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近红外原理

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  • 【分享】AOTF近红外的分光原理介绍

    【分享】AOTF近红外的分光原理介绍

    [img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2007/12/200712141144_72826_1638147_3.jpg[/img]AOTF分光原理:声光可调谐滤光器(Acousto-optic tunable filter,简称AOTF)是一种声光调制器件。其工作原理主要是利用了声波在各向异性介质中传播时对入射到传播介质中的光的布拉格衍射作用。声光可调谐滤光器由单轴双折射晶体(通常采用的材料为TeO2),粘合在单轴晶体一侧的压电换能器,以及作用于压电换能器的高频信号源组成。当输入一定频率的射频信号时,AOTF会对入射多色光进行衍射,从中选出波长为λ的单色光。单色光的波长λ与射频频率f有一一对应的关系,只要通过电信号的调谐即可快速、随机改变输出光的波长。 作为第5代近红外分光技术的AOTF已经经历了20多年的发展,从最初的探索尝试到最终的成熟应用,可谓几经波折,终于在2001年美国BRIMROSE公司与美国国家航空和航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)合作,将公司的新型AOTF[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]安装在未来的漫游者火星探测器上,用来分析行星地质结构,检测水分和各种矿物质,同时在实施阿里亚娜发射和2012年彗星登陆计划中有合作项目。 采用AOTF近红外分光技术的仪器不仅扫描速度快,而且不受外界环境如温度、湿度、灰尘等的影响,双光路设计以及良好的信噪比,都使该仪器成为在线质量控制和现场品质检测的理想选择。现在这项技术在在线检测中的优越特性已经逐渐为广大的客户所熟悉,如国际上一些知名品牌的制药公司辉瑞、拜耳、阿斯利康、葛兰素史克等均为美国BRIMROSE公司的客户。作为一名技术工作者,我觉得有责任将这项技术介绍给大家,欢迎大家就技术方面来进行交流......

  • 【原创】【近红外光谱分析技术系列讲座二】不同类型近红外光谱仪器的主要特点和工作原理

    【原创】【近红外光谱分析技术系列讲座二】不同类型近红外光谱仪器的主要特点和工作原理

    [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]种类繁多,根据不用的角度有多种分类方法。从应用的角度分类,可以分为在线过程监测仪器、专用仪器和通用仪器。从仪器获得的光谱信息来看,有只测定几个波长的专用仪器,也有可以测定整个近红外谱区的研究型仪器;有的专用于测定短波段的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url],也有的适用于测定长波段的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]。较为常用的分类模式是依据仪器的分光形式进行的分类,可分为滤光片型、色散型(光栅、棱镜)、傅里叶变换型等类型。下面分别加以叙述。[color=#dc143c][b]一、滤光片型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器:[/b][/color]滤光片型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器以滤光片作为分光系统,即采用滤光片作为单色光器件。滤光片型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器可分为固定式滤光片和可调式滤光片两种形式,其中固定滤光片型的仪器时[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]最早的设计形式。仪器工作时,由光源发出的光通过滤光片后得到一宽带的单色光,与样品作用后到达检测器。该类型仪器优点是:仪器的体积小,可以作为专用的便携仪器;制造成本低,适于大面积推广。该类型仪器缺点是:单色光的谱带较宽,波长分辨率差;对温湿度较为敏感;得不到连续光谱;不能对谱图进行预处理,得到的信息量少。故只能作为较低档的专用仪器。[color=#dc143c][b]二、色散型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器:[/b][/color]色散型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器的分光元件可以是棱镜或光栅。为获得较高分辨率,现代色散型仪器中多采用全息光栅作为分光元件,扫描型仪器通过光栅的转动,使单色光按照波长的高低依次通过样品,进入检测器检测。根据样品的物态特性,可以选择不同的测样器件进行投射或反射分析。该类型仪器的优点:是使用扫描型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]可对样品进行全谱扫描,扫描的重复性和分辨率叫滤光片型仪器有很大程度的提高,个别高端的色散型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]还可以作为研究级的仪器使用。化学计量学在近红外中的应用时现代近红外分析的特征之一。采用全谱分析,可以从近红外谱图中提取大量的有用信息;通过合理的计量学方法将光谱数据与训练集样品的性质(组成、特性数据)相关联可得到相应的校正模型;进而预测未知样品的性质。该类型仪器的缺点:是光栅或反光镜的机械轴承长时间连续使用容易磨损,影响波长的精度和重现性;由于机械部件较多,仪器的抗震性能较差;图谱容易受到杂散光的干扰;扫描速度较慢,扩展性能差。由于使用外部标准样品校正仪器,其分辨率、信噪比等指标虽然比滤光片型仪器有了很大的提高,但与傅里叶型仪器相比仍有质的区别。[color=#dc143c][b]三、傅里叶变换型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器:[/b][/color]傅里叶变换近红外分光光度计简称为傅里叶变换光谱仪,它利用干涉图与光谱图之间的对应关系,通过测量干涉图并对干涉图进行傅里叶积分变换的方法来测定和研究[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]。其基本组成包括五部分:①分析光发生系统,由光源、分束器、样品等组成,用以产生负载了样品 信息的分析光;②以传统的麦克尔逊干涉仪为代表的干涉仪,以及以后的各类改进型干涉仪,其作用是使光源发出的光分为两束后,造成一定的光程差,用以产生空间(时间)域中表达的分析光,即干涉光;③检测器,用以检测干涉光;④采样系统,通过数模转换器把检测器检测到的干涉光数字化,并导入计算机系统;⑤计算机系统和显示器,将样品干涉光函数和光源干涉光函数分别经傅里叶变换为强度俺频率分布图,二者的比值即样品的近红外图谱,并在显示器中显示。在傅里叶变换[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器中,干涉仪是仪器的心脏,它的好坏直接影响到仪器的心梗,因此有必要了解传统的麦克尔逊干涉仪以及改进后的干涉仪的工作原理。[b]⑴传统的麦克尔逊(Michelson)干涉仪:[/b]传统的麦克尔逊干涉仪系统包括两个互成90度角的平面镜、光学分束器、光源和检测器。平面镜中一个固定不动的为定镜,一个沿图示方向平行移动的为动镜。动镜在运动过程中应时刻与定镜保持90度角。为了减小摩擦,防止振动,通常把动镜固定在空气轴承上移动。光学分束器具有半透明性质,放于动镜和定镜之间并和它们成45度角,使入射的单色光50%透过,50%反射,使得从光源射出的一束光在分束器被分成两束:反射光A和透射光B。A光束垂直射到定镜上;在那儿被反射,沿原光路返回分束器;其中一半透过分束器射向检测器,而另一半则被反射回光源。B光束以相同的方式穿过分束器射到动镜上;在那儿同样被反射,沿原光路返回分束器;再被分束器反射,与A光束一样射向检测器,而以另一半则透过分束器返回原光路。A、B两束光在此会合,形成为具有干涉光特性的相干光;当动镜移动到不同位置时,即能得到不同光程差的干涉光强。[b]⑵改进的干涉仪:[/b]干涉仪是傅里叶光谱仪最重要的部件,它的性能好坏决定了傅里叶光谱仪的质量,在经典的麦克尔逊干涉仪的基础上,近年来在提高光通量、增加稳定性和抗震性、简化仪器结构等方面有不少改进。传统的麦克尔逊干涉仪工作过程中,当动镜移动时,难免会存在一定程度上的摆动,使得两个平面镜互不垂直,导致入射光不能直射入动镜或反射光线偏离原入射光的方向,从而得不到与入射光平行的反射光,影响干涉光的质量。外界的振动也会产生相同的影响。因此经典的干涉仪除需经十分精确的调整外,还要在使用过程中避免振动,以保持动镜精确的垂直定镜,获得良好的光谱图。为提高仪器的抗振能力,Bruker公司开发出三维立体平面角镜干涉仪,采用两个三维立体平面角镜作为动镜,通过安装在一个双摆动装置质量中心处的无摩擦轴承,将两个立体平面角镜连接。三维立体平面角镜干涉仪的实质是用立体平面角镜代替了传统干涉仪两干臂上的平面反光镜。由立体角镜的光学原理可知,当其反射面之间有微小的垂直度误差及立体角镜沿轴方向发生较小的摆动时,反射光的方向不会发生改变,仍能够严格地按与入射光线平行的方向射出。由此可以看出,采用三维立体角镜后,可以有效地消除动镜在运动过程中因摆动、外部振动或倾斜等因素引起的附加光程差,从而提高了一起的抗振能力和重复性。(参考资料:胡昌勤/冯艳春*著《[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]法快速分析药品》化学工业出版社)表*色散型[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]与傅里叶变换[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]的比较[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/01/201001031425_193807_1611002_3.jpg[/img]

  • 10月17日网络会议:近红外光谱分析技术原理及其在石油炼制、化工行业的应用

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191656_648266_2507958_3.gif近红外光谱分析技术原理及其在石油炼制、化工行业的应用主讲人:周学秋 赛默飞世尔科技分子光谱区域销售经理活动时间:2013年10月17日 下午 14:30http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191656_648266_2507958_3.gif【简介】近红外基本理论介绍:近红外谱区的光谱信息、信号特点及其优、缺点。 近红外仪器硬件及软件介绍:仪器硬件技术介绍及其特点、近红外软件的算法介绍。近红外应用与不同组分油品的分析:研究法、马达法辛烷值、馏程、蒸气压、烯烃、芳烃等物化指标的分析。其它化工的应用:丙烯酰胺合成过程的近红外监控技术。近红外在石油炼制和化工行业应用的注意事项。-------------------------------------------------------------------------------1、报名条件:只要您是仪器网注册用户均可报名参加。2、参加及审核人数限制:限制报名人数为120人,审核人数100人。3、报名截止时间:2013年10月17日4、报名参会:http://simg.instrument.com.cn/meeting/images/20100414/baoming.jpg5、参与互动: *参会期间您还可以将有疑问的数据通过上传的形式给老师予以展示,并寻求解答*6、环境配置:只要您有电脑、外加一个耳麦就能参加。建议使用IE浏览器进入会场。7、提问时间:现在就可以在此帖提问啦,截至2013年10月16日8、会议进入:2013年10月17日14:00点就可以进入会议室9、特别说明:报名并通过审核将会收到1 封电子邮件通知函(您已注册培训课程),请注意查收,并按提示进入会议室!为了使您的报名申请顺利通过,请填写完整而正确的信息哦~http://simg.instrument.com.cn/webinar/20110223/images/zb_11.gif注意:由于参会名额有限,如您通过审核,请您珍惜宝贵的学习交流机会,按时参加会议。如您临时有事无法参会,请您进入报名页面请假。无故不参会将会影响您下一次的参会报名。快来参加吧:我要报名》》》

  • 【求助】红外/近红外成像系统

    最近学习中,看到有一种红外/近红外成像系统,不知道它具体有什么用,以及原理是什么?在网上搜索了没找到合适的学习资料,不知道在哪儿能找到有用的东西?

  • 【原创】现在近红外种类有很多,大家觉得哪种近红外仪器好呢?

    现在近红外种类很多。不过应用最广的现在还是傅立叶近红外,但是最近看到一片报道,其实傅立叶近红外从原理上有很多不完善的地方,不知道大家是怎么看的,大家来讨论一下。抛开建立模型等问题,最重要的还是仪器,如果仪器都选错了,其他的都是空谈。我看大家讨论仪器很少,大多数都是讨论建模或应用,这些固然重要,但是选择一个重要的仪器是根本。

  • 基于近红外原理测定食味值,大米食味计不断更新迭代

    食味计是日文汉字,国人从最初开始一直沿用至今,也就成为了中文专用术语。基于近红外原理的大米食味计是一款测量对象单一(糙米,精米)、检测项目固定(蛋白质、直链淀粉、水分、脂肪)、显示食味数值的专用仪器,在短波近红外波段范围内采集光谱。大米食味计的诞生与日本大米混合之后再销售的习惯有关。每年10月左右收获的新米很好吃,一旦过了第二年春天味道就差了。但有一种从初春开始就觉得既便宜又好吃的大米,这就是混合米。混合米虽然容易被认为是劣质商品,但它也是消费者和生产者为了享受美味的智慧。混合大米是为了激发大米的美味,与碾米技术一起可以说是大米销售商的秘诀。一方面抓住当地消费者的喜好,另一方面抓住大米产地的特点进行混合。大米混合的目的是:(1)稳定和提高食味,消除全年食味波动。(2)确保数量。因为优质米数量有限,所以要通过混合功能来确保口感好的大米供应数量。(3)应对大米供求情况。为了避免歉收时陷入大米不足的困境,需要将陈米混合进行销售。(4)满足消费者希望的价格。大米的销售价格主要与原料大米的价格有关,但也要根据混合大米的价格和口味来决定。大米食味的数值化能为大米混合提供更为科学的依据,由此食味计应运而生。因此食味计是一种快速鉴定大米品质的无损检测仪器。大米食味计的发展共分为三个阶段:(1)利用市售滤光片型仪器,采集粉碎后大米的长波段近红外反射光谱;(2)利用滤光片型食味计,采集整粒大米的短波段近红外透射光谱;(3)利用食味计,采集整粒大米的短波段近红外连续透射光谱。1986年,日本佐竹公司研发出了世界第一台大米食味计TB1A型(图1),当时的食味计主要用于两种情况。一是只要指定食味值,就能得到价格最便宜的混合米组合;二是一旦设定价格,可以选出食味值最高的大米混合。可有效地进行粮库管理。[align=center][img=,500,340]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/a3fbe4d0-018b-4de0-a86e-0f96d0014c84.jpg[/img][/align][align=center]图1 第一台食味计[/align]第一台食味计内置德国Bran+luebbe公司的近红外仪器,先将精白米粉碎后测量近红外反射光谱,利用多元线性回归建模,预测直链淀粉、蛋白质、水分等成分的含量。[i]C=F[sub]1[/sub]log1+F[sub]2[/sub]log2+……F[sub]n[/sub]logn+F[sub]0[/sub][/i]C是成分含量,log1 ~ logn是各波长下的吸光度,F[sub]0[/sub] ~ F[sub]n[/sub]是上述权重系数。其次,前记各成分的多项式的食味用判断式代入各成分的值,算出食味值。食味判定公式主要内容为:[i]K=(直链淀粉含量)1.0×(蛋白质含量)0.3×{15〔15-水分含量〕}0.75T=50000/K[sub]2[/sub][/i]K为食味关联值,T为食味值。T值越大越好[sup][1][/sup]。由此得到的食味值和感官测试相关如图2所示。相关系数足以满足实际使用要求[sup][2][/sup]。[align=center][img]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/528fe338-0cdd-4897-b3c1-c6f55a27e74b.jpg[/img][/align][align=center]图2 感官评价与食味值的关系[/align]同期,还有另外两种原理推测食味值。一是依据大米的食味与镁、钾、氮的含量,二是依据蛋白质含量和碘呈色度程度[sup][3][/sup]。不过,现在都是依据蛋白质、直链淀粉、脂肪、水分进行预测了。20世纪90年中期开发出对糙米和精米进行全粒测定的近红外透过型分析仪。当时有7家公司在市面上进行销售。透射型分析仪与反射型分析仪相比,采用了1100nm以下的短波长范围和低价格的硅检测器,因此分析仪的价格较低。佐竹制作所的CTA10A和CTA10B两种分析仪光源都是采用卤素灯,波长为600 ~ 1100nm,10个固定波长透过型分析仪,二极管是硅光电二极管[sup][4][/sup]。20世纪90年代后期,估计有4000 ~ 5000台食味计应用到生产现场。后因食味值推测精度并不高,而且各制造商之间的食味计检测精度差异较大,逐渐被遗忘。还有,直链淀粉的检测精度低至0.8%[font=&]~[/font]1.2%,只能被视为参考值。另一方面,蛋白质全粒透过型检测精度为0.25%[font=&]~[/font]0.35 %,达到实用要求,作为筛选优质(低蛋白质)大米被广泛应用。水分的检测精度也在0.15%[font=&]~[/font]0.20%,与电阻式水分计毫不逊色,也被用在生产现场[sup][5][/sup]。2010年1月,日本佐竹公司开始销售测量精度更高、轻量紧凑化的新型米粒食味计RLTA10A(图3)。历经24年的发展,食味计机型升至第四代,至今仍是主流产品。RLTA10A是机型RCTA11A的后继机种,继承了简单、快速测量功能等特点。新机型不论是在检测技术还是检测精度方面都得到了大幅提升。采用近红外透射连续波长方式,在提高测量精度的同时,实现了重量比以往机型减少20%、容积减少37%的轻量紧凑化。因为是大型彩色液晶触摸面板方式,所以操作方便,打印机内置。可以用U盘直接保存数据,还可以和佐竹公司的谷粒辨别器连接。[align=center][img=,500,460]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/a7d88100-73d1-47e4-9cf1-ad679810b33c.jpg[/img][/align][align=center]图3 佐竹公司第四代食味计RLTA10A[/align]随着市场需求和技术的发展,1996年,佐竹公司又开发了世界首创米饭食味计(图4、5)。[align=center][img=,500,321]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/69ab3a48-29e6-472d-890b-69db63e26f60.jpg[/img][/align][align=center]图4 米饭食味计[/align][align=center][img=,500,283]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/2eba84c9-80ea-437f-af18-50b24c5a4c8d.jpg[/img][/align][align=center]图5 米饭食味计原理图[/align]该米饭食味计测量[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]方法比较简单。利用两组滤光片3个波长采集反射光量(540nm,970nm)和透射光量(540nm,640nm)。好米和次米蒸出的米饭反射光有差异,用540nm的反射光观察米饭的外观。用540nm和970nm两种波长分析米饭水分差异。蒸好饭后1-2小时,540nm不论是在反射光模型还是在透射光模型中的相关系数均很高,但当蒸好饭后12[font=&][size=19px]~[/size][/font]24小时,透射光传感器的变化量往往是反射光变化量的几倍。选用640nm评价米饭变质程度,例如黄变或褐变[sup][6][/sup]。米饭食味计共测量五项指标,具体如下:①外观。米饭的α化(糊化)程度越高,外观越闪亮。共分为10个等级,等级越高越好。②硬度。光学方法测定米粒中蛋白质含量的变化。共分为10个等级,等级越高越硬。③黏性。光学测量由直链淀粉含量变化决定的黏性。共分为10个等级,越高越有黏性。④平衡度。用粘性/硬度计算,倍数化。共分为10个等级,越高越好。⑤食味值。米饭美味度的综合评价。有光泽,越透明糊化的越好,判定为好的食味。100级评价。虽然早期在日本有多家公司生产大米食味计,时至今日主要就是佐竹公司和静冈制机公司。静冈制机公司紧随佐竹公司其后,于1989年开始销售大米食味计RA-6101,如图6所示。2016年,静冈制机公司又推出了最新一代高精度近红外食味分析仪SRE(图7),将大米食味计检测精度提高到了一个新高度。[align=center][img=,500,262]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/1dfc186f-30ff-4b1b-a274-9c5a3f9f1017.jpg[/img][/align][align=center]图6 静冈制机开发的第一台食味计 RA-6101[/align][align=center][img=,500,334]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/7b3f538f-bb54-4a5a-b6a7-dc912f43f542.jpg[/img][/align][align=center]图7 静冈制机食味计 SRE[/align]静冈制机对用户反映的检测精度原因进行了详细梳理,得出波长漂移占45%,温度干扰占28%,其它化学值误差占10%,其它占17%。发现波长如果发生1nm漂移,将导致0.63%的蛋白质检测误差,要想满足检测精度要求,必须把波长漂移误差控制在0.3nm以下。另外,通过统计分析找到一个与蛋白质相关性极高的特征波长,并对仪器采取控温措施,建模后蛋白质的检测精度高达SEP=0.11%,逼近化学值的检测误差。由此获得日本农林水产省和北海道设施协会的资质认定,并作为国际米食味品鉴大会唯一指定的检测设备,享誉国内外。食味计预测大米直链淀粉的精度未达标问题一直困扰着食味计的普及应用,为此,北海道生物系特定产业技术研究支援中心尝试利用[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]分析制作直链含量预测模型及综合[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]分析和可见光分析信息的二次建模,开发出直链淀粉含量预测标准误差(SEP)不到1%的非破坏性测量技术。利用[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]分析(BR-5000、静冈制机)、可见光分析(ES-1000、静冈制机)、建模、评价按品种群制作。第一阶段,根据[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]分析和参考分析值,PLS回归分析建立模型。第二阶段,[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]分析的直链淀粉含量预测值([url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]NIR[/color][/url])及蛋白质含量预测值(PC)、可见光分析的PP值(整粒比例、未成熟粒比例、粒长、粒宽)共6个项目为自变量进行多元回归分析建立了两个阶段的模型。对各个模型,进行直链淀粉含量预测精度的评价。其结果如图8所示,糙米的直链淀粉SEP=0.43%,精米是0.42%。满足了实际生产要求[sup][7][/sup]。[align=center][img=,500,215]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/5065f57d-1e40-4f80-ad06-2e02aa5bb1c5.jpg[/img][/align][align=center]图8 大米直链淀粉二次建模([url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]NIR[/color][/url]+VIS)结果[/align]静冈制机即将在2024年1月中旬推出最新小型食味计TMX-1(图9),其技术特点是能计算出样本的最佳测量时间,能经常进行低噪声测量。因为得到了最佳光谱,所以信号噪声降低了,可以计算出更准确的测量值(图10)。从硬件和软件两方面好好地修正测量环境温度和样品温度引起的测量误差(图11)。测量值的校正可以通过基准样本自动进行。由于可以自动进行繁琐的偏差计算和调整,所以便于精度管理。也能降低多台导入时的机差[sup][8][/sup]。[align=center][img=,500,334]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/e80a983b-05a9-4906-82d2-a3b4da44e1b5.jpg[/img][/align][align=center]图9 最新小型食味分析計[font=等线]「[/font]TMX-1[font=宋体]」[/font][/align][align=center][img=,500,201]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/85d40893-725d-4c84-a0e2-85eaa87dc330.jpg[/img][/align][align=center]图10 新旧机型光谱示意图[/align][align=center][img=,500,186]https://img1.17img.cn/17img/images/202401/uepic/717b2c13-58e4-4778-8d52-8d4d7f7d7907.jpg[/img][/align][align=center]图11 新旧机型温度的影响示意图[/align]综观近红外仪器发展史,不论是通用仪器还是专用仪器,还没有一款仪器像食味计一样不断更新换代,足以证明食味计在大米加工应用的重要性和紧迫性。参考文献[1]佐竹专利:米の食味測定方法及び装置JPA 1987291546[2]保坂幸男:ポストハーべースト最新技術事情,農業機械学会誌第51巻 第2号[3]河野澄夫:近赤外分光分析法による非破壊品質評価,化学と生物 Vol.28, No.6,1990[4]川村周三,竹倉憲弘,伊藤和彦:近赤外透過型分析計による米の成分測定の精度とその改善,農業機械学会誌64(1): 120~126, 2002[5]夏賀元康[font=宋体]?[/font]渡部美里[font=宋体]?[/font]川端 匠[font=宋体]?[/font]片平光彦:携帯型分析計による米の品質測定のための基礎研究,農業機械学会誌 75(6):393[font=&]~[/font]402,2013[6]三上隆司,柏村崇,土屋義信,西尾尚道:可視光および近赤外光 による米飯の官能値評価,日本食品科学工学会誌 第47巻 第10号2000年10月[7]川村周三(2018),第 34 回近赤外フォーラム(札幌市),近赤外分光と可視光を利用した米の自動品質検査システムの開発[8]静冈制机公司网页,https://www.shizuoka-seiki.co.jp/[来源:仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]

  • 近红外与中红外光谱分析的区别

    近红外光(NIR)是介于可见区和中红外区间的电磁波,不同文献中对其波长范围的划分不尽相同,美国试验和材料协会(ASTM)规定为700 nm至2500 nm。 根据红外辐射在地球大气层中的传输特性,通常分为近红外(0.75μm到3μm)、中红外(3μm到30μm)、远红外(30μm到1000μm)。 那么,在分析原理和方法上,近红外和中红外到底有什么不同呢?

  • 【原创】近红外光谱分析技术的基本原理

    [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]分析技术综合了多种学科,包括光谱学、化学计量学和计算机科学等。本章内容主要包括[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]的产生机理和特点、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]分析中的化学计量学方法。§2.1[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]的产生机理和特点分子在红外光谱内的吸收产生于分子振动或转动的状态变化或分子振动或转动状态在不同的能级间跃迁。能量跃迁包括基频跃迁(对应分子振动状态在相邻振动能级之间的跃迁)、倍频跃迁(对应于分子振动状态在相隔一个或几个振动能级之间的跃迁)和合频跃迁(对应于分子两种振动状态的能级同时发生跃迁)。所有[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]的吸收谱带都是中红外吸收的基频(4000-1600cm-1)的倍频及合频。可以从经典力学与量子力学两种观点来说明分子的基频、倍频与合频的概念。按照经典力学,最简单的分子由两个质量分别为m1和m2的原子组成,可模拟为由弹簧连在一起的两个小球组成的弹簧振子。由虎克定律知道,这种系统的振动属简谐振动,它的振动频率为: (2—1)式中K为力常数,其值决定于组成分子的两个原子间键能量的大小,μ为双原子分子的折合质量。如果组成分子的两个原子的质量分别为m1和m2,则若K以毫达因/nm为单位(1达因=10-9牛),μ取原子量单位,则双原子分子机械振动相应的波数频率为: (2—2)若分子是极性分子,则分子在机械振动的同时产生电磁场的振动,其波数频率 与机械振动的波数频率相同。若用 表示分子电振动波数频率 (2—3)分子的这种振动频率就称为振动的基频,分子也可以按基频的整数倍2σ、3σ……频率发生振动,这种频率称为分子振动的一、二……级倍频。若分子中存在几种频率的振动,则在一定条件下两种频率的振动可以发生耦合,形成频率相当于两种频率之和的所谓合频振动。 当力常数以及原子的质量为某一给定数值时,根据式(2—1)计算得到的振动光谱理应是一根狭窄的谱线,而实际上却是具有一定宽度的吸收带,此外在接近振动频率的整数倍处,或在两个振动频率之和的波数处,都可以找到强度虽然很弱但却是肯定存在的所谓倍频、合频等吸收带,这些现象都难以用经典力学为基础所推导出的振动方程式来解释的。由量子力学可得谐振子的能级公式为: (2—4)式中振子量子数V=0,1,2,3,……。Ev为V能量级的能量值。谐振子在不同能级间跃迁的选择定为⊿V=±1,即跃迁只能在相邻能级间发生。每次跃迁吸收光子的能量E等于 。按Poltzmann方程可算得在室温下分子绝大部分处于振动基态(V=0)。由振动基态到振动第一激发态(V=1)之间的跃迁称为基频跃迁。实际的分子振动并不完全符合简谐振动,由分子化学键的位能曲线得知分子属非线性谐振子,其能级公式近似表达为: (2—5)即相邻的V和V-1能级间的能量差 (2—6)式中X为非谐性常数,X常为很小的正数,其值约为0.01。根据式(2—5),从能量角度看,O-H, N-H, S-H和C-H等键的倍频强度会比基频小10到1000倍。非线性谐振子跃迁的选择定则是:⊿E=±1,±2……,即除了基频跃迁外,也可能发生从基态到第二或更高激发态(V=2、3……)之间的跃迁,这种跃迁称为二级倍频或多极倍频跃迁,所产生的吸收谱带二级倍频或多级倍频吸收,总称为倍频吸收。表2-1和表2-2分别给出了C-H、N-H和O-H键的基频、倍频、合频吸收带的中心近似位置和吸收带范围。表2-2中R代表任意官能团,Ar代表芳香族原子团。而它们在近红外谱区的分布见图2-1。表2-1 C-H N-H O-H的基频、合频、倍频吸收带的中心近似位置 基团 cm-1 nm C-H N-H O-H C-H N-H O-H 基频 伸缩振动 弯曲振动 3000 3400 3650 3300 2940 2740 1450 1600 1350 6900 6250 7700 合频 4347 4545 5000 2300 2200 2000 一级倍频 5700 6600 7000 1750 1515 1430 二级倍频 8700 10000 10500 1150 1000 950 图2-1 C-H N-H O-H的基频、倍频吸收谱带在近红外谱区的位置 表2-2 C-H N-H O-H的基频、倍频吸收谱带 基团 振动方式 波长(nm) 基频 一级倍频 二级倍频 CH3 不对称伸缩振动对称伸缩振动 3385~33653494~3470 1728~17171783~1770 1164~11561200~1192 CH2 不对称伸缩振动对称伸缩振动 3425~34133511~3499 1750~17381795~1782 1178~11701209~1200 =CH=CH2 伸缩振动 3322~3231 1695~1687 1142~1130 ≡CH苯环—H 伸缩振动伸缩振动 30773279 15391684 10371134 R—NH2 不对称伸缩~ 对称伸缩~ 2920 2985 1505 1530 1014 1030 R—NH 伸缩振动~ 2941 1531 1030 Ar —NH2 1545~1509 986~1011 CONH2 不对称伸缩~对称伸缩~ 28412941 14491496 9761007 H2O 不对称伸缩对称伸缩 2735 14401368 960 ROH 2770~2740 1420~1398

  • 求助:近红外能否做气体分析

    大家都知道近红外能够检测液体、固体、粉末等等状态的样品,那么近红外能否做气体检测分析呢?采用何种方式采集光谱数据呢?还有就是检测的原理是什么呢?

  • 使用近红外光谱分析技术需要具备哪些条件?

    [font=宋体][font=宋体]一是要了解[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]分析的基本原理;二是要能熟练使用[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]器,了解近红外仪器的结构和工作原理,了解影响光谱采集的各类因素,了解水分、温度及氢键等对光谱的影响;三是要了解常用化学计量学方法的基本原理,熟悉并熟练使用一种或几种化学计量学分析软件,会在[/font][font=Times New Roman]MATLAB[/font][font=宋体]软件里使用较新的化学计量学算法工具包。最后,对检测对象领域的背景知识要有全面的了解,包括检测对象的物理、化学性质等。[/font][/font]

  • 【讨论】近红外光谱仪光纤探头的测试距离

    很多近红外光谱仪都配置了光纤,但光纤和测试对象的距离、角度没有很好规范,测试的原理不清楚。在采集近红外漫反射光谱时,因光纤较细,光有效入射角较小,是不是光纤探头离测试对象距离较近才行呢?

  • 2013年5月16日网络会议:近红外光谱分析技术的原理及其在烟草行业的应用

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191656_647322_2507958_3.gif近红外光谱分析技术的原理及其在烟草行业的应用主讲人:周学秋 从事近红外光谱分析工作的研究活动时间:2013年5月16日 下午 14:30 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191656_647322_2507958_3.gif1、报名条件:只要您是仪器网注册用户均可报名参加。2、参加及审核人数限制:限制报名人数为120人,审核人数100人。3、报名截止时间:2013年5月16日下午14:304、报名参会:http://simg.instrument.com.cn/meeting/images/20100414/baoming.jpg5、参与互动:本次讲座采取网络讲堂直播模式,欢迎大家积极发言提问。 *参会期间您还可以将有疑问的数据通过上传的形式给老师予以展示,并寻求解答* 每次会议从提问的用户中随机抽取出一名幸运之星,奖励一个价值150元的耳机。6、环境配置:只要您有电脑、外加一个耳麦就能参加。建议使用IE浏览器进入会场。7、提问时间:现在就可以在此帖提问啦,截至2013年5月15日8、会议进入:2013年5月16日14:00点就可以进入会议室9、开课时间:2013年5月16日14:3010、特别说明:报名并通过审核将会收到1 封电子邮件通知函(您已注册培训课程),请注意查收,并按提示进入会议室!为了使您的报名申请顺利通过,请填写完整而正确的信息哦~http://simg.instrument.com.cn/webinar/20110223/images/zb_11.gif注意:由于参会名额有限,如您通过审核,请您珍惜宝贵的学习交流机会,按时参加会议。如您临时有事无法参会,请您进入报名页面请假。无故不参会将会影响您下一次的参会报名。快来参加吧:我要报名》》》快来提问吧:我要提问》》》

  • 【求助】近红外仪功能扩展

    公司所用近红外仪为谷物检测的,主要测含油、蛋白、水分等,不过还可以扩展做其他项目,但需大量的化学数据。从相关期刊了解,还可以测煤的指标。从原理上来说,是可以实现,但不知同样一台FOSS 3770仪器能否实现?还请各位高手赐教!谢谢!

  • 【原创大赛】【我与近红外的故事】六年近红外之路------从一台近红外到多台近红外的成长

    说明:本文参与原创大赛仅为加强传播交流,让更多人发现近红外的魅力,不参与任何奖项评选!六年近红外之路------从一台近红外到多台近红外的成长四川特驱投资有限集团 陈平近红外在饲料行业的应用,应该说在国外已经有很长的历史了,所以外资企业的近红外应用较早,并且是以规模化的应用模式快速复制和扩张。而国内饲料近红外的大规模应用,大部分是最近十年间的事情。我很有幸当年毕业后正好碰见这个时期,把自己的职业生涯和集团近红外应用和推广联系在了一起,作为近红外项目负责人组建了目前的近红外定标项目中心,经历见证了近红外在我们集团的应用发展过程。我于2010年毕业于四川农业大学动物营养研究所动物营养专业,作为学校的优势专业,不缺工作岗位,同学们除了继续深造,大部分选择配方师或饲料研发岗位从事技术工作,唯独我是例外。当时对实验室情有独钟,第一个工作项目是用ELISA方法进行霉菌毒素检测分析,并且在集团开展培训推广该技术。因为读书期间有一年半细胞生物学实验的基础,这个检测简直是小菜一碟,工作之余可以兼职看看近红外。这台近红外比我早一年到实验室,此时已经有常规的成品和大宗原料模型,用于和总部最近的全价料工厂的检验。用肖雪博士的“要不试试近红外?”的想法,联系到自己的日常检测工作,我立马就想用它建立一个玉米的黄曲霉毒素和呕吐毒素的预测模型!虽然对近红外操作都还是一头雾水,可是说干就干,看着软件说明书,请教了一下同事操作方法,还查阅到了相关的所有文献,只有老外发表过类似的文章,有可行性,这在国内检测都还是空白呢!要是建成了可以节约多少检测成本呢,感觉读书时候的钻研劲儿又上来了,把波长间隔设到4cm-1,样品取3次平均,还想把颗粒和粉碎模型一起做,检测,粉碎,扫描,100多个样品,天天从早干到晚,然后数据分析,光谱处理,波段选择,参照老外,也自己用软件优化,结果------不了了之。现在看来,有些笑话,也感叹那时候真的很年轻。近红外说起来很简单,因为有商业配套软件,简单到我们可以把计算过程当成是黑匣子,目标就是建立一个模型,R2要接近1,RMSECV要最小。中间却缺少了很多环节,对数据的综合解读能力也基本处于外行状态。殊不知,近红外技术是一门多学科技术,涉及到到知识面太广了,光谱学,化学计量学,统计学,还有所要检测项目相关的行业知识。我喜欢把近红外工作比喻为下棋,因为一招错可能会导致全盘皆输,一旦一个环节错了,最终出来的数据都可能会不尽人意。很多人对近红外都能说出十之八九,可是往往那不足的一二就成了水桶原理的短板,所以即使很多人都可以给我们的工作提供专业的建议,没关系,一一接受,但是去伪存真,扩充知识面,在建模之初做好打算比后期补救的意义会大很多。半年过去,检测工作没再继续,之前从事近红外管理的同事辞职了,我开始接手专职近红外工作。我也开始脚踏实地地把应用重心转到常量分析上,对提高模型的稳健性做了大量优化工作,在此过程中对软件操作维护已经非常熟悉了。鉴于第一台近红外在公司的“良好”应用(至少替代了很多手工分析,节约了大量的人力物力),技术总监决定在集团大规模推广近红外了。当我产假休完已经2011年底,新来的5台近红外很快摆在了我面前,等待验收调试。报警,斜率,截距,样品,数据,这些词天天在我的头脑里打转,下班都挥之不去。因为我们选择的其中一款仪器在全球都大概算是首发了,应用经验都有些缺乏,可能还有些信心太足。我们就当是第一个吃螃蟹的公司,调试了近两个月,还是没有达到我们先前使用的单台近红外的预期结果,但是抵不住分公司的压力,还是把仪器下发到各个分公司,反馈回来的情况是------其中一个品管经理给我们总监投诉花几十万买回来一个废物。那一刻真的很崩溃。如果说前期单台近红外自己还能简单地玩一玩,现在是真心HOLD不住了。庆幸的是领导并没有批评我,还组建了四人的近红外项目组团队协助我进行湿化学分析,这是对我工作最大的鼓励和支持。厂家技术团队尽可能给予了我技术支持。虽然顶着压力,当时还是想,我就不信近红外做不出来,颇有“不撞南墙不回头”的气势。也正是因为碰到的问题太多,促进我去学习更多的知识和进行更多的反复论证,这些问题就像是滋养我快速成长的雨露一样,带动了我很多的思考。大概过了半年时间,一直以来的坚守终于有了回报,雨过天晴,问题逐渐解决一些了,网络化应用的优点也逐渐显现出来,为我节约了大量的时间和精力。现在管理的二十多台近红外,除了安装的时候亲自下分公司验收培训,再也没有太多的机会能下分公司了。现在的近红外已经成为我们分公司缺一不可的工具。去年,褚小立博士把我们近红外工作者们都拉入微信群,让我第一次有机会见识到了如此多的不同的专业背景专家,并且参加第六届近红外光谱学年会见到了真人,听着他们的故事,执着和坚守是大家共同的特点,作为一个近红外迷,不是近红外专业出身,但是能够成为其中一分子被接纳,竟然毫无违和感,我很感谢这个群体对一个非学术界晚辈后生的包容。回顾这六年来的近红外工作,感慨万千,我也一直在探索论证中成长,真正无怨无悔。

  • 【原创大赛】【我与近红外的故事】近红外应用与推广,我一直在路上……

    说明:本文参与原创大赛仅为加强传播交流,让更多人发现近红外的魅力,不参与任何奖项评选!近红外应用与推广,我一直在路上……FOSS公司 罗海峰2004年,我从中国科学院博士毕业后,来到了FOSS公司,由于自己以前的专业是生物相关专业,所以当时的我对近红外绝对是个十足的菜鸟,一切都需要从零开始学起,于是,我花了1个多月的时间阅读了有关光谱学和近红外的相关书籍和文献,同时熟悉了公司产品的特点和软件使用方法,当时自己感觉,原来近红外就这么回事,没有想象的那么复杂呀?现在想起来, 当时的自己真是初生牛犊不怕虎,没有真正体会到近红外的内涵和真谛. 就这样,我怀着一种自信满满的心情,踏上人生第一次的近红外服务的路程, 当时公司安排我去山东去做近红外分析仪的安装工作,记得那是一个油脂企业客户,在安装现场,我尽力把自己现学的对近红外的理解灌输给客户,整个培训花了我3天时间,从近红外的原理和机器的特点,定标软件的应用,我讲得力求面面俱到. 培训结束后,自我感觉特别良好, 感觉自己工作非常完美,客户肯定十分满意. 但最后的一个细节让我终生难忘, 培训结束时,客户问我有关实验室的手工测定误差和近红外设备的关系时,我完全没有思路,当时真是尴尬不已.现在想起来,其实对于近红外技术的推广和应用来说,不能单了解近红外本身,还可能更需要了解围绕近红外技术的方方面面,比如不同行业对近红外有不同的要求, 不同行业样品化学分析方法的区别, 这些参比方法本身的误差水平直接决定着后期客户使用近红外的实际效果.要让客户真正使用好近红外设备,作为近红外的应用人员,有理由和客户一起,从不同的方面对近红外技术进行探讨,只有大家通力协作,才能让近红外设备发挥它的功效. 所以,在随后的工作中,我一直秉承一个理念,近红外不单是仪器本身,作为仪器生产厂商,我们不仅需要提供给客户稳定可靠的仪器,还需要提供可以供用户使用的数据库模型,同时,我们还有一种责任和义务,告诉客户实验室自己的手工分析在近红外分析中如何重要,并且帮助他们在实验室手工分析方面加以提高,作为厂商,我们需要搭建一个平台,一个可以让不同化验室之间进行交流的平台,交流不止是近红外设备本身,更重要的是不同实验室之间在手工分析上的相互切磋与提高. 10多年来,在近红外的服务过程中,我一直在这一理念的指导下,服务和支持了饲料,油脂,乳制品以及白酒等行业的上百家客户, 在与他们长期的接触中,我从这些企业近红外使用者身上学到了许多新的东西,了解了客户对于近红外应用的实际需求, 比如集团企业在使用近红外过程中,如何作到运营简单,管理高效,是我的客户提供了把近红外网络化管理的思路,于是, FOSS推出了RINA和Mosaic的网络化管理软件,事实证明,这种网络化管理思路目前在近红外的使用和推广方面起了很大的推动作用,让集团企业的近红外管理上了一个新台阶,得到了许多客户的认可. 近几年来,我多次参加全国近红外光谱学术会议,结识了许多近红外领域的专家,学者和同行,从和他们的交流中,我汲取了许多新鲜的思路. 比如新的建模算法, 新的应用附件,新的数据处理模式等等. 自己觉得,随着这些新思路,新方法的不断推陈出新, 近红外技术的应用前景非常广泛,我愿意和各位近红外人士一起, 为大家共同的近红外事业增砖添瓦.目前,在FOSS,借助于在近红外应用上的一点点经验,我和我的团队一直在寻找近红外应用推广的新领域, 由于近红外是一种应用技术,需要现成的数据库支持, 客户才有投资近红外的动力,这就使得新领域近红外的应用推广变得相当艰辛.于是,自己脑海里闪出一个新念头,拿出当年攻读博士学位的劲头,再花几年时间,在近红外新领域应用上做大量的样本积累工作,力求以后在新的领域把近红外技术推广到目前成熟领域的高度. 在近红外新领域应用上,自己要走的路还很长, 近红外虽不是我的专业,但已经成为我的职业,我必将全部精力致力于在实际应用中推广近红外技术,为近红外技术的广阔前景贡献自己的力量.

  • 关于近红外的应用及厂家比较

    各位好!很偶然看到这个论坛,很高兴,也很惊讶。高兴的是有这么多人在关注近红外,惊讶得是大部分的帖子都说的不够全面。一、什么是近红外?近红外分析仪是利用近红外技术对未知物进行定量、定性分析的光谱仪器。近红外技术的工作原理是:每一个有机分子在[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url]区(电磁波谱上在750nm ~ 2500nm之间的不可见光),都有其特有的吸收光谱,象每个人都有各自的指纹。光源发出的近红外光照在样品后,反射到检测器,从而获得待测成分的吸收光谱。利用电脑软件上已经开发的定标模型对光谱进行运算,就可得到样品中对应成分的含量。二、近红外仪的发展历史1800:人类发现第一次发现并记录了[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱[/color][/url](Herschel)1950-1960:近红外技术作为定量分析手段的可行性研究开始 (Kaye) 1960s:美国农业部(USDA)以Norris为首的专家小组开始利用近红外 技术进行农产品成分测试1971:第一代[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]进入市场 - 滤光片漫反射型 ,FOSS- NIRSYSTEM公司的前身:美国太平洋分析仪器公司(Pacific Instrument)开始与加拿大谷物局CGC合作进行小麦品质分析1977-1978:第二代近红外仪问世 - 带微处理器或计算机 1982-1983:第三代近红外仪问世-光栅型近红外光度计1990 :FOSS公司研制成功了最新一代近红外分析技术——透射光谱型1994:ANN人工神经网络定标技术被引入1996之后,傅立叶中红外技术取得发展。三、近红外的应用目前主要应用领域:粮食、种子育种、牛奶、奶粉、饲料、肉制品、粮油、制药、化工、烟草等。四、近红外的特点硬件是很重要的一部分,软件发挥的作用越来越大。检测方式包括漫反射、透射两种。傅立叶是中红外范畴,不是近红外。五、制造厂商Bukuer:中红外,主要优势在于烟草、制药,农业领域有较少的用户,因为没有现成的定标模型。FOSS:近红外,主要应用在于粮食、育种、饲料、肉类、粮油、乳品,有现成的定标模型。其他厂家不太了解,据我了解得情况,他们在中国的用户不多。再说一点,近红外的模型是最关键的,其次就是服务人员的技术水平。甚至有厂家向客户灌输说,模型建立是很简单的,其实是需要花费大量人力物力财力时间的。有模型,你还要看他是拿什么样的样品来建立的模型,样品是否有代表性等等。接了个电话,快1点了,就写这么多。有兴趣的可以跟帖。谢谢!还有就是ANN人工神经网络定标,别信什么可下载的鬼话,我做近红外这么多年,我们总公司都还没有对中国公司开放这项技术,上哪儿去下载?

  • 【原创大赛】【我与近红外的故事】埋头近红外技术25年

    说明:本文参与原创大赛仅为加强传播交流,让更多人发现近红外的魅力,不参与任何奖项评选!埋头近红外技术25年天津大学徐可欣近红外光谱分会汇集了众多来自不同学科,具有不同应用诉求的会员,对近红外技术有着各自的理解和期待。大家就一些共同关注的问题从不同角度进行交流是很好的事情。搞理论研究的一些朋友认为它是应用技术,原创少、难写出高水平论文、不适合大学做。一些搞技术的朋友则认为近红外技术的成功应用并不容易,有硬件问题、不受重视导致的缺乏资源、行业壁垒等。对这些问题我也有一些思考。 科学是发现,要认识世界,技术是发明,要改造世界。我认为近红外技术是多学科融合的领域,以物理学为基础,略偏于技术开发。而我们的近红外光谱分会应自成一学派,和而不同,有独创也要有包容。特别是在近红外技术应用领域,需要不同学科的协同合作。但是作为科技工作者首先要自己有一定的学识基础,概念清楚。近红外技术的内涵是什么?它的理论基础与应用开发的难点在哪里?这些话题应该是我们聚首讨论的重点。我非常支持学会发起的这次回顾和交流活动,愿将我个人的片面体会与大家分享。 一、我的近红外经历 我搞近红外不是科班出身,与近红外一脉相承的学科,理科有分子物理、工科有分析仪器,很多专家从博士课题就开始研究、接触近红外的问题了。我的硕士、博士研究方向属于几何量计量专业,1988年8月从天津大学精密仪器工程系博士毕业,课题是用光学方法测量热轧生产线上的棒钢直径,内容包括圆柱体周围高温温度场的干涉测量,光线在该温度场中传播路径的研究等,用的是可见光。毕业后除了1990年开始在日本搞了一年半温度控制的工作,近几年又做了些药械结合的发光免疫测量工作以外,其余25年间的主要工作是围绕近红外光谱测量方法及仪器展开的。从1992年4月起,我在日本开始了应用近红外光进行人体血糖浓度测量的研究工作。当初选择近红外作为手段,一是它有明显的不可或缺的优势,二是当时我们的研究合作伙伴持有近红外无创血糖测量方法的原始专利。当初感觉到光谱测量比起工件的几何量测量要复杂得多,要考虑到被测对象本身,测量人体性状的实时指标靠近前沿。但光谱信息有分子振动的理论支持,近红外光谱测量及化学计量学的方法都便于数学描述。我对于物理依据坚实且数学上可描述的工作有兴趣,同时感到开创性的研发正是我们搞测量及仪器的人施展的时候。也许我们那个年代读大学的人不太计较功利,更看重专业理想与使命感,就这么干下来,至今还持续着这方面的努力,属于屡败屡战吧。当时日本的科研条件很好,比起国内来不可同日而语。我一头扎进项目 8年没动地儿、有些乐此不疲地沉浸在近红外技术研发的世界中。我的课题组先后购置了PerkinElmar公司傅立叶变换原理的高性能研究型中近红外光谱仪(我认为目前也是科研级最好的),Brimrose公司的声光可调谐滤波器(AOTF)原理的近红外光谱仪(销售到日本的第一台)、BRAN-UEBBE的光栅型可见-近红外光谱仪(配有全自动进样设备)等。通过对各种分光原理的仪器的性能评价、适合各种测量方式(透射、扩散反射、ATR、积分球、光纤等)的系统构筑,对于光谱测量系统及其适应于各种测量需求的硬件准备上积累了多方面的经验。我在近红外领域从糖的单一成分水溶液到多成分混合样品在不同温度、浓度、光程下的基础光谱特性的研究,从脂肪乳、牛奶等模拟样品到血液样品,从动物到人体的光谱实际测量的一系列的实验研究,对于利用近红外光谱进行浓度测量、特别是测量在日常生活状态下的人体时,探索到了测量条件对于测量结果的影响和单一光谱技术的能力极限。从1996年开始,为了达到更高的光谱测量精度,我们开始自行开发出高精度AOTF光谱测量系统,达到了可以满足人体微量成分测量分辨率的水平。2000年我回到天津大学,至今的主要工作还是持续上述科研内容。由于我对于傅立叶分光方式相当肯定,也觉得一款精度高成本合理的傅立叶光谱仪具有广大的市场,而国内也具备开发这款仪器的条件了,两年前又启动了这个仪器的开发工作。这些年我从仪器用户到仪器产品开发、测量方法研发到高校的科研教学等几个不同角度实践了近红外技术的种种过程,体会了近红外技术的甜酸苦辣。在本领域搞研发这么长时间是因为至今在我要完成的任务中近红外光仍是不可或缺的手段。我2000年回国后才接触到国内近红外科技圈的许多前辈,比如较早接触到了周学秋博士,后来在展览会见到了德高望重的陆婉珍院士和严衍录教授并得到了他们的鼓励,参与学会工作结识了袁洪福、梁逸曾等教授,还有一心扑在学会工作上的刘慧颖老师和现在为我们群主的年轻的褚小立博士等,他们的专家意识和一心为公的工作热情让我非常敬佩。近红外这一不可见的光线将学会和近红外群中的几百名成员连在了一起,说明了这一领域研发的广阔前景与日臻成熟的研发条件和经验得到了越来越广泛的认同。二、一些体会体会1:近红外光谱是关键技术,但也仅是必要条件之一。 近红外技术的开发优越性在哪里?大家知道光的最主要作用之一是作为信息的载体,首先近红外光携带了物质分子振动的信息,但最关键的是它能进入被测物质的内部并将信息携带出来,而其他波段的光或者因信息不足(如分子振动在可见),或者因被测物中多种物质(如水)的存在使得光无法进入其内部(如中红外光子没走几步就都被吸收了)。近红外光能进入样品内部并能携带够用的信息出来,在这一点是独具魅力的,这使得实现样品内部多成分浓度等信息的无损及快速检测成为可能。 为什么说近红外只是实现物质测量的有效手段之一,掌握它还不能满足实现目标的充分条件呢?我认为完成光谱应用至少还有以下几个必要条件:第一个是测量条件。光谱测量物质的浓度为间接测量的方法,需将测得的光谱值依照物理法则通过公式计算得到浓度,但物理法则的成立都是有条件的,如温度、光程、表面反射状态等。测量条件变化了公式成立的前提就得不到满足,它的保证往往不比近红外光谱测量本身容易。第二个是相关基础知识的把握。合理的光谱测量方法的设计和测量条件的保证往往建立在是否全面把握被测样品本身的物理性质,光与物质相互作用的实际行为之上。即包括吸收、散射、折射率变化等的规律。从简单的样品沉淀、分布不均、需均质等措施,到散射样品中光路的分布、散射的影响、及合理的测量光路的选择,往往需要振动光谱以外的综合知识与手段,也会涉及到深入的基础研究。第三是要具有充足可靠的建模用样品。光谱测量需要建立模型,通用可靠的模型往往需要大量有代表性、浓度经更高精度方法标定了的样品,这样的样品积累成本高,行业专门检测机构以外的人不易拿到。体会2:近红外核心技术需要学问,其应用更具创新空间 我认为近红外自身的核心技术有三项。第一是可对近红外光谱的归属及性质进行解释的分子振动理论,第二是以化学计量学为基础的建模方法,第三是近红外光谱仪器。各领域的应用研究都是以此为基础展开的。即便分子振动理论比较成熟,但被测物质种类繁多,其振动光谱特性如何?除了基本振动外、近红外光谱常常观测的其倍频及合频振动如何?谱线被展宽、随温度等条件变化、其他共存物质间的影响等研究还有空间。光谱仪朝着小微型的方向发展更需要基础研究的支撑,即便成熟的傅立叶变换的光谱获得方式,其扫描干涉方法也不断创新。举一个例子,1996年我们在评价声光可调谐滤波器(AOTF)分光特性时发现+1级和-1级具有正交偏振的衍射光波长并不相同,其偏差随波长变化。经理论分析我们发现只有在入射光与晶体光轴成56度角时可使两者一致,进而提出了AOTF的等值点设计理论,很快就在创刊不久的OE杂志上发表了两篇文章。虽然我们并不知道在宽广的波段中能抽出两个波长相同但正交的光今后有什么实际需求,但这一情节说明做仪器时也能发现新知识。 应用中更需要创新。我们在用近红外光做人体血糖浓度测量研究时,希望在人体上找到没有糖浓度变化的部位来实现参考测量,当然不存在这样的部位。但是我们通过研究光在散射介质中的传播特性时先是发现了相距光源一特定出射距离的光不随被测部位介质中糖浓度变化的现象,进而认为这是由于吸收和散射的综合作用的结果,也就自然地提出了利用其作为参考测量的浮动基准的概念。组内其他老师又发现了存在不受样品散射系数变化的散射不敏感点,这有可能在散射样品上实现满足Lambert-Beer法则的测量,有可能使得透射测量的模型容易向散射样品测量中转换。这些测量方法的创新都是从应用近红外解决实际问题中挖掘出来的。近红外技术开发不但大有可为,也可以收获新发现。 三、入门近红外需要留意的留意点1:首先要搞清光谱变化的物理原因 被测物质中的目标信息通过近红外技术是否足以被检测出来?有时光谱虽然随着被测物质的不同会有变化,但这个光谱上的变化并不一定是你感兴趣的物质成分的变化所引起的,也有可能来自其他成分或温度等测量条件的变化。有的痕量物质对近红外光线虽有吸收但引起的变化因光谱仪测量能力不够不足以被检测出,有的物质在这个领域就没有吸收,即便光谱表观随着不同的样品有了变化那也是一种伪相关,要特别注意。留意点2:尽量尝试用定量的方法研究问题 最简单地,根据被测物质的吸收强弱和光谱仪的能力,可以估算出有可能实现的测量精度,反之根据目标可以提出对于仪器能力的要求。为了实现测量精度,往往需要根据掌握

  • 【讨论】近红外设备可以作为酒后驾车的检测么

    [url]http://xinmin.news365.com.cn/xz/200908/t20090828_2446359.htm[/url]最近看论坛一篇关于近红外是否能检测气体的帖子,很受启发,搜索后发现有很多检测酒后呼吸和血液酒精含量的设备。这些设备的原理是什么呢,有没可能近红外设备作为一种酒精探测设备。记得近红外可能通过皮肤间接测定血液中葡萄糖的含量。看有无科学家开发出这类设备,商机无限呢。

  • 急需知道---近红外光谱仪器

    [em17] 本人急需了解[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]的组成,及和组成的应用原理等,总之是想系统的学习[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/1p][color=#3333ff]近红外光谱仪[/color][/url]的知识,看了写文章,总觉得不断的有问题出来,那为大哥大姐有这方面的电子书籍,请赐教,我的邮箱:llxx81@163.com先谢谢各位!!我急、急、急、 请快、快、快、

  • 【原创大赛】【我与近红外的故事】在学习与应用近红外光谱的路上飞奔

    【原创大赛】【我与近红外的故事】在学习与应用近红外光谱的路上飞奔

    说明:本文参与原创大赛仅为加强传播交流,让更多人发现近红外的魅力,不参与任何奖项评选!在学习与应用近红外光谱的路上飞奔王胜鹏我是河北唐山人,2007年本科毕业于华中农业大学,所学专业为茶学。虽然是北方人,但在学习的过程中,我却对茶学知识表现出了越来越浓厚的兴趣,有了进一步深入学习的念头,并在2007年顺利进入安徽农业大学茶与食品科技学院进一步攻读茶学硕士和博士学位。记得有一天中午,我的导师张正竹教授把我叫了过去,让我先学习一下有关近红外光谱的茶叶文献,我也顺口就答应了下来。虽然答应的很快,但是我的脑子却是蒙的,完全是一片空白啊,当时第一个问题就蹦了出来,“近红外”是什么东东啊!我当时的窘境可以用“举目无亲”来形容,身边完全没有一个了解近红外的师兄或者师姐给于一点儿指导意见!在这样的情况下,我慢慢的开始以陆婉珍院士的《现代近红外光谱分析技术》和严衍禄教授的《近红外光谱分析技术的原理与应用》为蓝本,系统的学习近红外的相关知识,此外,当时导师也购买了一台BRUKER MPA 型傅里叶近红外光谱仪,因此得到了BRUKER公司的周学秋老师和王小天工程师的帮助,开始慢慢地熟悉了仪器的操作,我的近红外光谱事业之路也算是踏出了第一步。在2010年,通过导师的介绍,我结识了比利时新鲁汶天主教大学的阎守和老师,在当年的7月,她来到实验室给予了我一个月的近红外理论应用指导工作,并在当年的10月起,我开始了为期三个月的比利时访问学习工作,并在2011年1月底归国。由于在收购鲜叶时,茶叶收购人员主要应用感官方法判定茶鲜叶的质量,具有非常强的主观性,这种状况极易造成茶农和茶厂间的矛盾。为了较为客观的评价茶鲜叶质量,借助近红外光谱技术所具有的快速、无损和样品无需预处理等优点,在导师张正竹教授的指导下,我开始研究将近红外光谱技术应用于茶鲜叶质量的快速、无损分析方面的研究,开始了我的近红外事业之路的第二步。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/09/201609301115_612975_2648817_3.jpg通过采集大量具有代表性的不同品种、不同产地、不同嫩度的茶鲜叶样品,并测定了这些样品的内含化学成分含量,通过分析实验数据的内部关联关系,最终,我们得出了一个评价鲜叶质量的质量系数(Quality index,QI)关系式,建立的近红外光谱预测模型也具有高稳健性,通过模型转移的方式,我们还研制了一台光栅型近红外光谱仪,用于黄山毛峰的鲜叶质量评价过程之中,这是我的近红外事业的关键一步,这也是我的博士论文主要内容。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/09/201609301117_612976_2648817_3.jpg2012年7月博士毕业后,我应聘到湖北省农业科学院果树茶叶研究所参加工作,主要从事茶叶加工/茶叶品质的近红外光谱快速无损分析方面的研究,并在2014年获批立项我所首个国家青年科学基金项目,这为我今后近红外事业的进一步发展奠定了较好的基础,也为我的工作注入了强大的动力。在今后的路上,我将继续从事我的近红外光谱事业,并立志将近红外技术不断应用于茶行业之中。最后,我要感谢我的近红外事业的引路人和热心人:我的导师张正竹教授,阎守和教授,胡工银工程师,周学秋老师,王小天工程师,熊智新教授,陆婉珍院士,严衍禄教授,褚小立老师等专家以及通过仪器信息网结识的一些好友,如肖雪,周帅,李军会,韩君,王在鑫等。

  • 【求助】拉曼与近红外在应用上又啥差别?

    此次参加了北京的分析仪器展,看到各大商家展出的拉曼光谱仪与近红外光谱仪,他们都说自己是无损检测、快速鉴定、能测混合物、在制药上执法上矿物上都能应用,感觉讲得都差不多。兄弟糊涂了,敢问大神们谁知道,这两种技术在应用上差别到底在哪?(原理大家都知道),谁检测的更快?谁测试的效果更好?应用领域是否是不同的?最好是能分别推荐一款产品。说一下俺是做药的。

  • 【讨论】近红外系列讲座,来自大腕企业的专家请进

    根据论坛板油的提议,本坛即日开始对目前现有的NIR技术进行基础宣传。现在近红外的用户越来越多,出现的各种各样的问题肯定也很多,相信有很多老师及用户希望能有这个平台来交流,大多数厂家也愿意参与。现在邀请有关技术人员和一些有经验的老师,分期介绍近红外的知识。第一期介绍NIR的基本原理,可否请布鲁克讲讲FTNIR,FOSS讲DDS-NIR和XDS-NIR,PERTEN讲DA-NIR,还有BRIMROSE讲AOTF,国产品牌也可以来参与。这些仪器的原理;感觉现有的NIR资料太少,太旧,无法了解到最新的仪器特点。然后再安排定标技术讲座;各家的定标技术和软件也都有不同的特点;再结合实际做应用的讲座。[color=#DC143C][size=4]希望相关厂家能前来从技术角度交流,不得变相攻击和广告宣传,谢谢合作[/size][/color]。

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