近紅外反射比檢測詳述

檢測原理：
近紅外反射比檢測（Near-Infrared Reflectance Spectroscopy, NIRS）是一種基于物質分子振動的分析技術。其核心原理是利用物質在近紅外光譜區（通常波長范圍約780-2500納米）對入射光的特征吸收。當特定波長的近紅外光照射到樣品表面時，樣品中的含氫基團（如O-H, N-H, C-H等）發生振動能級躍遷，選擇性地吸收特定波長的光能。未被吸收的光則發生漫反射。檢測器收集反射光的光譜信息（反射強度隨波長的變化），該光譜即包含了樣品的化學組成和物理結構信息。

核心檢測項目（應用領域與典型被測參數）：
近紅外反射比檢測因其快速、非破壞性且可同時分析多個組分的優勢，廣泛應用于眾多領域，主要檢測項目包括但不限于：

1. 農業與糧食：

   • 谷物（小麥、玉米、水稻、大豆等）： 水分、蛋白質、淀粉、脂肪、灰分含量；硬度、容重等物理品質。
   • 飼料原料及成品： 粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、水分、灰分、淀粉、氨基酸（部分）含量。
   • 油料作物： 含油量、水分、脂肪酸組成（部分）。
   • 水果蔬菜： 可溶性固形物（糖度）、酸度、水分、內部缺陷（部分）。

2. 食品加工：

   • 乳制品： 脂肪、蛋白質、乳糖、總固形物、水分含量。
   • 肉制品： 脂肪、蛋白質、水分含量。
   • 烘焙制品： 水分、蛋白質、脂肪、灰分含量。
   • 飲料： 糖度、酸度、酒精濃度（部分）。
   • 油脂： 碘值、酸價、過氧化值、脂肪酸組成（部分）、水分及揮發物含量。

3. 制藥與化工：

   • 原料藥及輔料： 活性藥物成分（API）含量、水分、晶型、混合均勻度。
   • 化工原料與中間體： 主要成分含量、水分、羥基值、酸值、胺值等官能團指標。
   • 聚合物與塑料： 添加劑（如抗氧化劑、增塑劑）含量、共聚物組成、羥基值、水分。
   • 紡織品與纖維： 棉/麻/化纖混紡比、水分、上油率。

4. 其他工業領域：

   • 造紙： 紙漿卡伯值、水分、灰分。
   • 煙草： 總糖、還原糖、總植物堿、總氮、水分。
   • 煤炭： 水分、灰分、揮發分、發熱量（部分）。

檢測過程與技術要點：

1. 光譜采集： 光源發出近紅外光照射樣品表面。一個或多個檢測器收集從樣品漫反射回來的光信號。根據儀器類型，可使用固定波長濾光片、光柵分光或傅里葉變換（FT-NIR）等技術獲得連續或離散的光譜數據。
2. 光譜預處理： 原始反射光譜數據通常包含噪聲、基線漂移和光程差異帶來的干擾。常用數學方法（如導數、平滑、散射校正SNV/MSC等）進行預處理，以提高信噪比和突出有效信息。
3. 定量與定性分析模型建立（核心）：
   • 定量模型（校準）： 這是NIRS應用的關鍵。需要收集一批已知目標成分精確值（通常采用標準濕化學方法測定）的、具有代表性的樣品及其對應的NIR光譜。運用化學計量學方法（如多元線性回歸MLR、主成分回歸PCR、偏最小二乘回歸PLSR、支持向量機SVM、人工神經網絡ANN等）建立光譜數據與目標成分含量之間的數學關系模型。
   • 定性模型（分類/鑒別）： 同樣基于已知類別的樣品光譜，建立判別模型（如聚類分析PCA、判別分析DA、SIMCA、支持向量機SVM等），用于樣品分類（如真假鑒別、產地溯源、等級判定）或識別特定屬性（如是否霉變）。
4. 模型驗證與使用： 建立的模型需使用正規的未知樣品集進行嚴格驗證，評估其預測準確性（如RMSECV, RMSEP, R²）、穩健性（Robustness）和適用性范圍（Range）。驗證合格的模型方可用于日常快速檢測。檢測未知樣品時，儀器采集其光譜數據，輸入到對應模型中即可實時預測目標成分含量或判別其類別。

技術特點：

• 非破壞性： 樣品測定后基本保持原狀，可繼續用于其他檢驗或使用。
• 快速高效： 單次檢測通常在幾秒至一分鐘內完成，顯著快于傳統濕化學方法。
• 多組分同步分析： 單次掃描的光譜信息可用于同時預測多個目標參數。
• 無需或極少樣本前處理： 固體顆粒、粉末、膏狀、液體樣品通常可直接測量。
• 無化學試劑污染： 檢測過程不產生化學廢棄物。
• 易于現場/在線應用： 開發便攜式或在線儀器，實現生產現場或過程控制中的實時監測。

局限性考量：

• 模型依賴性： 預測精度高度依賴所建立模型的可靠性和適用性范圍。模型需定期維護和更新。
• 間接測量： NIRS是基于光譜與參考方法的相關性進行預測，其準確性受參考方法精度限制。
• 檢出限與精度： 對于痕量組分（通常<0.1%）或結構極其相似的組分，預測精度可能受限。
• 樣品物理狀態影響： 顆粒大小、密度、顏色、表面光潔度等物理差異可能影響光譜，需在建模中考慮或進行散射校正。
• 前期投入成本： 建立和維護穩健的數學模型需要專業知識和時間、資源投入。

近紅外反射比檢測以其獨特優勢，已成為眾多行業進行產品質量控制、原料驗收和生產過程監控的重要分析工具。其核心價值在于將復雜的光譜信息通過化學計量學方法轉化為可快速獲取的、有價值的樣品成分及屬性信息。