布鲁克近红外光谱仪NIR介绍

北京嘉德利达科技有限公司

2023/02/06 09:36

什么是近红外NIR？

近红外光谱技术是一种使用电磁光谱中近红外区域（波长范围：800-2500nm）的分析方法。它可以测量样品在NIR区域中不同波长处的吸光度，记录着CH、NH、OH或SH等分子基团基频振动的倍频和合频吸收信息。因此近红外光谱技术是化学和制药行业以及食品、饲料和农业中分析有机成分的首选。

图1 近红外波段范围

近红外的吸收强度比中红外弱1-5 个数量级，随着基频振动合频和倍频的增加，吸收峰重叠的越严重，吸收越来越弱，所以该技术主要用于常量分析，即被测组分的含量一般应大于样品重量的0.1％。对于多组分的复杂样品，其近红外光谱也不是各组分单独光谱的简单叠加，因此需要“化学计量学”技术从复杂的光谱中提取有效信息。虽然近红外光谱吸收强度弱，但具有一定的穿透能力（最深可达 5cm），因此无需对样品进行前处理即可进行测量。

图2 XH基团谱图分布范围

近红外光谱的采集方式

近红外光照射到物质后，会发生吸收、透射、散射、全反射、漫反射等几种相互作用形式（如下图所示）。依据上述作用形式，近红外光谱的采集方式主要有三种：透射式、漫反射式、透漫射式，其中以透射、漫反射式较为常用，此外一些特殊应用场景还会用到透反射方式。因此，近红外光谱的采集技术具有相当大的选择弹性，可依不同样品物性或环境而改变。

图3 近红外光与样品的作用形式

透射式Near-IR Transmittance（NIT）:

近红外光经单色器或干涉仪后，照射到样品，作用光再经过样品的吸收、散射等过程到达检测器接收。对于光通透性较好的液体样品，近红外光可以穿透整个样品，多采用透射方式进行光谱扫描。一般油品、液态奶等样品，主要样品腔或液体光纤探头测量方式为主。

图4 透射式和其主要应用场景

漫反式Near-IR Reflectance（NIR）:

近红外光照到样品的内部，发生反射、折射、吸收等相互作用，使光传播方向不断变化，最终携带样品信息又反射出样品表面而被检测器接收。对于固体样品，近红外光不能完全穿透样品，多采用漫反射方式进行光谱扫描。一般颗粒、粉末、片状、糊状等样品，主要以积分球漫反射或固体光纤探头测量方式为主。

图5 漫反射式和其主要应用场景

透漫射式Near-IR Trans Reflectance(NITR):

近红外光照到样品，经作用后穿过样品并发生散射，收集于检测器，习惯上称为漫透射。对于半固化样品，近红外光在穿透样品的同时发生了散射，多采用漫透射方式进行光谱扫描。一般肉酱、药片等样品，主要以两级聚焦漫透射方式为主。

图6 透漫射式和其主要应用场景

近红外的特点

近几年，随着光导技术的发展和应用，近红外光谱技术作为一种在线、无损探测工具而被广泛用于化工生产的各个环节，尤其是在工艺控制、产品质量方面发挥了突出的作用，为企业创造了巨大的经济效益，成为目前发展最快和最具有前景的过程分析技术。与传统分析方法相比，近红外光谱技术具有以下独特的优越性：

● 分析速度快，测量过程可在1min 内完成，对过程闭环控制十分有利；

● 样品预处理简单或无需预处理，不破坏样品、不用试剂、不污染环境；

● 分析效率高，一次全谱扫描可同时获得多种化学成分定性或定量结果；

● 适用的样品范围广，可用于测量液体、固体等不同物态的样品；

● 可透过玻璃、塑料等包装直接进行非破坏测量，也可以在线非接触式测量；

● 投资及操作费用低，操作简单；

● 采用化学计量学的多元校正算法，分析结果的统计准确度逼近标准方法；

● 完全自动化操作，可减少人工测试等随机误差，具有较高的精密度和重现性。

布鲁克近红外产品推荐

离线型、单通道TANGO系列

可完全满足用户对傅立叶变换近红外光谱仪的要求，适用于工业用途：结实耐用、精准度高，操作员指南浅显易懂。布鲁克（BRUKER）拥有久经验证的傅立叶变换近红外技术，同时结合易于使用的触摸屏操作和较小的占地面积，是空间狭小实验室的理想之选。根据应用需求不同，主要两种配置：Tango-R和Tango-T，前者主要用于固体测试，可兼容部分液体样品测试需求；后者主要是用于液体样品测试。

图7 Tango 系列两种配置：用于固体和液体

离线型、多通道MPA II系列

MPA II 是布鲁克光谱部门集近 40 年设计和生产FTIR 和 FT-NIR 光谱仪经验的结晶，该仪器具有强大的扩展灵活性和优越的性能，为FT-NIR 分析仪器树立了新的标准。其高性能的附件和灵活的操作性，成为实验室和过程分析开发各种方法不可缺少的强有力工具，能够最大程度的满足不同用户科研和生产 QA/QC 的需求。采用模块化设计，可以针对每个分析任务进行单独配置。一台主机上可以实现透射、漫反射、漫透射和光纤探头多通道测量。

图8 MPA II 多用途傅立叶变换近红外分析仪

在线型、多通道MATRIX-F II系列

MATRIX-F II 傅立叶变换光谱仪可以在过程反应器和管道中直接进行测量，让您更好地理解和控制生产过程。其创新性技术提供了一致的高质量结果、缩短了停机时间，并实现了方法的直接转移。布鲁克生产的所有过程光谱仪都具有坚固性、长期稳定性和维护成本低的特点。

数千台在线光谱仪已经安装和使用于化工、石化、聚合物和制药生产过程以及食品和饲料制造领域，是我们过程控制丰富经验的有力证明。MATRIX-F II是目前唯一的只用一台仪器就可对物料进行接触式测量和非接触式测量的光谱仪。有不同的测量附件可供使用：

MATRIX-F II：

光纤探头：可根据需要配置漫反射、透反射或不同光程长度的液体透射探头，以及流通池或其他试验性装置。还可根据物料性质选择配置不同材质的探头，如不锈钢、哈氏合金或陶瓷，用于固体或液体分析。

图9 MATRIX-F II: 经典 FT-NIR 光谱仪

MATRIX-F II emission：

特别版 MATRIX-F II 光谱仪，通过光纤连接非接触式发射探头，仅用于非接触式测量。非接触式发射探头内置钨灯光源，可以直接照射样本，并将收集的散射漫反射光通过光纤传输至光谱仪。通过这种方式，可以进行远程非接触式测量，实现一系列全新应用。

图10 MATRIX-F II emission

MATRIX-F II duplex：

经典 MATRIX- F II 的扩展型号，可同时连接常规光纤探头和非接触式发射探头。它可以提供多达六个流通池或探头的光纤连接MATRIX-F emission或MATRIX-F II duple。

图11 MATRIX-F II duplex

关于近红外设备的详细信息或应用需求请联系我们，联系人：

李经理，19910228059.

注:上述内容源自《布鲁克近红外手册》和布鲁克官网www.bruker.com

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