温度变化进行校正是消除近红外光谱温度效应最直接的办法。分段直接校正等化学计量学方法已用于近红外光谱分析中温度不敏感模型的建立,并成功地应用于水溶液中葡萄糖、蛋白质等物质的分析。然而,温度变化对近红外光谱的影响并非完全是负面的。Peinado等提出应用近红外光谱的温度效应来产生三维数据,并应用平行因子分析(PARAFAC)对三维数据进行分析。结果表明,通过这种方法可以对样品温度进行建模和预测,而且,可以将近红外光谱的温度效应转化为可利用的参数,应用于样品浓度的定量分析。我们课题组考察了近红外光谱与温度之间的定量关系,并在此基础上建立一种新的定量分析方法。在研究中考察了水、乙醇等常用溶剂及其混合溶液的近红外光谱与温度之间的关系。分别基于偏最小二乘(PLS)和多级同时成分分析(MSCA)建立了近红外光谱与温度的定量关系模型(QSTR),并利用模型对溶液中各组分浓度进行了定量分析。
近红外光谱与温度的完美邂逅,让我们拥有了一个可以探寻科学真谛的工具。我们将投入更多的力量,利用温控近红外光谱技术进行物质的定量和结构分析。