光學及光譜知識

近紅外光譜儀的特點與應用


前言

  近紅外光譜是波長在900nm至2500nm或4000-1至12500cm-1的光譜。而近紅外光譜儀是利用物質對不同波長的紅外輻射的吸收特性,進行分子結構與化學組成分析的儀器,一般由光源,單色器,探測器還有電腦處理資訊系統組合而成。近紅外光譜儀適合對含有C-H, N-H, O-H和S-H化學鍵的化合物進行成分分析。在波長900nm至2500nm內,含有以上化合鍵的物質會產生吸收,例如藥品、煙草、食品、農作物、聚合物、石油化工產品等,幾乎涵蓋所有的有機純物質與混合物。


 

特點

  • 分析速度快:針對濃度大於0.01%的樣品分析,檢測時間大約10-12秒
  • 波長範圍內可同時測量樣品的多種成分或性質
  • 非破壞性檢測,樣品可以重複使用
  • 可測量固體、半固體、液體、粉狀等不同型態之樣品
  • 不耗費化學試劑,安全性高,污染性少
  • 可即時分析樣品的成分訊息,確保工業生產製程的品質


  

應用

除實驗室分析外,近紅外光譜儀還可用於工農業生產過程的檢測,包括品質分析和品質控制,如原材料的快速鑑別、複雜混合物的多組分定量分析等。通過使用相應的配件或專用的線上分析儀,可以實現線上過程分析。

用於食品分析
  • 酒類:乙醇、糖、有機酸、真偽、pH 值、原產地標示…等
  • 飲料:咖啡、糖、酸度、果汁真偽
  • 乳製品:乳糖、脂肪、蛋白質、乳酸、灰分、固體物質
  • 玉米漿:果糖、水、葡萄糖、多糖
  • 食用油:脂肪酸、水分、蛋白質、氧化程度、不飽和程度、真偽性
  • 烘焙食品(餅乾、麵包):脂肪、蛋白質、水分、澱粉、麵筋等
  • 肉類:蛋白質、脂肪、水分、各種氨基酸、脂肪酸、纖維及冷凍程度、產品類型、真實性
 
用於農產品分析
  • 豆類、小麥、麵粉、大米等穀物:脂肪、蛋白質、水分、纖維含量、澱粉含量、小麥產地、產季鑑別、品質分級
  • 煙草作物:煙鹼、水、總糖、還原糖、多酚、香料、添加劑、產地鑑別、分類
  • 咖啡:咖啡、水、綠原酸、產品類型、產地鑑別、品質分類
  • 木材:組織分析、水分、品質分類
  • 果蔬:糖分、酸度、維生素、水分、纖維素、品質等級、成熟度
  • 茶葉:水、茶黃素、油、多酚、氮、品質分類

  

用於化工、紡織、化妝品和藥物分析
  • 汽油精製:辛烷值、芳香族、苯、乙醇、蒸餾值、揮發值、添加劑
  • 聚合物及塑膠製品:一般物理性能(密度、粘度、硬度、分子量、結晶度)、OH數、水分、助劑、皂化值、共聚物組成、殘溶劑量、反應動力學測定、乳化反應過程、樹脂固化程度、回收塑膠產品分類、Z最終產品分類
  • 藥品:主要成分、水分、結晶檢驗、粉末細微性分析、氨基酸、糖、原料鑑定、雜質分析、硬度、分解程度、合成反應觀察、混合程式鑒定、塑膠包裝鑑定
  • 化學品:純度、水分、合成反應觀察、原料鑒定、有機鹽、無機鹽鑑定
  • 天然氣:烷烴組成分析、水分、總熱含量
  • 紡織品與人造纖維:防潮、棉滌比、共聚物組成、加工助劑、染料、地毯聚合物鑑定
  • 紙張:水、紙漿頂油酸值、皂化值、紙張添加劑
  • 化妝品:油混合物分析、原料純度、香精、蠟成分鑑別、均勻性
  • 油漆和油墨:原料分析,溶劑純度,顏料品質
     

用於生物醫學分析
  • 血液(全血或血清):血紅素攜氧能力、血糖、尿素甘氨酸、脂肪酸、膽固醇、蛋白質
  • 細胞病理學:癌細胞分辨、含水量、溫度變化及pH值
  • 發酵反應:乙醇、葡萄糖、乳糖、氨基酸、生物量、細胞密度、甘油、觀察反應變化、反應動力學跟蹤
  • 微生物或病毒:菌株鑑定
  • 臨床醫學:血紅素攜氧、心肌蛋白、尿結石
     

其他領域的應用
  • 土壤分析:有害化學污染物(汽油、芳烴等)、水
  • 刑事鑑定:毒品分析、偽鈔鑑定
  • 化學廢棄物:生物處理反應跟蹤,廢棄物含量
  • 煤種:水分、灰分、品質分級
  • 環保:海洋油污分析,湖泊有機富集