近紅外光源：概念、優(yōu)缺點與應(yīng)用解析

什么是近紅外光源？

近紅外光源（Near Infrared Light Source, NIR）是指發(fā)射近紅外光的設(shè)備。近紅外光是介于可見光（VIS）和中紅外光（MIR）之間的電磁波，其波長范圍通常定義為780至2526納米（nm）。根據(jù)美國試驗和材料檢測協(xié)會（ASTM）的標(biāo)準(zhǔn)，近紅外區(qū)域進(jìn)一步劃分為近紅外短波（780至1100nm）和近紅外長波（1100至2526nm）。

近紅外光是人類最早發(fā)現(xiàn)的非可見光區(qū)域之一，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。

近紅外光源的主要弱點

• 模型建立需求高：近紅外光譜分析需要大量具有代表性且化學(xué)值已知的樣品來建立模型，這使得對小批量樣品的分析成本較高。
• 模型維護(hù)復(fù)雜：建立的模型并非一勞永逸，儀器狀態(tài)的變化、樣品的代表性變化（如作物新品種或產(chǎn)地差異）都會影響測定結(jié)果。
• 模型轉(zhuǎn)移難度大：目前模型轉(zhuǎn)移問題尚未完全解決，每臺儀器通常需要獨立建模，模型無法通用。
• 不適用于少量樣品分析：由于建模成本高，樣品數(shù)量少時測試費用較高，經(jīng)濟(jì)性較差。

近紅外光源的主要優(yōu)點

• 無前處理、無污染：近紅外光具有強(qiáng)穿透能力，可直接檢測樣品，無需化學(xué)試劑，避免環(huán)境污染，同時節(jié)約試劑費用。
• 無破壞性：近紅外技術(shù)對樣品無損傷，適用于果蔬等原料及成品的無損檢測，可進(jìn)行更多數(shù)量的抽樣檢查。
• 支持在線檢測：近紅外技術(shù)可在生產(chǎn)流水線上實時檢測原料、半成品及成品，及時發(fā)現(xiàn)品質(zhì)變化，便于調(diào)控生產(chǎn)過程。
• 多組分同時檢測：在同一模式下，近紅外技術(shù)可同時測定多種組分，極大提高了檢測效率。
• 測定速度快：近紅外光譜數(shù)據(jù)處理快速，通常在2分鐘內(nèi)即可完成定性或定量分析。
• 投資及操作費用低：近紅外光譜儀的光學(xué)材料多為普通石英或玻璃，儀器價格較低，操作空間小，樣品無需預(yù)處理，且高度自動化降低了操作難度。

近紅外光源的應(yīng)用場景

近紅外光源廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，例如：

• 農(nóng)業(yè)：用于檢測作物的水分、蛋白質(zhì)、淀粉等成分。
• 食品工業(yè)：用于分析食品的營養(yǎng)成分、品質(zhì)控制和安全檢測。
• 醫(yī)藥領(lǐng)域：用于藥品的成分分析和質(zhì)量控制。
• 環(huán)境監(jiān)測：用于水質(zhì)、空氣質(zhì)量等環(huán)境參數(shù)的快速檢測。

總結(jié)

近紅外光源作為一種先進(jìn)的檢測技術(shù)，憑借其無損檢測、多組分同時測定、快速高效等優(yōu)點，已成為多個行業(yè)的重要工具。然而，其模型建立和維護(hù)的復(fù)雜性也對實際應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，近紅外光源的應(yīng)用潛力將更加廣闊。

參考來源

• ASTM International
• Nature
• ScienceDirect