【木木西里—每日仪器】近红外光谱仪 NO.D-04-017

近红外光谱仪（Near Infrared，NIR）是介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波，美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定义为780-2526nm的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱区与有机分子中含氢基团（OH、NH、CH）振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品中有机分子含氢基团的特征信息，而且利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，因此该技术受到越来越多人的青睐。

1.用于生物反应过程出的研究与检测。由于近红外响应速度快，又可进行多组分的同时和无损检测，因此可以获取生物过程中的一些重要变量参数；同时它还可以用于生化反应中微生物的鉴别和分类；在生命过程的研究中，被用于测定脑血流量和脑血管中CO2的活性，人体肌肉组织在运动中的氧化代谢等。

2.生物体组织的研究则主要包括皮肤中水分的测定，脑组织的研究等方面

3.在临床医学方面，近红外光谱的最大优势在于其对组织的透过性好，能够进行体外或在体的非破坏、非介入分析。主要有全血或血清中血红蛋白载氧量、PH、葡萄糖、尿素等含量的测定。

随着近红外、计算机技术、光学技术等的不断发展，研究的不断深入，近红外技术将在生物医学领域中充分发挥出潜力，有望在探索生命过程的奥秘，以及重大疾病预防、诊断、处理上起到更多的实际作用。

近红外光谱技术在许多领域（农业和食品等）检测中已作为官方认证的检测技术，同时在纺织、聚合物、药物、石油化工、生化和环保等领域也得到了广泛的应用名。除了早期的应用外，近几年人们又利用该技术检测物质的纯度，解释物质的结构，预测、评价生物的某些生理现象及变化，监测一些天体的变化等。尤其近几年，近红外光谱技术在医学领域的许多方面得到了广泛的应用。

在医学中的具体应用：

1. 近红外光谱分析在中药分析中的应用

近红外光谱技术应用于药物的鉴别和定性、定量的分析不仅具有快速、方便、准确、非侵入式分析、易于实现生产过程的在线控制等优点，而且可以鉴定某些药物如光学异构体、具有光学活性物质的纯度，因此在药物的定性鉴定、定量分析、质量控制及在线检测等方面显示了巨大的作用。利用近红外光谱和多变量统计分类技术系统聚类分析、逐步聚类分析、主成分分析和逐步判别等可很好地对药材和成药进行定性判别和分类。

2. 近红外光谱分析在临床分析中的应用

随着光导纤维及传感技术的发展，近红外光谱检测技术和计算机网络技术相结合的进一步深入，近红外光谱技术的非侵入式定性和定量分析成为可能。同时，由于生物体中不同的透明组织对近红外光具有不同的吸收和散射特性，因此近红外光对不同的软组织和变化的组织具有较强的区分能力。根据这种特性，可以利用近红外光谱法测量组织的某些光学参数从而得到组织的某些生理参数，或者建立某些生理参数和光谱数据的关系，从而可以检测出组织中的异物或生成二维的图像；也可监测皮肤组织受外界环境影响的变化；还可用于临床分析和血液某种成分的测定。近红外光谱法可以直接对活体组织进行无创伤检测，使过去无法开展的研究工作成为可能，极大地提高了分析检测效率。

近红外光谱仪的工作可以分定性和定量两个方面

1、定性分析

在近红外光谱图谱上，依据不同种类物质所含化学成分的不同，含氢基团倍频与合频振动频率不同，则近红外图谱的峰位、峰数及峰强是不同的，样品的化学成分差异越大，图谱的特征性差异越强。

2、定量分析

近红外光谱分析技术在近几十年内得到了快速的发展而且在多个应用领域得到了广泛的认可，它的魅力在于其可以在很短的时间内无需复杂的样品制备过程即可完成物质成份多组分的同步快速定量分析，并且可以给出很高的分析精度，不产生任何化学污染且分析成本很低，易于在实验室尤其是工业现场或在线分析领域得到推广使用。

近红外光谱仪器从分光系统可分为固定波长滤光片、光栅色散、快速傅立叶变换、声光可调滤光器和阵列检测五种类型。

1.滤光片型主要作专用分析仪器，如粮食水分测定仪。由于滤光片数量有限，很难分析复杂体系的样品。

2.光栅扫描式具有较高的信噪比和分辨率。由于仪器中的可动部件（如光栅轴）在连续高强度的运行中可能存在磨损问题，从而影响光谱采集的可靠性，不太适合于在线分析。

3.傅立叶变换近红外光谱仪是具有较高的分辨率和扫描速度，这类仪器的弱点同样是干涉仪中存在移动性部件，且需要较严格的工作环境。

4.声光可调滤光器是采用双折射晶体，通过改变射频频率来调节扫描的波长，整个仪器系统无移动部件，扫描速度快。但这类仪器的分辨率相对较低，价格也较高。

5.随着阵列检测器件生产技术的日趋成熟，采用固定光路、光栅分光、阵列检测器构成的NIR仪器，以其性能稳定、扫描速度快、分辨率高、信噪比高以及性能价格比好等特点正越来越引起人们的重视。在与固定光路相匹配的阵列检测器中，常用的有电荷耦合器件（CCD）和二极管阵列（PDA）两种类型，其中CCD多用于近红外短波区域的光谱仪，PDA检测器则用于长波近红外区域。