分析仪器

2 0 0 6 年第 2 期分 析 仪 器 梦 尝 尝 尝 密 -* * 絮 羞 综述牛 轰 布 带 带 带 带 举 带 带 M F - 素 近年来我国近红外光谱分析技术的研究与应用进展 褚小立袁洪福陆婉珍 ( 石油化工科学研究院， 北京， 1 0 0 0 8 3 ) 摘要对我国近 1 0 年来近红外光谱分析技术的研究与应用进展作了较为详细的综述， 包括近红外光谱仪 器研制、 化学计量学方法及软件开发和在各领域的实际应用。根据国际上近红外光谱分析技术的现状和国内实际 情况， 提出了今后我国近红外光谱分析技术的发展方向。 关键词近红外光谱分析仪器化学计量学软件开发应用 1 前言 近红外光谱( N I R ) 是近十年来发展最为迅速的 高新分析技术之一。目前， 大约有 5 0 多个国家和地 区开展了N I R的研究和应用工作， 特别是一些发达 国家表现得尤为突出， 这些国家拥有大量的各种类 型的N I R分析仪器用于各行各业， 有研究型、 专用 型、 便携型， 还有直接安装在工业生产线的在线型分 析仪。这些仪器在农业、 石化、 制药、 食品等领域都 得到很好应用， 并取得极好的社会和经济效益 1 我国从上世纪 8 0 年代开始进行 N I R技术的研 究， 主要侧重于农产品的品质分析研究方面。从上 世纪 9 0 年代中期， 国内许多科研院所和大专院校开 始积极研发适合国内需要的N I R成套分析技术， 并 有多本专著出版 2 - 4 ， 也有许多学者发表了多篇有关 N I R原理和应用的综述文章 5 - 7 ， 为这项技术的普及 作了大量工作， 开创了我国N I R研发和应用的崭新 局面。近几年我国在仪器硬件、 化学计量学软件、 分 析模型建立以及实际应用等方面都有了长足发展， N I R分析技术已经应用于各个领域。本文对我国 N I R分析技术近 1 0年来的研究与应用进展作了较 为详细的综述， 并根据国际现状和国内实际情况， 提 出了今后我国N I R分析技术的发展方向。 2 仪器硬件 N I R技术的一个重要特点就是技术本身的成套 性， 即近红外光谱仪、 化学计量学软件和应用模型的 三位一体性， 性能优异的近红外光谱仪是该技术的 基础和前提1 8 1 。目前， 国际上 N I R光谱仪的类型较 多， 按单色器分类， 市场上的N I R光谱仪可分为滤 光片型、 光栅色散型、 傅立叶变换型( F T) 和声光可 调滤光器型( A O T F ) 等 4 类。光栅色散型仪器又可 分为扫描一单通道检测器和固定光路一阵列检测器 两种类型E 9 , 1 0 ) 。除了采用单色器分光以外， 也有仪 器采用多种不同波长的发光二极管( L E D ) 作光源， 即L E D型近红外光谱仪。尽管我国N I R仪器硬件 研制相对较晚， 但以上提到的六种类型 N I R仪器， 在我国都有相关单位进行研发。 中科院长春光机所开发出基于固定滤光片的粮 食专用型N I R分析仪 1 1 。郑建荣等人研制了滤光 片反射式N I R测试装置， 对流化床喷雾制粒生产过 程中颗粒含水量进行了实时监测试验 幻 。谢晓明提 出了一种用于中途油气层探测的基于滤光片的N I R 实时测量系统 1 3 。上海棱光技术有限公司研制出了 光栅扫描式 N I R农产品品质分析仪。国土资源部 现代地球物理开放实验室研制出了光栅扫描式便携 N I R矿物分析系统 。江绍基研制了光栅扫描式 光学膜厚N I R监控仪 1 s 。天津大学基于A O T F技 术开发出了N I R乳品成分快速分析仪 1 6 1 。毕卫红 提出了一种新型的基于 A O T F的便携式 N I R光谱 测量仪 1 7 1 。中国农业大学研制出以L E D为光源的 便携式 N I R整粒小麦成分测量仪和 N I R玉米品质 作者简介: 褚小立， 男， 1 9 7 4 年出生， 博士， 研究方向: 近红外光谱分析和化学计量学。 分 析 仪 器2 0 0 6 年第 2 期 分析仪 1 8 , 1 9 。北京第二光学仪器厂研制出WQ F - 4 0 0 N型傅立叶变换型 N I R光谱仪和辛烷值测定 仪 2 0 ,2 11 。 石油化工科学研究院开发出了 用于实验室 和工业在线分析基于固定光路和 C C D阵列检测器 的近红外光谱仪 2 2 , 2 3 。浙江大学基于同一技术路 线， 也研制出了汽油辛烷值N I R在线分析仪 2 4 1 上述这些仪器硬件研发成果有些已被产业化， 转化为商品仪器仪器， 其中有些产品的关键性能指 标已达到国际同类商品的水平， 并已在石化和农业 等行业的科研和生产中得到应用， 发挥着积极的作 用 。 3 化学计量学方法研究与软件开发 3 . 1 方法研究 在光谱预处理方面， 将浓度向量参与到光谱预 处理算法中是一种新的发展方向， 正交信号校正 ( O S C ) 和净分析信号( N A S ) 方法就是这类算法的代 表 2 5 ) 。 刘广军等人详细介绍了5 种O S C算法的原 理， 并对其进行了比较 2 6 7 。王丽杰等人证明了这种 方法可以从复杂重叠光谱中提取净信号信息， 滤除 噪声， 提高模型的预测能力), 2 8 1 。将小波变换用于 N I R光谱预处理是近几年来的研究热点， 我国在这 一领域作了相当出色的研究工作 2 9 。田高友等人将 小波变换用于油品 N I R光谱的去噪、 压缩和特征信 息提取等， 取得了较好的效果 3 0 。邵学广等人将连 续小波变化和UV E , O S C 、 遗传算法( G A) 等方法相 结合， 提出了一些用于 N I R光谱预处理和波长筛选 混合方法 川， 以及构建自适应小波滤波器来压缩近 红外光谱数据 3 2 。李华北和刘则毅等人也采用小波 变换对农产品、 食品以及血液等样品的N I R光谱进 行预处理 3 3 , 3 4 。除此之外， 褶合变换、 离散余弦变换 和多元散射校正方法( MS c ) 都被用来处理近红外光 谱 3 5 - 3 7 。 在波长选取方面， 将相关系数方法用于选取波 长范围已被广泛证明是有效的 3 8 。遗传算法是一种 波长筛选的现代优化方法， 针对不同测量对象， 褚小 立和王宏等人分别采用遗传算法对 N I R建模波长 进行优化选择， 不仅简化了模型， 而且增强了模型的 预测能力 3 9 ,4 0 。祝诗平等人基于遗传算法提出了 N I R光谱区间的优化选择方法， ， 陈斌提出了将相 关系数法与G A算法相结合的P L S建模波长筛选方 法 4 2 。 在比较不同定量和定性校正方法的优劣方面， 我国的研究人员做了很多工作 4 2 。由于人工神经网 络( A N N) 具有突出的非线性映照能力， 已发展成为 N I R非线性体系的重要定量和定性校正方法之 _ 4 3 。 齐小明等人对B P网络输人变量进行了研 究， 认为用P L S得分作为 A N N输人变量的校正模 型具有更强的预测能力 4 4 。林敏采用离散余弦变换 将N I R数据压缩作为B P网络的输人变量 4 5 。汤彦 丰将小波变换压缩后的N I R数据作为 B P网络的输 人变量， 对大黄分类以鉴别其真伪 4 6 。史月华等人 基于P C R和A N N提出了一种混合算法主成分 回归残差神经网络方法 4 7 。陈达等人也采用相似的 研究思路， 提出了P L S与A N N的混合算法 4 8 。乐 斌将 B o o s t i n g算法用于 R B F神经网络中， 改善了 R B F的回归性能 4 9 。王国林提出了一种基于构造 性算法的神经网络集成方法 5 0 。白英奎将 P C A和 线性神经网络结合， 用于药品有效成分的分析 5 1 支持向量机( S V M) 是一种新的模式识别方法， 在涉及到小样本数、 非线性和高维数据空间的模式 识别问题上， 表现出了许多传统算法所不具有的优 势。张录达等人以N I R识别中药大黄真伪为例， 介 绍了 S V M 用于 NI R模式识别的基本原理和方 法 5 2 1 。刘沐华用近红外光谱结合多类支持向量机方 法对中药材产地及生长条件进行自动鉴别， 并选择 对分类最有效的特征谱段 5 3 。近年来， S V M已推广 到非线性的回归和函数逼近， 称为支持向量回归校 正方法( S V R) 。姚肖刚和瞿海斌等人分别将 S V M 方法用于建立 N I R测定油品和中药 的分析模 型 5 4 . 5 5 。 白英奎将聚类分析与P L S 结合用于N I R多组 分定量分析， 提高了模型的预测精度 5 6 。李峰利用 Ma n n - Wh i t n e y U检验方法和马氏距离判别法对 不同植物的多个采样样本进行识别 5 7 7 。刘建学介绍 了以角距离余弦为相似度的动态聚类方法 5 8 1 模型传递是国际上近年来化学计量学研究的热 点课题之一。褚小立针对国产 C C D近红外光谱仪 在实际应用中的模型传递问题， 采用普鲁克分析方 法进行了研究 5 9 1 ， 并提出了一种消除在线多通道近 红外分析仪光谱差异的方法 6 a 。王艳斌基于目 标迭 代因子方法提出了一种新的模型传递方法， 在解决 仪器间存在非线性变化问题上具有优势 6 1 。张军将 环境温度作为外部变量参与校正运算 6 2 。褚小立等 2 0 0 6 年第 2 期分 析 仪 器 人采用混合校正模型的方法， 来消除样品温度对 N I R分析结果的影响， 其本质都属模型传递的范 畴 6 3 1 。张录达等人也对N I R模型传递进行了研究， 以期实现光谱数据库的共享 6 4 1 此外， 我国近红外光谱工作者还在校正样品的 选择 6 5 、 异常样品的剔除 6 6 、 模型性能评价 6 7 和准 确性影响因素 6 8 - 7 0 1 等方面都有所涉及， 但尚不够系 统。 3 . 2 软件开发 将稳定、 可靠的光谱仪器与功能全面的化学计 量学软件相结合成为现代近红外光谱分析技术的显 著标志之一， 为此， 我国石油化工科学研究院和中国 农业大学等多家单位都研发出了拥有自主知识产权 的、 适用于近红外光谱分析的化学计量学软件 7 1 - 7 3 这些软件在主要功能上与国际流行软件( 如 Un - s c r a mb l e r 和G r a ms 3 2 ) 没有显著性的差异， 而且在 界面语言、 风格以及操作习惯上更适合我国的实际 情况， 有些软件已经在实际科研生产中得到了较为 广泛的应用 。 4 应用 我国N I R分析工作者从上世纪 8 0年代初期就 开始了应用研究工作， 最初主要集中在农产品分析， 目前已逐步扩展到石油化工、 食品、 烟草、 药物和临 床医学等。在这些N I R应用研究中， 有些研究成果 具有鲜明的独创性， 申请了发明专利， 有些工作已处 于世界先进水平， 并在实际科研和生产中得到广泛 应用。 4 . 1 农业 近些年来， 随着新型近红外仪器的出现和软件 的升级， N I R在我国农业领域的应用和研究出现了 新局面， 分析对象涉及到谷物、 经济作物( 烟草、 茶叶 和油料) 、 果蔬、 饲料、 肥料和土壤等， 所用仪器的类 型包括滤光片式、 扫描式、 傅立叶式和阵列式等， 测 量方式有漫反射和透射等多种， 应用场合有传统的 品质分析、 育种、 现场收购和加工业等。 在谷物分析方面， 分析对象涉及小麦、 大麦、 玉 米、 稻子等， 测量的形态有种子籽粒、 单籽粒、 精米 粒、 糙米粒和粉状等， 测量指标有水分、 蛋白质、 脂 肪、 灰分、 淀粉、 氨基酸( 赖氨酸、 苏氨酸和胧氨酸) 等 化学组成， 以及硬度、 颗粒度、 沉淀值和生活力等物 理参数， 应用领域为商品粮收购、 面粉厂加工、 育种 和科研等 7 4 - 8 1 。 在油料作物方面， 分析对象涉及黄豆( 大豆) 籽 粒、 花生种子、 油菜籽、 棉籽粉等， 分析指标有水分、 蛋白质、 脂肪、 油分( 含油量) 、 芥酸和硫贰等含量， 大 多都应用于育种中对品种的快速筛选 8 2 - 8 4 在水果和蔬菜方面， 测量对象有黄瓜、 大白菜、 西红柿、 鲜辣椒、 南瓜、 水蜜桃、 苹果、 柑橘等， 分析指 标有R 一胡萝 卜 素、 糖分、 维生素C 、 粗蛋白中性纤 维、 糖度、 酸度和内部褐变等 8 5 - 8 8 1 。目 前在蔬菜食用 安全方面也有所研究， 如硝酸盐含量和有机磷农药 残留的鉴别等 8 9 - 9 0 1 。在水果检测方面， 逐渐发展到 在线测量分析 9 1 1 。 在饲料方面， 测量对象有植物性饲料， 如黑麦草 粉、 玉米秸秆、 水稻稻草、 棉籽粕、 菜籽粕、 豆粕和玉 米等; 动物性饲料， 如鱼粉和肉骨粉等。分析项目有 草粉的粗蛋白、 半纤维素、 纤维素、 木质素、 可溶及不 可溶性硅化物等; 玉米秸秆的中性洗涤纤维和酸性 洗涤纤维含量; 豆粕中水分、 蛋白质粗脂肪、 粗纤维 和可利用氨基酸含量， 以及鱼粉和肉骨粉的蛋白质、 脂肪、 水分和灰分等 9 2 - 9 6 1 在肥料方面， 测定了复混肥中的总氮含量 9 7 1 ; 测 定了肉鸡粪便风干样品的主要肥料成分( 总氮、 总 磷、 总钾、 钱态氮和有效钾 9 8 1 ; 利用绵羊粪便的近红 外光谱， 定量评定其中的可消化有机物水平和粗蛋 白含量 9 9 在土壤方面， 分析指标包括总氮、 碱解氮、 水分、 有机质含量等 1 0 0 1 4 . 2 烟草和茶叶 N I R在烟草行业中的应用主要包括烟草原料品 质分析， 卷烟生产过程的在线检测， 以及销售流通中 对卷烟产品的监督 1 0 1 。在我国， 以上三个方面的应 用均有报道， 但主要集中在烟草原料的品质分析方 面。测定的指标有， 烟草( 根、 茎和叶) 的水分以及总 植物碱、 总糖、 蛋白质、 还原糖、 尼古丁、 总氮、 氯、 磷、 硫和钾等组分的含量 1 0 2 - 1 0 4 1 。此外， 还测定了卷烟 的焦油、 烟碱和一氧化碳的释放量 1 0 5 。对单品烟叶 的劲头和风味等感官质量也进行了评价研究。近红 外在线水分析仪已用于我国多家卷烟厂巨 叫。 在茶叶成分分析方面， N I R技术可用于茶叶及 其茶制品中化学成分的多组分快速测定， 茶叶等级 的快速评定， 茶树育种和栽培， 茶制品生产过程在线 检测， 以及茶叶真假、 伪劣识别等。我国已用 N I R 分 析 仪 器2 0 0 6 年第2 期 测定了绿茶中氨基酸、 咖啡碱、 茶多酚和茶多糖等组 分的含量 1 0 9 7 ， 在茶叶感官品质评定方面也有所研 究 1 0 8 7 。在花茶熏制过程中， N I R则被用来测定花茶 的水分含量 。 9 。在茶饮料的测定方面， 分析项目涉 及茶多酚、 总儿茶素、 总氨基酸、 茶红素、 茶黄素及咖 啡 碱 等 仁 “ 。 。 4 . 3 食品 N I R分析技术在食品领域中的应用也十分广 泛， 测试对象有乳制品、 酒及饮料、 肉类、 食用油及调 味品、 烘烤食品如面包、 饼干和方便面等。 在乳制品方面， 测量对象有牛奶、 奶粉、 浓缩乳 清蛋白、 乳清粉和豆浆晶等， 分析项目主要是脂肪、 蛋白、 糖 分( 乳 糖、 蔗 糖) 和 水 分 等 ， “ 一 “ 3 7 在酒及饮料方面， 主要测定了酒中的乙醇含量， 啤酒中的酒精度， 原麦汁浓度和总酸， 以及酿酒过程 中酒酷的水分、 酸度、 淀粉和残糖等 1 1 4 , 1 1 5 。此外， 对 真假茅台酒的鉴定也做了 研究 1 1 6 7 在肉类方面， 测定了火腿肠中的蛋白质、 脂肪和 水分等含量 1 1 9 ， 鲜猪肉中肌内脂肪、 蛋白质和水分 含 量 118 。 在食用油方面， 对多种油脂( 如棕桐油、 大豆油、 菜籽油、 玉米油、 花生油、 棉籽油、 芝麻油等) 的碘值， 亚麻油中油酸、 亚油酸、 亚麻酸和不饱和脂肪酸含量 进行了快速分析 1 1 9 , 1 2 0 7 。在调味品方面， 利用近红外 透射光谱测定了酱油中的总酸、 氨基酸态氮和总氮， 以 及食醋中的总酸、 挥发酸和还原糖等指标 12 1 ,1 2 2 7 在烘烤食品方面， 对方便面的含油率进行了快速测 定 1237 。 在制糖方面， 测量对象有甜菜粕、 蔗汁、 混合汁、 清汁、 糖浆和白砂糖等， 分析指标包括水分、 糖分、 转 光度、 锤度、 纯度、 还原糖、 色度和浊度等， 用于甘蔗 的收购计价以及制糖生产过程检测等 1 2 4 - 1 2 9 7 。此 外， 还用于葡萄糖浆中主要成分葡萄糖、 麦芽糖、 麦 芽三糖和果糖等的检测， 为玉米深加工企业提供了 淀粉糖生产过程控制的参考方法， 2 8 7 4 . 4 制药 近红外光谱在制药方面的应用 日趋广泛， 如中 药材的鉴别， 药物中活性组分的测定， 固体药剂的非 破坏性表征， 药物生产过程中各个阶段( 合成、 混合、 加工、 制剂、 压片及包装过程) 原料的在线监控和产 品鉴定等。 在中药定性分析方面， 采用多种化学计量学方 法， 如光谱褶合变换、 多类支持向量机、 系统聚类方 法等， 对大黄、 白芷、 丹参、 甘草、 人参、 红参、 血竭、 芦 丁、 缕蛤、 板蓝根、 蛇床子、 褚实子、 伞形科阿魏亚族、 前胡族和白芷类等中药进行了正品、 伪品以及不同 产地和 类别的 鉴别分 析等研究 1 2 9 ,13 0 在中药定量分析方面， 测定了不同中药的掺入 量; 测定了银杏、 三七药材、 冬虫夏草菌粉、 黄连浸膏 粉、 元胡止痛散、 复方芦丁片、 冰片和葛根等中药中 的有效成分含量 1 3 1 , 1 3 2 ， 并且已逐渐用于中药生产过 程 中 的 在 线 检 测 13 3- 135 在西药定量分析方面， 对多种药物中的有效成 甲磺 分或品质进行了定量分析 1 3 6 - 1 3 9 ， 包括安体舒通 硝哇、 扑热息痛、 磺胺甲基异u 1. 哇、 甲氧节胺哦 ut 胺唾哩、 安乃近、 氨酚烷胺片、 乙酞水杨酸片、 美的 康、 盐酸氨嗅索片剂、 克拉霉素胶囊、 甲磺酸加替沙 星注射液、 维生素 E 、 茶多酚、 头抱氨节胶囊、 头抱拉 定胶囊、 注射用青霉素钠、 注射用奥美拉哩钠、 头抱 罗齐片剂、 诺氟沙星胶囊、 酚咖片、 精氨酸阿司匹林 等。此外， 还测定 了微球制剂 的粒径及其跨度 等1407 。 在西药定性分析方面， 鉴别了甲氧节胺嚓咤、 磺 胺p a 哇、 安乃近、 磺胺甲基异0 f 哇、 美迪康、 安体舒 通、 扑热息痛、 去痛片和甲硝哇等药物的合格药、 劣 药和 假药 1 4 1 7 。 对1 0 种母 一内酞胺类抗生素及中间 体进行了定性鉴别 1 4 2 7 。提出了建立假药识别系统 的设想， 并对罗红霉素片进行了定性鉴别分析巨 ， 口 。 4 . 5 临床医学 由于N I R技术可以实现生物体的在体非介人 分析和监测， 因此成为临床医学上极具发展潜力的 分析和研究技术手段。我国在这一领域已做了大量 的工作， 主要集中在血糖、 血氧测定以及乳腺肿块的 诊断等方面， 大多都处于探索、 开发和评估阶段。 在血糖测定方面， 采用多种方式循序渐进地进 行了无创离体和在体测量人体血糖的研究， 取得了 一定的研究成果 1 4 4 - 1 4 6 7 。除此之外， 还测定了人血 清中总胆固醇、 甘油三醋和总蛋白等 7种生化成 分 1 4 9 7 。 在组织氧检测方面， 我国研制出了多种近红外 组织血氧参数无损监测仪， 其应用领域包括新生儿 脑损伤、 脑血流和脑发育的研究， 体外循环手术过程 中脑氧监测及脑的保护， 组织移植后血运的监测以 及骨骼肌代谢功能评定等 1 4 8 - 1 5 1 7 。在运动医学中， 2 0 0 6 年第 2 期分 析 仪 器 被广泛用于监测运动过程中肌氧和脑氧含量的变 化 1 5 2 7 。此外， 还利用近红外光拓扑图技术进行了脑 血流变化的实时跟踪试验， 用于短期预测脑梗 塞 15 3 。 在乳腺肿块诊断方面， 我国自行开发了多种近 红外乳腺诊断仪， 并进行了 临床分析应用 15 4 - 1 5 6 除了以上主要应用外， N I R还被用于尿液中葡 萄糖和蛋白等成分含量的分析 1 5 7 7 ， 以及临床无损检 测， 了解光透明剂的渗透特性及其对胃组织光学透 明 性 的 影 响 等 1587 4 . 6 石油化工 近1 0 年来， 我国近红外光谱分析技术在石化领 域发展最为迅速， 目前已较为广泛地应用于炼油厂 的化验室， 并逐步用于在线过程分析 1 5 9 7 在汽油方面， N I R的测定对象有催化裂化、 催化 重整和烷基化汽油等组分汽油和成品汽油， 分析项 目主要有辛烷值、 烯烃、 芳烃、 苯和氧含量、 密度、 馏 程和蒸气压等， 还测定 了重整汽油 的详细族组 成 1 6 。 一 6 3 7 ， 以及乙醇汽油中的乙醇、 甲醇、 水分等成 分的含量 1 6 4 7 。我国已有多套汽油调合系统和几套 重整装置安装了 在线近红外光谱仪 1 6 5 , 1 6 6 7 在柴油方面， 涉及到的柴油类型有直馏、 加氢、 催化裂化和成品柴油， 测定的物理性质有十六烷值、 密度、 折光指数、 凝点、 闪点、 馏程及氧化安定性等指 标， 化学组成包括饱和烃、 芳烃总量、 胶质、 详细族组 成 等 167 ,1687 。 在航空煤油方面， 测定的指标有冰点、 闪点、 馏 程、 运动粘度、 密度等多种性质 1 6 9 7 。在深色油品方 面， 测定了润滑油及其基础油的粘度指数和族组成 ( 饱和烃、 芳烃和胶质) ， 。 。 ” ， 原油的馏程 ， ， ， 以及 沥 青 中 的 蜡 含 量 1737 4 . 7 其他领域 在纺织方面， 我国采用 N I R方法测定了棉纤维 中的葡萄糖、 果糖和蔗糖含量 1 7 4 7 ; 二醋酸纤维丝束 中的外油含量和醋化值， 以及醋酸纤维滤棒中的三 醋酸甘油醋含量 1 7 5 7 ; 羊毛/ 染色粘胶混合样中羊毛 的 质 量 分 数 等 1 767 在聚合物分析方面， 采用 N I R对酚醛树脂基高 硅氧预浸料的树脂含量、 挥发分含量和预固化度进 行了定量分析 1 7 7 7 ; 测定了聚异丁烯活性端基、 俘 烯键 含量以及相对分子质量 1 7 8 7 . 聚丙烯粉料和粒料的平 均相对分子质量 1 7 9 7 ; 聚己内酞胺切片相对豁度 1 8 0 7 聚氨醋中的水分， 以及聚醚多元醇中的经值 1 8 1 7 在造纸领域， 测量了蒸煮过程黑液中木素含量 的变化， 在线测定出纸浆卡伯值 1 8 2 7 ; 对竹浆、 蔗渣 浆、 松木浆样品的卡伯值进行了测定 1 8 3 ; 在制浆厂 浆板生产过程中， 在线测量了浆板的水分 1 8 4 在煤质分析方面， 我国采用 N I R测定了煤中的 水分、 挥发分含量以及发热量 1 8 5 7 。在地质分析方 面， 测定了各种地质样品中的化合水、 有机质和二氧 化碳含量 1 8 6 7 ， 近红外光谱仪还应用于矿物填图和宝 石 鉴 定 工 作 187- 1887 。 在军工应用领域， 近红外光谱已被用于无机物 红烟硝酸密度、 四氧化二氮、 磷酸、 氢氟酸和水分含 量等五项指标的快速测定 1 8 9 7 ， 并测定了液体推进剂 燃料混胺中的三乙胺、 二甲苯胺和水分含量以及密 度等， 9 0 , 测定了发射药生产过程中固体含能材料结 构内 挥发分和结构外挥发的 含量 1 9 1 7 在化工领域， 测定了对二乙基苯纯度， 使对二乙 基苯的合成过程易于控制 1 9 2 7 ; 测定了玻璃工业用纯 碱原料的水分， 并在线测量了玻璃生产原料如砂等 物料中的水分， 9 3 , 1 9 4 7 。在己内酞胺生产控制分析中， 对水体系中和苯体系中己内酞胺及无机液中总碳基 等 质 量 指 标进 行了 测 定 1 9 5 7 在环保领域， 对海面溢油种类进行了模拟鉴别， 对水中 有机污染物进行了 快速鉴别 1 9 6 , 1 9 7 7 5 结束语 在 N I R仪器硬件方面， 我国尽管取得了一定成 绩， 但与国际先进水平相比还存在相当大的差距， 例 如仪器的主要核心部件还依赖于进口， 用于测量不 同类型样品的附件不够完善， 光谱仪整体性能指标 和智能化水平有待提高， 尚没有批量生产的专用 N I R分析仪器等。今后， N I R仪器的小型专用化、 智 能网络化和现场在线成套化将是主要发展方向。采 用光纤结合固态模块化光学设计， 开发高效、 形式多 样的专用测样附件， 将是我国今后研发 N I R仪器应 当采取的主要技术路线。在化学计量学方法和软件 方面， 尽管现有的国产软件在主要功能方面已能满 足大多数应用的要求， 但在算法研究( 尤其是模型传 递、 模型适用性等算法的系统研究) 、 专业化软件开 发和及时升级等方面需要投人足够的人力和资金支 持。在 N I R应用研究方面， 我国已几乎涉及了所有 可能应用的领域， 但大多数工作只限于初步的尝试 分 析 仪 器2 0 0 6 年第 2 期 性研究， 离实际应用的要求尚有一定距离， 需要在建 模样品数量、 种类、 影响因素、 稳健性和规范化操作 ( 如模型建立和光谱采集) 等方面做大量的研发工 作。另外， 如何高效利用现有的 N I R模型数据库资 源( 如农业和石化) 也是巫待解决的问题， 需要在网 络平台和模型传递算法等方面进行研究。当前近红 外成像技术在农业、 天文和医学等领域中的应用值 得关注 1 9 7 - 2 0 0 1 ， 可能会成为今后几年的研究热点， 应 该在硬件、 算法、 软件和应用等方面给予足够的重 视 。 参考文献 I S i e s l e r H W, O z a k i Y, K a w a t a S . N e a r - I n f r a r e d S p e c - t r o s c o p y : P r i n c i p l e I n s t r u me n t s a n d A p p l i c a t i o n s . 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