紅外光譜技術(shù)

1、紅外光譜技術(shù)學(xué)號(hào)： 1211050126姓名： 徐健榕班級(jí)： 12110501摘 要紅外光譜作為一門(mén)先進(jìn)的技術(shù)，已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，。本文主要了解紅外光譜分析的歷史發(fā)展、現(xiàn)狀分析、研究應(yīng)用及其應(yīng)用成果。關(guān)鍵詞：紅外光譜 歷史 應(yīng)用 成果一、紅外光譜的歷史發(fā)展真正意義上對(duì)光譜的研究是從英國(guó)科學(xué)家牛頓(Newton) 開(kāi)始的.1666 年牛頓證明一束白光可分為一系列不同顏色的可見(jiàn)光, 而這一系列的光投影到一個(gè)屏幕上出現(xiàn)了一條從紫色到紅色的光帶.牛頓導(dǎo)入"光譜" (spectrum)一詞來(lái)描述這一現(xiàn)象.牛頓的研究是光譜科學(xué)開(kāi)端的標(biāo)志. 從牛頓之后人類(lèi)對(duì)光的認(rèn)識(shí)逐漸從可

2、見(jiàn)光區(qū)擴(kuò)展到紅外和紫外區(qū).紅外輻射是18世紀(jì)末，19世紀(jì)初才被發(fā)現(xiàn)的。1800年英國(guó)物理學(xué)家赫謝爾（Herschel）用棱鏡使太陽(yáng)光色散，研究各部分光的熱效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在紅色光的外側(cè)具有最大的熱效應(yīng)，說(shuō)明紅色光的外側(cè)還有輻射存在，當(dāng)時(shí)把它稱(chēng)為“紅外線”或“熱線”。這是紅外光譜的萌芽階段。由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有精密儀器可以檢測(cè)，所以一直沒(méi)能得到發(fā)展。過(guò)了近一個(gè)世紀(jì)，才有了進(jìn)一步研究并引起注意。1892年朱利葉斯（Julius）用巖鹽棱鏡及測(cè)熱輻射計(jì)（電阻溫度計(jì)），測(cè)得了20幾種有機(jī)化合物的紅外光譜，這是一個(gè)具有開(kāi)拓意義的研究工作，立即引起了人們的注意。1905年庫(kù)柏倫茨（Coblentz）測(cè)得了128種有機(jī)和

3、無(wú)機(jī)化合物的紅外光譜，引起了光譜界的極大轟動(dòng)。這是紅外光譜開(kāi)拓及發(fā)展的階段。到了20世紀(jì)30年代，光的二象性、量子力學(xué)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為紅外光譜的理論及技術(shù)的發(fā)展提供了重要的基礎(chǔ)。不少學(xué)者對(duì)大多數(shù)化合物的紅外光譜進(jìn)行理論上研究和歸納、總結(jié)，用振動(dòng)理論進(jìn)行一系列鍵長(zhǎng)、鍵力、能級(jí)的計(jì)算，使紅外光譜理論日臻完善和成熟。盡管當(dāng)時(shí)的檢測(cè)手段還比較簡(jiǎn)單，儀器僅是單光束的，手動(dòng)和非商化的，但紅外光譜作為光譜學(xué)的一個(gè)重要分支已為光譜學(xué)家和物理、化學(xué)家所公認(rèn)。這個(gè)階段是紅外光譜理論及實(shí)踐逐步完善和成熟的階段。 20世紀(jì)中期以后，紅外光譜在理論上更加完善，而其發(fā)展主要表現(xiàn)在儀器及實(shí)驗(yàn)技術(shù)上的發(fā)展：1947年世界

4、上第一臺(tái)雙光束自動(dòng)記錄紅外分光光度計(jì)在美國(guó)投入使用。這是第一代紅外光譜的商品化儀器；20世紀(jì)60年代，采用光柵作的單色器，比起棱鏡單色器有了很大的提高，但它仍是色散型的儀器，分辨率、靈敏度還不夠高，掃描速度慢。這是第二代儀器；20世紀(jì)70年代，干涉型的傅里葉變換紅外光譜儀及計(jì)算機(jī)化色散型的儀器的使用，使儀器性能得到極大的提高。這是第三代儀器；20世紀(jì)70年代后期到80年代，用可調(diào)激光作為紅外光源代替單色器，具有更高的分辨本領(lǐng)、更高靈敏度，也擴(kuò)大應(yīng)用范圍。這是第四代儀器?，F(xiàn)在紅外光譜儀還與其它儀器如GC、HPLC聯(lián)用，更擴(kuò)大了其使用范圍。而用計(jì)算機(jī)存貯及檢索光譜，使分析更為方便、快捷。二、紅外光

5、譜技術(shù)的現(xiàn)狀分析1國(guó)外研究現(xiàn)狀。國(guó)外具有代表性的是：（1）美國(guó)德州儀器公司的Ronald E.Stafford等人9提出使用DMA(Digital Micromirror Array)作為光譜合成元件的成像光譜儀，降低了儀器成本，提高了檢測(cè)速度；但是采用三層結(jié)構(gòu)，加工工藝復(fù)雜，導(dǎo)致成品率低，同時(shí)受到國(guó)外專(zhuān)利保護(hù)及技術(shù)壟斷。（2）美國(guó)Polychromix公司，Honeywell 研究實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院公司聯(lián)合科研組的Stephen Senturia教授等人推出了基于衍射光柵光束原理的可編程式數(shù)字變換光譜儀?？蓽y(cè)波長(zhǎng)范圍從0.9um到2.5um，性能可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)部沒(méi)有可

6、移動(dòng)部件，消除了部件移動(dòng)可能帶來(lái)的誤差。在近紅外光譜監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域是真正意義上從實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)儀器發(fā)展到了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀。目前已經(jīng)成功應(yīng)用到了乳品生產(chǎn)線上進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。但是，其使用三層結(jié)構(gòu)的光柵光閥作為光通道開(kāi)關(guān)，工藝要求高，國(guó)內(nèi)很難加工，價(jià)格昂貴（中國(guó)市場(chǎng)上價(jià)格約20萬(wàn)30萬(wàn)人民幣），同時(shí)受到國(guó)外專(zhuān)利保護(hù)及技術(shù)壟斷。（3）德國(guó)的F.Zimmer等人提出的一種基于MEMS技術(shù)的掃描光柵光譜儀，復(fù)色光入射到可旋轉(zhuǎn)的光柵上，通過(guò)調(diào)制光柵，使不同波長(zhǎng)的衍射光入射到單個(gè)InGaAs探測(cè)器?？蓽y(cè)范圍0.9um2um。但是，該光柵光譜儀中使用了微機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)，同時(shí)所使用的衍射光柵加工復(fù)雜。（4）韓國(guó)美卡希斯有限

7、公司研發(fā)制造的食品專(zhuān)用檢測(cè)設(shè)備，但是價(jià)格昂貴。此外，德國(guó)Hamburg -Harburg大學(xué)、瑞士Neuchatel大學(xué)、美國(guó)斯坦福大學(xué)、芬蘭學(xué)者M(jìn)artti Blomberg等都進(jìn)行了光譜檢測(cè)儀方面研究。2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)具有代表性的是：重慶大學(xué)溫志渝等人開(kāi)發(fā)的基于微鏡的紅外光譜儀器和集成微型近紅外光譜儀，該微型近紅外光譜儀采用MEMS掃描微鏡，使用集成化技術(shù)，儀器體積大大減小，是國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)最早研制出來(lái)的微型近紅外光譜儀。但是由于國(guó)內(nèi)工藝很難有效解決掃描鏡面積（入光能量）和驅(qū)動(dòng)電壓這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的匹配，目前正在進(jìn)行多電極驅(qū)動(dòng)掃描微鏡近紅外光譜儀的研究。另外溫志渝等人也研制了基于線陣探測(cè)器件

8、的微型近紅外光譜儀。但是，由于使用昂貴的InGaAs探測(cè)線陣，儀器成本比較昂貴。中科院長(zhǎng)春光機(jī)所開(kāi)發(fā)出基于固定濾光片的糧食專(zhuān)用型NIR 分析儀。鄭建榮等人研制了濾光片反射式NIR 測(cè)試裝置,對(duì)流化床噴霧制粒生產(chǎn)過(guò)程中顆粒含水量進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。謝曉明提出了一種用于中途油氣層探測(cè)的基于濾光片的NIR實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。上海棱光技術(shù)有限公司研制出了光柵掃描式NIR 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分析儀。國(guó)土資源部現(xiàn)代地球物理開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室研制出了光柵掃描式便攜NIR 礦物分析系統(tǒng)。江紹基研制了光柵掃描式光學(xué)膜厚NIR 監(jiān)控儀。天津大學(xué)基于AO TF 技術(shù)開(kāi)發(fā)出了NIR 乳品成分快速分析儀。畢衛(wèi)紅提出了一種新型的基于AOTF

9、的便攜式NIR 光譜測(cè)量?jī)x。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制出以LED 為光源的便攜式NIR 整粒小麥成分測(cè)量?jī)x和NIR 玉米品質(zhì)分析儀。北京第二光學(xué)儀器廠研制出WQF -400N 型傅立葉變換型NIR 光譜儀和辛烷值測(cè)定儀。此外，浙江大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、石油化工科學(xué)研究院等進(jìn)行了基于光譜分析的食品安全監(jiān)測(cè)研究，并取得了一定的成績(jī)。三、紅外光譜技術(shù)的研究應(yīng)用及其應(yīng)用成果1.數(shù)字變換方法在光譜分析中的應(yīng)用針對(duì)以上國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析，結(jié)合課題組多年來(lái)在光譜技術(shù)和基于MEMS光調(diào)制器技術(shù)方面的研究成果，根據(jù)“國(guó)家國(guó)家自然科學(xué)基金2009年度課題申請(qǐng)指南（信息學(xué)部）”，密切跟蹤目前國(guó)內(nèi)外在近紅外光譜研究領(lǐng)域的趨勢(shì)和進(jìn)展，

10、特別是結(jié)合我國(guó)國(guó)情和我們微系統(tǒng)研究中心的前期探索研究成果和經(jīng)驗(yàn)，旨在研究基于MEMS光柵光調(diào)制器的近紅外光譜監(jiān)測(cè)儀，以商用光盤(pán)為色散元件，以基于MEMS的光柵光調(diào)制器線陣為掃描器件，利用數(shù)字變換方法和單個(gè)近紅外探測(cè)器實(shí)現(xiàn)全光譜的探測(cè)。該方法構(gòu)成一種面向食品安全監(jiān)測(cè)的新型光譜監(jiān)測(cè)儀器，能夠覆蓋可見(jiàn)與近紅外光譜范圍。本思想和方法，以及研究的光柵光調(diào)制器不同于目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道的原理，而是吸取他們的某些先進(jìn)思想，結(jié)合我們多年來(lái)在光調(diào)制器方面的研究成果，是在前期探索研究工作基礎(chǔ)上的繼續(xù)。具體內(nèi)容包括：儀器系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模與仿真；商用光盤(pán)色散和分辨本領(lǐng)；光柵光調(diào)制器線陣及其數(shù)字變換原理；信號(hào)處理等關(guān)鍵技

11、術(shù)；構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等。而數(shù)字變換方法則是把探測(cè)器得到的強(qiáng)度譜圖通過(guò)Hadamard變換轉(zhuǎn)換成I-的關(guān)系圖以此來(lái)和沒(méi)加入樣品池的I-關(guān)系圖作比較近直接得出樣品池的成分。2在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用2.1 木素的定性和結(jié)構(gòu)分析將木素試樣和溴化鉀混合均勻后壓片, 研制成透明的試片, 用紅外分光光度計(jì)得到相應(yīng)紅外光譜圖, 再通過(guò)所得試樣譜圖與前人證實(shí)的特征吸收峰的位置加以對(duì)照比較, 來(lái)確定木素中所含的各種功能基, 從而分析木素的結(jié)構(gòu)3。2.2 木素的定量分析用紅外光譜對(duì)木素作定量分析時(shí), 常以木素的芳環(huán)特征吸收峰(即波數(shù)為1500cm-1 和1600cm-1 處的吸收峰)的強(qiáng)弱為定量的依據(jù)。在測(cè)之前要先作木

12、素含量與相對(duì)吸光度D 的準(zhǔn)曲線。然后, 取待測(cè)紙漿樣品l0mg, 加入亞鐵氰化鉀lmg和KBr(過(guò)200 目粉)300mg,在瑪瑙研體中研磨(約120 次)后, 將其置于真空干燥箱中, 在真空度約76mm Hg柱, 70下烘干8h 以上。經(jīng)烘干的試樣在壓片模中用15t 壓力下壓制成透明薄片, 在紅外分光光度計(jì)上進(jìn)行掃描, 得到紅外光譜圖。根據(jù)紅外光譜圖得出相對(duì)吸光度D(D1505/D2100),再由該值查標(biāo)準(zhǔn)曲線, 求得紙漿中木素的含量3。2.3 研究纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)(結(jié)晶度)對(duì)纖維素大分子的聚集狀態(tài)(即所謂纖維素的超分子結(jié)構(gòu))的研究認(rèn)為, 纖維素是由結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)交錯(cuò)聯(lián)結(jié)而成的。在結(jié)晶區(qū)內(nèi)

13、, 纖維素鏈分子的排列比較整齊, 有規(guī)則; 而在無(wú)定形區(qū),纖維素鏈分子的排列不整齊, 規(guī)則性較差, 結(jié)合較松弛。而且從結(jié)晶區(qū)到無(wú)定形區(qū)是逐步過(guò)渡的, 且無(wú)明的界限。纖維素的結(jié)晶是表征纖維素聚集態(tài)形成結(jié)晶程度的指標(biāo), 它是指纖維素構(gòu)成的結(jié)晶區(qū)占纖維素整體的百分?jǐn)?shù)。纖維素的結(jié)晶度在一定程度上, 反映了纖維的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。因此, 測(cè)定纖維素的結(jié)晶度, 對(duì)于從結(jié)構(gòu)上了解纖維素纖維的性質(zhì)具有指導(dǎo)意義3。2.4 測(cè)定紙漿Kappa 值由于近紅外光譜的聲噪比甚高, 可選用多元統(tǒng)計(jì)技術(shù)來(lái)進(jìn)行多元回歸得出工作曲線, 而使定量測(cè)量精度較高。另外, 物質(zhì)在此波段(0.82.5m)的特征吸收峰的吸收率小, 因而

14、在進(jìn)行測(cè)定時(shí), 近紅外光譜法及其適用于固體、液體、氣體及懸浮液的快速, 非破壞性的定量分析。因此可來(lái)測(cè)定紙漿木素含量, 進(jìn)而測(cè)定紙漿的Kappa值3。2.5 測(cè)定細(xì)纖維的取向角采用MicORoMan 分光儀測(cè)定1094cm-1和1121cm-1 處峰值強(qiáng)度的比率作為角度的函數(shù),從而測(cè)定漂白漿細(xì)纖維取向角4。2.6 測(cè)混合纖維的構(gòu)成利用紅外光譜儀的差減光譜軟件, 對(duì)復(fù)雜混合纖維光譜成功地進(jìn)行光譜差減, 從而更準(zhǔn)確地推測(cè)混合纖維的構(gòu)成5。2.7 探測(cè)熱磨機(jī)械漿的光返黃O-醌和P-醌模型物及Fremy 的熱磨機(jī)械漿鹽類(lèi)氧化物的光譜研究結(jié)果證實(shí), 1675cm-1譜帶是由于P- 醌官能基的作用, 研究

15、發(fā)現(xiàn), 甲基氫醌的變色行為與熱磨機(jī)械漿的回色非常相似。且發(fā)現(xiàn), P- 醌和氫醌模型物對(duì)激光誘導(dǎo)熒光的分子氧敏感性非常接近返黃和未返黃的機(jī)械熱磨漿的返色行為。因此, 可采用傅立葉變換拉曼光譜和傅立葉變換紅外光譜, 在新的譜帶1675cm-1處, 探測(cè)熱磨機(jī)械漿的光返黃作用62.8 測(cè)紙張的勻度通過(guò)光吸收方法測(cè)量紙頁(yè)局部定量, 得到定量在紙頁(yè)平面的一維分布函數(shù), 通過(guò)傅立葉變換得到紙頁(yè)局部定量變化的幾何分布特征和幅度分布特征, 并以此為基礎(chǔ)構(gòu)成表征紙頁(yè)勻度的特征參數(shù)一不均勻指數(shù)來(lái)測(cè)量紙頁(yè)勻度7。采用反射模式利用水在1940cm-1 處的特征吸收測(cè)量紙頁(yè)中的水份。如2235 紅外水份傳感器利用的就是

16、這個(gè)原理。紙板重量的變化在2100-2500nm 的范圍內(nèi)表觀明顯, 在2346mn 處進(jìn)行一元線性回歸, 可測(cè)紙板的重量82.9 檢查紙張結(jié)構(gòu)從而檢測(cè)紙張結(jié)構(gòu)。這種利用紅外溫度記錄儀, 通過(guò)向樣品施加機(jī)械能和熱能, 使其溫度發(fā)生變化,方法有助于鑒定紙張的結(jié)構(gòu)及功能特性9。3在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用 鑒于每個(gè)化合物都有自己獨(dú)特的紅外光譜, 除特殊情況外, 目前尚未發(fā)現(xiàn)兩種不同的化合物具有相同的紅外光譜, 所以紅外光譜為藥品質(zhì)量的監(jiān)測(cè)提供了快速準(zhǔn)確的方法。如藥材天麻、阿膠, 西藥紅霉素、環(huán)磷酰胺的監(jiān)測(cè)和抗肝炎藥聯(lián)笨雙酯同質(zhì)異晶體的研究。紅外光譜在臨床疾病檢測(cè)方面也有廣泛的應(yīng)用, 如利用紅外光譜法對(duì)冠心病

17、、動(dòng)脈硬化、糖尿病、癌癥的檢測(cè)。紅外光譜法測(cè)定蛋白質(zhì)基體中的葡萄糖含量。以及用FT - Raman 光譜在700 1900cm-1處的差異, 對(duì)胃、牙齒、血管、肝等人體組織的研究可用于體內(nèi)診斷。近紅外光譜還用于血液中血紅蛋白、血糖及其他成分的測(cè)定及臨床研究10.11,均取得較好的結(jié)果。 田惠軍等用FTIR 法對(duì)天然牛黃中膽紅素鈣的含量進(jìn)行了定量測(cè)定, 宋占軍等采用FTIR法對(duì)蜂王漿中的王漿酸進(jìn)行了定性及定量測(cè)定,他們都得到滿(mǎn)意的結(jié)果。隨著漫反射測(cè)試技術(shù)的出現(xiàn)，無(wú)損藥物分析在近紅外光譜分析中占有非常重要的位置?，F(xiàn)代近紅外光譜已廣泛用于藥物的生產(chǎn)過(guò)程控制。4在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用紅外光譜成功的用于農(nóng)產(chǎn)品

18、的品質(zhì)分析, 進(jìn)而擴(kuò)展到污染物的測(cè)定13 , 煙草、咖啡的分類(lèi)14、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地來(lái)源鑒別15，還用于檢測(cè)可耕土壤的物理和化學(xué)變化16，光導(dǎo)纖維探頭的出現(xiàn), NIR 技術(shù)可直接用于糧食或水果傳送帶上進(jìn)行產(chǎn)品分撿17。陳和生等人還通過(guò)漫反射方法，將探頭直接安裝在食物的谷物傳送帶上，檢驗(yàn)種子或作物的質(zhì)量，如水分、蛋白含量及小麥硬度的測(cè)定。在農(nóng)產(chǎn)品的良種選育和品質(zhì)分析中發(fā)揮了重要作用, 用NIR 技術(shù)在肥料生產(chǎn)過(guò)程中即時(shí)監(jiān)控氮、磷、鉀組成的變化對(duì)蔬菜中微量的農(nóng)藥殘留的定性和定量分析進(jìn)行了較深入的研究, 還建立了蔬菜中稍酸鹽的NIR快速測(cè)定法18。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域, 近紅外光譜可通過(guò)漫反射方法, 將測(cè)定探頭直接

19、安裝在糧食的谷物傳送帶上, 檢驗(yàn)種子或作物的質(zhì)量, 如水分、蛋白含量及小麥硬度的測(cè)定。還用于作物及飼料中的油脂、氨基酸、糖分、灰粉等含量的測(cè)定以及谷物中污染物的測(cè)定21 ; 近紅外光譜還被用于煙草的分類(lèi)、棉花纖維、飼料中蛋白及纖維素的測(cè)定, 并用于監(jiān)測(cè)可耕土壤中的物理和化學(xué)變化22。5在食品方面的應(yīng)用5.1食品中農(nóng)藥殘留檢測(cè)食品中農(nóng)藥殘留分析離不開(kāi)農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)品, 而標(biāo)準(zhǔn)品研制中一般須經(jīng)紅外光譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。周向陽(yáng)、林純忠24 等人首次采用傅立葉變換近紅外光譜法( FT- NIR) 對(duì)十字花科、旋藥科、菊科、傘形花科、莧科等20余種葉菜類(lèi)中有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的鑒別進(jìn)行了系統(tǒng)研究, 以農(nóng)藥甲胺磷為主要研

20、究對(duì)象, 結(jié)合高、中、低毒3 種有機(jī)磷類(lèi)進(jìn)行分析測(cè)試, 討論各種蔬菜樣品譜圖的差異, 利用含磷基團(tuán)在倍頻區(qū)的特征吸收, 采用差譜技術(shù)等進(jìn)行指認(rèn), 取得滿(mǎn)意的鑒別效果, 為有機(jī)磷農(nóng)藥殘留的快速分析提供一種簡(jiǎn)便、快速、可靠的手段。王多加25 等人運(yùn)用傅里葉變換近紅外光譜儀, 以二階導(dǎo)數(shù)處理光學(xué)數(shù)據(jù), 用偏最小二乘法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析生菜中硝酸鹽的含量。徐琳26等用FT IR技術(shù)對(duì)蔬菜表面殘留的氯氰菊酯進(jìn)行分析, 并研究氯氰菊酯在白菜類(lèi)蔬菜表面的殘留情況。結(jié)果表明, 該法測(cè)定蔬菜表面農(nóng)藥殘留的靈敏度高于透射光譜法,而且快速、簡(jiǎn)便、無(wú)需預(yù)處理。5.2 食品參假鑒定由于食品種類(lèi)繁多、食品成分十分復(fù)雜, 而且可

21、能摻雜到食品中的物質(zhì)也很多, 外觀、組成或理化性質(zhì)又比較接近的緣故, 通常很難用一般的化學(xué)方法鑒別真?zhèn)??？焖勹b別食品的真?zhèn)?、摻雜是當(dāng)前我國(guó)食品市場(chǎng)監(jiān)管的重要難題之一27。李彥文28 等利用傅里葉變換近紅外光譜儀, 分別測(cè)定酸棗仁與其偽品滇棗仁的紅外指紋圖譜。結(jié)果KBr直接壓片法測(cè)定所得的圖譜, 在1800 960cm-1間, 酸棗仁與其偽品的紅外吸收峰的峰數(shù)、峰位、峰形和峰強(qiáng)等, 存在明顯差異, 可作為酸棗仁與滇棗仁的重要區(qū)別。因此可為酸棗仁與偽品滇棗仁的真?zhèn)舞b別提供紅外光譜的鑒別指標(biāo)。近紅外光譜用于分析肉、魚(yú)、蛋、奶及奶制品等食品中脂肪酸、蛋白、氨基酸等的含量, 以評(píng)定其品質(zhì)29 ; 近紅外

22、光譜還用于水果及蔬菜如蘋(píng)果、梨中糖的分析30 ; 在啤酒生產(chǎn)中, 近紅外光譜被用于在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程中的酒精及糖分含量315.3 食品內(nèi)部質(zhì)量的評(píng)定傳統(tǒng)的水果和蔬菜的質(zhì)量都是根據(jù)一些外部參數(shù), 如顏色、形狀、大小、傷痕來(lái)評(píng)定的。近年來(lái)一些內(nèi)部參數(shù), 如甜度、脆度以及內(nèi)部有無(wú)病蟲(chóng)害等, 在質(zhì)量評(píng)定中變得越來(lái)越重要, 而通過(guò)紅外技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)的準(zhǔn)確、快速的測(cè)量。例如水心病是蘋(píng)果常見(jiàn)的一種生理失調(diào)癥狀, 該病大都發(fā)生在果核周?chē)? 呈輻射狀。2003年, 韓東海等選用近紅外光進(jìn)行了檢測(cè), 得到的連續(xù)光譜清晰直觀的反映了蘋(píng)果的病變程度32。6在環(huán)境科學(xué)方面的應(yīng)用6.1水環(huán)境監(jiān)測(cè)在水體污染中, 有機(jī)污

23、染物是主要物質(zhì), 化學(xué)需氧量( COD) 是最常用、最重要的表征有機(jī)污染程度的指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的COD 測(cè)量方法􀀁 重鉻酸鹽法, 操作復(fù)雜, 測(cè)定時(shí)間長(zhǎng), 產(chǎn)生二次污染, 不適合于在線、實(shí)時(shí)測(cè)量。為此, 何金成等開(kāi)發(fā)了運(yùn)用近紅外光譜法測(cè)量廢水COD 的方法。對(duì)水樣近紅外光譜用偏最小二乘法( PLS) 回歸建模, 分別建立標(biāo)準(zhǔn)水樣和廢水樣的COD 預(yù)測(cè)模型。近10 年來(lái), GC- FTIR 聯(lián)用技術(shù)在各種復(fù)雜混合物的實(shí)際分析鑒定中得到廣泛應(yīng)用。使用GC- FTIR 分析化工廠廢水中的二氯甲烷提取液, GC 分離出對(duì)二氯苯、間氯代硝基苯、對(duì)氯代硝基苯、鄰氯代硝基苯、3, 4- 二氯

24、代- 6- 硝基苯胺、三氯代硝基苯、烷基酞酸酯和磷酸三苯酯等, 比GC-HPLC的靈敏度高23 個(gè)數(shù)量級(jí), 還可以鑒別溢油污染源。如果掃描波數(shù)在200 800cm-1 之間, 還可以測(cè)定艾試劑、高丙體六六六、DDT、P, P- DDT 、乙滴涕、狄試劑、七氯和六氯苯等有機(jī)氯農(nóng)藥, Seyama 等還測(cè)定了水中的正己烷。6.2固體環(huán)境監(jiān)測(cè)鎘是土壤中污染程度最嚴(yán)重的金屬之一。利用微生物治理鎘污染已成為研究的熱點(diǎn)。劉愛(ài)民等采用紅外光譜與原子吸收光譜分析菌株對(duì)Cd2+ 的積累, 結(jié)果表明, 在低濃度Cd2+ 溶液中菌株細(xì)胞對(duì)Cd2+ 的積累主要靠細(xì)胞壁上-NH2與Cd2+ 配位結(jié)合; 在高濃度Cd2+

25、 溶液中, 細(xì)胞壁上-NH2 ,-OH , -COOH, -PO3-4 , -M-O ( O-M-O) 基團(tuán)吸附Cd2+ 的能力顯著。Mn2+ 可以增加細(xì)胞壁上有效官能團(tuán)活性,提高Cd2+ 積累率。但當(dāng)有Zn2+ , Pb2+ , Cu2+ 重金屬共存時(shí),即使有Mn2+ 存在, 菌體對(duì)Cd2+ 吸附積累能力未見(jiàn)提高。通常使用高效液相色譜法檢測(cè)農(nóng)藥中有效成分吡蟲(chóng)啉的含量。馬國(guó)欣等采用紅外光譜法直接測(cè)定農(nóng)藥中吡蟲(chóng)啉含量,樣品使用KBr 壓片法。吡蟲(chóng)啉標(biāo)準(zhǔn)品和商品吡蟲(chóng)啉農(nóng)藥的紅外光譜對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明: 吡蟲(chóng)啉在939.12 cm-1 處的吸收峰不受農(nóng)藥中其他成分的干擾, 可以選擇此峰為定量分析波數(shù)。吡蟲(chóng)

26、啉紅外光譜在947 92 518 cm-1 處的峰面積與其凈含量滿(mǎn)足線性方程Area=1.3665×10-1+2.37×10-2×c, 相關(guān)系數(shù)r= 0.99953。結(jié)論是利用紅外光譜快速檢測(cè)農(nóng)藥中有效成分吡蟲(chóng)啉含量的方法是可行的, 可以替代常規(guī)的理化分析, 能夠滿(mǎn)足快速分析的需要。6.3 氣體環(huán)境監(jiān)測(cè)徐亮等設(shè)計(jì)了一套用于環(huán)境氣體分析的長(zhǎng)開(kāi)放光路傅里葉變換紅外光譜系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有往返250 m 的開(kāi)放式長(zhǎng)距離采樣光程, 使用一臺(tái)分辨率為1cm-1 的傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)量采樣路徑內(nèi)的大氣透過(guò)率光譜, 然后進(jìn)行非線性最小二乘光譜擬合, 計(jì)算出待測(cè)組分濃度。實(shí)驗(yàn)部分通過(guò)選擇特定波段分析了污染空氣中CH