近紅外光譜儀系統(tǒng)的分析方式有哪些？

        紅外近紅外光譜儀（Near Infrared Spectrum Instrument，NIRS）是一種介于可見(jiàn)光（Vis）和中紅外（MIR）之間的電磁輻射波。美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì) (ASTM) 將近紅外光譜定義為 780-2526nm 該區(qū)域是在吸收光譜中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)非可見(jiàn)光區(qū)域。近紅外光譜區(qū)與有機(jī)分子中含氫基團(tuán)（OH、NH、CH）的組合頻率和各級(jí)倍頻的吸收區(qū)一致。通過(guò)掃描樣品的近紅外光譜，可以得到有機(jī)分子中的含氫基團(tuán)。群的特征信息，利用近紅外光譜技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行分析，具有方便、快速、高效、準(zhǔn)確、低成本的優(yōu)點(diǎn)，不損壞樣品，不消耗化學(xué)試劑，不消耗化學(xué)試劑。污染環(huán)境。因此，這項(xiàng)技術(shù)吸引了越來(lái)越多的人。恩惠。
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??分析方法
??近紅外光譜分析方法的優(yōu)點(diǎn)是：
?? 1）分析速度快。近紅外光譜分析儀校準(zhǔn)完成后，可在一分鐘內(nèi)完成待測(cè)樣品多種成分的同時(shí)測(cè)量。如果使用二極管陣列檢測(cè)器與聲光調(diào)制光譜儀相結(jié)合，可以在幾秒鐘內(nèi)給出測(cè)量結(jié)果，*可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程的在線定量分析。
?? 2) 樣品無(wú)化學(xué)污染。根據(jù)待測(cè)樣品的粒徑大小，可能需要一個(gè)簡(jiǎn)單的物理制備過(guò)程（如研磨、混合、干燥等），無(wú)需任何化學(xué)干預(yù)即可完成測(cè)量過(guò)程。它被稱為綠色分析技術(shù)。
??近紅外光譜分析模型
??3）儀器操作簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員素質(zhì)要求不高。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單的操作要求，整個(gè)測(cè)量過(guò)程中引入的人為誤差很小。
?? 4) 測(cè)量精度高。該技術(shù)雖然略遜于傳統(tǒng)的理化分析方法，但給出的測(cè)量精度足以滿足生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量監(jiān)控的實(shí)際要求，因此非常實(shí)用。
?? 5) 分析成本低。由于整個(gè)測(cè)量過(guò)程不需要化學(xué)試劑，因此儀器校準(zhǔn)完成后測(cè)量是一項(xiàng)非常簡(jiǎn)單的任務(wù)，因此幾乎沒(méi)有損失。
??分析儀器
??近紅外光譜儀器從光譜系統(tǒng)上可分為四種：固定波長(zhǎng)濾光片、光柵色散、快速傅里葉變換和聲光可調(diào)濾光片。
??光柵色散
??過(guò)濾器型主要用作專用分析儀器，如谷物水分測(cè)定儀。由于過(guò)濾器的數(shù)量很難分析復(fù)雜系統(tǒng)的樣本。
??光柵掃描類型具有更高的信噪比和分辨率。由于儀器中的活動(dòng)部件（如光柵軸）在連續(xù)高強(qiáng)度運(yùn)行時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)磨損問(wèn)題，影響光譜采集的可靠性，不適合在線分析。
??傅里葉變換近紅外光譜儀具有高分辨率和掃描速度。此類儀器的弱點(diǎn)還在于干涉儀中存在可移動(dòng)部件，需要更嚴(yán)格的工作環(huán)境。
??聲光可調(diào)濾光片利用雙折射晶體通過(guò)改變射頻來(lái)調(diào)節(jié)掃描波長(zhǎng)。整個(gè)儀器系統(tǒng)無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，掃描速度快。但是這類儀器的分辨率比較低，價(jià)格也比較高。
??隨著陣列檢測(cè)器件生產(chǎn)技術(shù)的成熟，采用固定光路、光柵光譜、陣列檢測(cè)器組成的近紅外儀器，具有性能穩(wěn)定、掃描速度快、分辨率高、信噪比高、性能價(jià)格比。這樣的特點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。在匹配固定光路的陣列探測(cè)器中，常用的有兩種：電荷耦合器件（CCD）和二極管陣列（PDA）。 CCD多用于近紅外和短波區(qū)域的光譜儀，PDA探測(cè)器用于長(zhǎng)波長(zhǎng)近紅外光譜儀。紅外區(qū)域。
??定性分析
??在近紅外光譜中，根據(jù)不同物質(zhì)的化學(xué)成分，含氫基團(tuán)的頻率加倍，組合頻率不同，則近紅外光譜的峰位置、峰數(shù)和峰強(qiáng)度不同，樣品的化學(xué)成分差異越大，光譜的特征差異越強(qiáng)。使用簡(jiǎn)單的峰位識(shí)別可以識(shí)別不同品種的中藥。峰位識(shí)別法主要是對(duì)成分差異較大的不同物質(zhì)進(jìn)行分析。該方法直觀、簡(jiǎn)單，但無(wú)法識(shí)別具有相似特性的樣品。因此，必須使用其他方法，例如化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行識(shí)別。
??模式識(shí)別在 1960 年代末被引入化學(xué)領(lǐng)域。它基于一個(gè)非常直觀的基本假設(shè)，即“事物聚集在一起"。認(rèn)為性質(zhì)相似的樣本在模式空間中位于相似的位置，在空間中形成“簇"。 "。模式識(shí)別方法優(yōu)勢(shì)明顯。它不需要數(shù)學(xué)模型所需的先驗(yàn)知識(shí)，很少擅長(zhǎng)處理復(fù)雜事物和多元數(shù)據(jù)。在實(shí)際工作中，我們經(jīng)常遇到只需要知道樣品的類型或等級(jí)，而不是樣品中所含成分的數(shù)量和含量。此時(shí)需要應(yīng)用模式識(shí)別方法。模式識(shí)別方法主要用于光譜的定性分析。在近紅外光譜分析中常用的模式識(shí)別方法有很多，包括聚類分析、判別分析、主成分分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。
??在中草藥及其制品的應(yīng)用中，模式識(shí)別方法主要用于產(chǎn)品的分類和識(shí)別。系統(tǒng)聚類分析是根據(jù)預(yù)先選擇的相似度或距離等相異度來(lái)衡量一個(gè)類在分類空間中的距離，然后根據(jù)譜系圖確定分類結(jié)果。分步聚類分析。動(dòng)態(tài)聚類是一種基于距離的迭代分類方法。與層次聚類方法相比，它的計(jì)算速度更快，節(jié)省了存儲(chǔ)單元，但需要提前zhi定分類數(shù)和合適的初始值。每次迭代調(diào)整各個(gè)中心聚合點(diǎn)，并根據(jù)分類對(duì)象和中心進(jìn)行調(diào)整。距離被分類，直到距離不改變。
??主成分分析是一種簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、突出主要矛盾的多元統(tǒng)計(jì)分類方法。使用主成分分析可以降低數(shù)據(jù)的維數(shù)，根據(jù)主因子得分對(duì)樣本進(jìn)行分類。逐步判別分析可以在篩選變量的基礎(chǔ)上建立線性判別模型。篩選是通過(guò)測(cè)試逐步進(jìn)行的。在每一步中，選擇滿足zhi 定水平的最顯著變量，剔除原引入的因引入新變量而變得不顯著的變量，直到不能引入或剔除該變量。
??人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種智能算法，具有很強(qiáng)的非線性映射能力，在非線性多元校正方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有很多研究和應(yīng)用。由于其良好的自組織、自學(xué)習(xí)和處理復(fù)雜非線性問(wèn)題的能力，對(duì)于復(fù)雜的非線性系統(tǒng)能取得較好的效果，已被應(yīng)用于許多領(lǐng)域。
??定量分析
??近紅外光譜技術(shù)近幾十年來(lái)發(fā)展迅速，在許多應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛認(rèn)可。它的魅力在于可以在短時(shí)間內(nèi)使用，無(wú)需復(fù)雜的樣品制備。該工藝可以完成多組分物質(zhì)成分的同步快速定量分析，分析精度高，不產(chǎn)生任何化學(xué)污染，分析成本很低。易于在實(shí)驗(yàn)室推廣，尤其是工業(yè)領(lǐng)域或在線分析領(lǐng)域。采用。
?? NIR定量分析過(guò)程
??這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)施需要在前期進(jìn)行一些必要的準(zhǔn)備，包括：
?? (1) 具有廣泛代表性的校準(zhǔn)和預(yù)測(cè)樣本集的收集和成分的理化定量分析；
?? (2) 校準(zhǔn)和預(yù)測(cè)樣本集的近紅外光譜采集和光譜分析；
?? (3) 每種材料都需要近紅外分析儀上被測(cè)元件的標(biāo)定建模和模型優(yōu)化；
??在上述前期工作中，還需要更多的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在近紅外光譜定量分析技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要充分考慮各種干擾因素（如溫度、濕度等）的影響。一旦校準(zhǔn)模型通過(guò)預(yù)測(cè)性檢查和分析，近紅外光譜分析儀將長(zhǎng)期保持較高的穩(wěn)定性和分析精度。操作人員可以在短時(shí)間內(nèi)輕松掌握儀器的操作程序。這是該技術(shù)可以很容易地在新的應(yīng)用領(lǐng)域推廣的主要優(yōu)勢(shì)。但近紅外分析儀的校準(zhǔn)模型精度會(huì)因環(huán)境因素、自身設(shè)備老化、參比標(biāo)準(zhǔn)樣品變化等因素的影響而略有變化。為了保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要定期對(duì)模型進(jìn)行檢查和修正。這就要求用戶具備對(duì)樣品進(jìn)行長(zhǎng)期理化分析的能力，雖然不需要太多的工作，所以近紅外光譜定量分析技術(shù)需要依賴其他成分定量分析技術(shù)，而且經(jīng)常被驗(yàn)證由少數(shù)經(jīng)過(guò)理化分析的新樣品組成。近紅外校準(zhǔn)模型的準(zhǔn)確性也是該技術(shù)的弱點(diǎn)。