IR紅外云學堂首期重磅上線丨紅外光譜技術發(fā)展及應用概況
紅外光譜發(fā)展簡介
紅外光的發(fā)現(xiàn)可以追溯到1800年英國天文學家威廉·赫歇爾(William Herschel),,在分析領域,紅外光譜習慣被分為近紅外光譜,、中紅外光譜和遠紅外光譜三段譜區(qū),,物質對紅外光的吸收是由分子振動-轉動能級躍遷產生的,紅外光譜是分子結構的指紋信息,。紅外光譜由紅外光譜儀測定獲得,,最早的紅外光譜儀設計在1913年由英國科學家查爾斯·巴內特(Charles A. Barnett)提出,1952年由英國科學家H. E. Sponer最早制造了光柵型紅外光譜儀,。從1950年代開始,,尤其是1970年代傅里葉變換型紅外光譜儀(FTIR)開始商業(yè)化及計算機普及以后,,紅外光譜技術作為一種重要的分析技術得到了廣泛的應用。紅外光譜的分子結構特征豐富,,幾乎所有有機,、無機成分均有紅外吸收,氣體,、液體,、固體均可直接測定,是全能型分析技術,;盡管有了質譜,、核磁等各種分析手段,但是紅外光譜技術依然是一種主流的分析技術,,是許多分析測試中的首選甚至是唯一的技術。
紅外光譜應用概覽
中紅外光譜技術是有機和無機化合物的分子表征和定量分析的常規(guī)方法,。近年來,,隨著微型儀器、顯微紅外儀器,、遙測光譜儀器,、真空紅外儀器、增強紅外和聯(lián)用儀器(TGA-FTIR/GC-MS,、EC-FTIR,、AFM-FTIR等)等新儀器不斷涌現(xiàn),原位紅外,、基體隔離技術,、在線分析、現(xiàn)場分析也取得了重要進展,,豐富的測試附件使得紅外測試變得簡便快速,,紅外光譜技術越來越廣泛應用于科研、生產,、監(jiān)管等方面,,具體應用領域:
(1)工業(yè)生產過程分析與質量保證:生產過程分析,原料質量和產品質量一致性,;
(2)材料分析與質量表征:新材料表征,、雜質分析、相變過程,、材料生產過程分析,,產品質量一致性;
(3)環(huán)境監(jiān)測:大氣,、水,、土壤中污染物檢測,,氣體成分檢測、微塑料顆粒檢測等,;
(4)地質礦產鑒定:礦石鑒定,、珠寶鑒定、地質勘探,;
(5)醫(yī)學與制藥:疾病診斷,、傷口愈合診斷、藥物分析,、醫(yī)用材料鑒定,;
(6)半導體與芯片:芯片材料純度分析、材料缺陷或雜質,、材料能帶測定,、芯片制造原附料質量保證;
(7)公共安全和物證鑒定:毒品,、?;疯b定、通關貨物檢查,、物證分析鑒定,、爆炸物分析、毒物分析,;
(8)文物鑒定:材料(紙張,、涂料、顏料,、織物)鑒定,、藝術品真?zhèn)魏湍甏b定;
(9)石油:石油錄井,、煉油工藝,、石油調合、油品成分,;
(10)新能源:電池材料表征,、能源轉換過程表征;
近紅外光譜技術也是有機和部分無機物的分子表征和定量分析方法,,通常用于樣品的快速,、無損、無需樣品制備的現(xiàn)場在線分析,,主要是品質指標表征和主要成分測定,,以及產品保真性溯源(品種、產地、部位,、收獲期等),。近年來,從手持儀器,、袖珍儀器到微型儀器,,不同類型的微型儀器不斷涌現(xiàn),以及機器學習,、大數(shù)據與人工智能的發(fā)展,,近紅外光譜技術在產業(yè)中現(xiàn)場、在線分析應用成為熱點,,具體應用領域:
(1)農業(yè)投入品質量保證:種子,、化肥、地膜,、農藥質量保證,;
(2)農產品品質分析:品質現(xiàn)場檢測與評價、果品自動分揀,;
(3)糧油質量分析:營養(yǎng)成分(蛋白,、脂肪、淀粉,、纖維素、氨基酸,、維生素,、礦物質等)與功能性成分分析,面粉加工特性分析(面筋,、沉降值等),、大米品質測定、玉米賴氨酸測定,;
(4)飼料:生產過程分析與原料質量(水分,、蛋白質、脂肪,、纖維等)保證,;
(5)食品(酒類、乳制品,、肉制品)質量控制:液態(tài)奶品質,、乳制品品質、肉品新鮮度,、肉品品質,、肉類摻假鑒定、酒類風味成分分析,發(fā)酵工藝控制,、啤酒原料質量保證,、麥汁原濃含量測定;
(6)工業(yè):化工,、制造過程分析與質量保,;
(7)醫(yī)學檢驗:藥物成分含量與純度、成品藥均勻性,、非侵入式體內藥物濃度檢測,;
(8)制藥過程分析:活性成分、混合過程,、生產工藝,、藥物質量保證;
(9)材料:生產過程分析,、工藝分析控制,、產品質量分析與一致性保證;
(10)地質礦產與珠寶鑒定,。
紅外光譜技術已經從常規(guī)實驗室走向現(xiàn)場實時在線分析,,在提高產品質量、提升企業(yè)生產效率,、發(fā)展新質生產力具有無限的潛力,。
作者簡介
閔順耕 教授
畢業(yè)于清華大學,博士,,中國農業(yè)大學理學院應用化學系教授,、博士生導師。
現(xiàn)任中國儀器儀表學會分析儀器學會常務理事,,中國儀器儀表學會分析農業(yè)應用儀器學會常務理事,,北京市農產品質量與安全學會常務理事,《現(xiàn)代儀器》雜志副主編,。
創(chuàng)刊介紹
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