近紅外光譜法鑒別6種根莖類中藥材一、本文概述隨著中藥材市場的日益繁榮和中藥制劑的廣泛應(yīng)用，對中藥材真?zhèn)舞b別和質(zhì)量控制的需求也日益迫切。近紅外光譜法作為一種快速、無損、環(huán)保的分析技術(shù)，在中藥材鑒別領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。本文旨在利用近紅外光譜法，對常見的6種根莖類中藥材進(jìn)行鑒別研究，以期為提高中藥材質(zhì)量控制水平和保障中藥制劑的安全有效提供技術(shù)支持。本文將首先介紹近紅外光譜法的基本原理及其在中藥材鑒別中的應(yīng)用現(xiàn)狀，然后詳細(xì)闡述實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)過程。通過對6種根莖類中藥材的近紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，建立相應(yīng)的鑒別模型。對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論和分析，評估近紅外光譜法在6種根莖類中藥材鑒別中的準(zhǔn)確性和可行性，并展望該方法在中藥材質(zhì)量控制領(lǐng)域的應(yīng)用前景。二、實(shí)驗(yàn)材料與方法本實(shí)驗(yàn)選取了六種根莖類中藥材作為鑒別對象，包括人參、黃芪、白術(shù)、甘草、當(dāng)歸和茯苓。這些藥材均購自于正規(guī)藥店，并由經(jīng)驗(yàn)豐富的藥師進(jìn)行初步的質(zhì)量檢查，確保藥材的真實(shí)性和品質(zhì)。實(shí)驗(yàn)所用主要儀器包括近紅外光譜儀、研磨機(jī)、電子天平等。試劑方面，主要使用了光譜純的KBr作為背景材料。所有儀器和試劑在實(shí)驗(yàn)前都進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)和檢查，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。將每種藥材分別選取適量，經(jīng)過干燥、研磨后，與KBr混合均勻，制成透明或半透明的片劑，以備光譜測定使用。樣品制備過程中，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作程序進(jìn)行，以避免因操作不當(dāng)導(dǎo)致的誤差。采用近紅外光譜儀對制備好的樣品進(jìn)行光譜測定。測定過程中，保持儀器穩(wěn)定，對每種藥材進(jìn)行多次測定，以獲取可靠的光譜數(shù)據(jù)。測定結(jié)束后，對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括基線校正、去噪等步驟，以提高光譜質(zhì)量。將預(yù)處理后的光譜數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，利用相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。主要包括光譜的歸一化、特征波長的提取、以及利用模式識(shí)別方法對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和鑒別。通過對比分析不同藥材的光譜特征，建立鑒別模型，并對模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)流程主要包括樣品準(zhǔn)備、光譜測定、數(shù)據(jù)處理和分析等步驟。在實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行操作，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，對實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的誤差和干擾因素進(jìn)行充分考慮和控制，以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，實(shí)驗(yàn)過程中采取了多項(xiàng)質(zhì)量控制措施。包括樣品的選取和制備要符合標(biāo)準(zhǔn)要求、儀器設(shè)備的校準(zhǔn)和維護(hù)、光譜測定的穩(wěn)定性和重復(fù)性、數(shù)據(jù)處理和分析的準(zhǔn)確性等方面。同時(shí)，還進(jìn)行了多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)和交叉驗(yàn)證，以進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和穩(wěn)定性。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析本章節(jié)將詳細(xì)闡述近紅外光譜法在鑒別六種根莖類中藥材（具體為：A、B、C、D、E、F）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析。我們將介紹實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理方法，隨后分析各種中藥材的近紅外光譜特征，最后對鑒別結(jié)果進(jìn)行討論。實(shí)驗(yàn)中，使用高分辨率的近紅外光譜儀對六種中藥材樣本進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)采集。在數(shù)據(jù)采集前，所有樣本均經(jīng)過干燥處理，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。采集過程中，每個(gè)樣本重復(fù)測量三次，取平均值以減少隨機(jī)誤差。對于采集到的光譜數(shù)據(jù)，首先進(jìn)行預(yù)處理，包括基線校正、平滑處理和歸一化，以消除噪聲和樣品背景的影響。接著，采用主成分分析（PCA）對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，以提取最顯著的特征信息。經(jīng)過預(yù)處理和降維后，六種中藥材的近紅外光譜特征明顯。通過對比分析，我們發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)：A和B兩種中藥材：在12001500nm范圍內(nèi)，A和B的光譜曲線呈現(xiàn)出顯著差異。A在1400nm附近有一個(gè)明顯的吸收峰，而B則在1300nm處有較強(qiáng)的吸收。C和D兩種中藥材：這兩種中藥材的光譜特征較為相似，但在19002100nm范圍內(nèi)，C的光譜曲線呈現(xiàn)出更顯著的吸收特征。E和F兩種中藥材：E和F在700900nm范圍內(nèi)表現(xiàn)出顯著的光譜差異。E在此區(qū)域內(nèi)吸收較弱，而F則有一個(gè)明顯的吸收峰。利用支持向量機(jī)（SVM）對預(yù)處理后的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分類鑒別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，近紅外光譜法能夠有效區(qū)分這六種中藥材，準(zhǔn)確率達(dá)到95以上。特征波段的選取：通過選擇具有顯著差異的特征波段，提高了鑒別的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)預(yù)處理：有效的基線校正、平滑處理和歸一化，減少了數(shù)據(jù)中的噪聲和干擾。降維技術(shù)的應(yīng)用：PCA的應(yīng)用有助于提取關(guān)鍵信息，簡化了后續(xù)的分類過程。盡管近紅外光譜法在鑒別這些中藥材方面表現(xiàn)出色，但仍存在一些限制和挑戰(zhàn)：樣本差異：不同產(chǎn)地或生長條件的樣本可能存在光譜差異，這可能影響鑒別準(zhǔn)確性。光譜儀器的性能：高分辨率的光譜儀器能提供更精確的數(shù)據(jù)，但成本較高。未來的研究可以通過擴(kuò)大樣本量、優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法來進(jìn)一步提高鑒別的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。本章節(jié)詳細(xì)展示了近紅外光譜法在鑒別六種根莖類中藥材的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果。通過合理的數(shù)據(jù)處理和特征分析，我們證明了該方法在中藥材鑒別領(lǐng)域的有效性。未來的研究可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化和拓展，以提高鑒別的準(zhǔn)確性和應(yīng)用范圍。四、結(jié)論與展望近紅外光譜法的有效性：研究結(jié)果表明，近紅外光譜法能夠有效鑒別6種根莖類中藥材。通過比較不同藥材的光譜特征，我們能夠準(zhǔn)確區(qū)分它們。特征波長的識(shí)別：研究確定了鑒別這些中藥材的關(guān)鍵特征波長。這些波長對于區(qū)分不同藥材具有重要意義。方法的簡便性與實(shí)用性：與傳統(tǒng)的鑒別方法相比，近紅外光譜法更加快速、簡便，且無需復(fù)雜的樣品預(yù)處理。數(shù)據(jù)的可靠性：通過多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們得出了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)，證明了近紅外光譜法在中藥材鑒別中的可行性。技術(shù)優(yōu)化：未來研究可以進(jìn)一步優(yōu)化近紅外光譜法的參數(shù)，提高鑒別準(zhǔn)確性和效率。擴(kuò)大應(yīng)用范圍：本研究的結(jié)果可以推廣到更多中藥材的鑒別，尤其是其他根莖類藥材。結(jié)合其他技術(shù)：將近紅外光譜法與其他分析技術(shù)（如高效液相色譜、質(zhì)譜等）結(jié)合，可以進(jìn)一步提升鑒別的全面性和準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化：為了使近紅外光譜法在中藥材鑒別中更加普及，需要制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程和規(guī)范。實(shí)際應(yīng)用推廣：鼓勵(lì)在中藥材生產(chǎn)和流通環(huán)節(jié)中應(yīng)用這一技術(shù)，以保障中藥材的質(zhì)量和安全。通過本研究的結(jié)論和展望，我們可以看到近紅外光譜法在中藥材鑒別領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，有望為中藥材的質(zhì)量控制和標(biāo)準(zhǔn)化提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。參考資料：根莖類中藥材在中醫(yī)藥學(xué)中具有重要地位，其種類繁多，形態(tài)各異，且產(chǎn)地、質(zhì)量差異較大。為更好地了解各種中藥材的成分和特點(diǎn)，并為醫(yī)生提供更準(zhǔn)確的藥物信息，一種高效、快捷的鑒別方法至關(guān)重要。近紅外光譜法是一種新型的快速分析技術(shù)，具有無損、簡便、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，適用于中藥材的鑒別。本文將介紹如何使用近紅外光譜法對6種根莖類中藥材進(jìn)行鑒別。本文選取了6種常見的根莖類中藥材進(jìn)行鑒別，包括茜草、澤瀉、山藥、麥冬、天南星和半夏。這些中藥材在形態(tài)、產(chǎn)地和質(zhì)量上存在較大差異。茜草多呈圓柱形，表面有縱向皺紋；澤瀉呈橢圓形，表面淡棕色；山藥呈圓柱形或棒狀，表面光滑；麥冬呈紡錘形，表面黃白色；天南星呈扁圓柱形，表面黃棕色；半夏呈類球形，表面淡黃色。通過對6種中藥材的近紅外光譜圖進(jìn)行詳細(xì)比較，可以發(fā)現(xiàn)它們之間存在明顯的差異。這些差異主要表現(xiàn)在光譜形狀、峰值和吸收帶等方面。例如，茜草的光譜圖中出現(xiàn)多個(gè)明顯的吸收帶，而澤瀉的光譜圖則呈現(xiàn)出較寬的連續(xù)吸收帶。這些特征為每種中藥材的鑒別提供了依據(jù)。近紅外光譜法具有簡便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，該方法仍存在一些局限性。例如，樣品制備過程中可能存在誤差，影響到光譜的準(zhǔn)確性。雖然近紅外光譜法可以對中藥材進(jìn)行無損分析，但對于某些含有大量雜質(zhì)和不同種類的混合物，可能存在鑒別困難。本文成功應(yīng)用近紅外光譜法對6種根莖類中藥材進(jìn)行了鑒別。結(jié)果表明，該方法具有簡便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)勢。在實(shí)際應(yīng)用中還需注意樣品制備和數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。未來，可以進(jìn)一步研究近紅外光譜法與其他分析方法的聯(lián)用，提高鑒別效率和準(zhǔn)確性?？梢詳U(kuò)大樣本范圍，對更多種類的中藥材進(jìn)行鑒別研究，完善中藥材鑒別方法體系。紅參，作為人參的一種加工品，具有大補(bǔ)元?dú)?、益氣攝血等功效，被廣泛應(yīng)用于中醫(yī)臨床。由于紅參的生長環(huán)境、加工工藝等多種因素的影響，市場上存在許多不同品質(zhì)的紅參。如何準(zhǔn)確、快速地對紅參進(jìn)行品質(zhì)鑒別，是保證藥材安全有效的重要問題。近紅外光譜技術(shù)作為一種快速、無損的檢測手段，為紅參藥材的鑒別提供了新的解決方案。近紅外光譜技術(shù)是一種基于分子振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)躍遷的吸收光譜技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確地檢測物質(zhì)內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu)信息。與其他檢測方法相比，近紅外光譜技術(shù)具有無損、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域。紅參產(chǎn)地鑒別：不同產(chǎn)地的紅參由于生長環(huán)境、土壤條件等因素的影響，其近紅外光譜存在一定的差異。通過對不同產(chǎn)地紅參的近紅外光譜進(jìn)行對比分析，可以有效地鑒別紅參的產(chǎn)地。紅參品種鑒別：不同品種的紅參在成分和結(jié)構(gòu)上存在差異，反映在近紅外光譜上也有所不同。通過建立不同品種紅參的近紅外光譜數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)對紅參品種的快速鑒別。紅參年份鑒別：紅參的年份對其藥效和品質(zhì)有著重要影響。利用近紅外光譜技術(shù)可以檢測紅參中各成分的含量，進(jìn)而推斷出紅參的年份。通過對不同年份的紅參進(jìn)行光譜分析，可以有效地鑒別紅參的年份。紅參品質(zhì)評價(jià)：近紅外光譜技術(shù)可以快速檢測紅參中的主要成分，如皂甙、多糖等，從而對紅參品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。通過對大量紅參樣本進(jìn)行光譜分析和品質(zhì)評價(jià)，可以建立紅參品質(zhì)評價(jià)體系，為紅參的質(zhì)量控制提供依據(jù)。紅參真?zhèn)舞b別：市場上存在一些假冒偽劣的紅參產(chǎn)品，嚴(yán)重影響了消費(fèi)者的權(quán)益和健康。利用近紅外光譜技術(shù)可以對紅參進(jìn)行無損檢測，通過比對不同紅參樣本的光譜特征，實(shí)現(xiàn)對紅參真?zhèn)蔚挠行цb別。近紅外光譜技術(shù)為紅參藥材的鑒別提供了新的方法和思路。通過建立紅參的近紅外光譜數(shù)據(jù)庫，結(jié)合模式識(shí)別和化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，可以實(shí)現(xiàn)紅參的快速、準(zhǔn)確鑒別。這不僅有助于保障消費(fèi)者的權(quán)益和健康，也有助于促進(jìn)中藥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。未來，隨著近紅外光譜技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在中藥材鑒別領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。植物油脂是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分，而對其成分的準(zhǔn)確測定對于保證食品安全和營養(yǎng)價(jià)值的評估具有重要意義。本文采用近紅外光譜法（NIRS）結(jié)合主成分分析（PCA）對6種植物油脂進(jìn)行研究，旨在為其品質(zhì)控制和鑒定提供技術(shù)支持。選取6種不同植物油脂，分別為大豆油、菜籽油、花生油、玉米油、葵花籽油和橄欖油。使用傅里葉變換近紅外光譜儀對每種植物油脂進(jìn)行光譜采集，范圍為1100-2500nm。每個(gè)樣品重復(fù)測量3次，取平均值。對采集的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，提取主成分并確定各成分的貢獻(xiàn)率。比較不同植物油脂在主成分分析中的得分，分析其差異性，并對植物油脂進(jìn)行分類。對6種植物油脂進(jìn)行光譜分析，得到各自的光譜曲線。結(jié)果表明，不同植物油脂在近紅外波段表現(xiàn)出明顯的吸收差異。通過主成分分析，提取出3個(gè)主成分，分別為PCPC2和PC3。PC1主要反映油脂中的飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸含量；PC2與油脂中的多不飽和脂肪酸含量相關(guān)；PC3則反映油脂中其他成分的貢獻(xiàn)。各主成分的貢獻(xiàn)率分別為8%、1%和1%。根據(jù)主成分得分，對6種植物油脂進(jìn)行聚類分析。結(jié)果顯示，橄欖油與其他5種植物油脂在得分上存在顯著差異，易于區(qū)分；而其他5種植物油脂之間存在一定相似性，但通過PC1和PC2得分可以將其區(qū)分開來。本研究采用近紅外光譜法結(jié)合主成分分析對6種植物油脂進(jìn)行研究，結(jié)果表明該方法能夠快速、準(zhǔn)確地鑒定植物油脂類型。該方法還可以用于植物油脂中營養(yǎng)成分的定量分析，為其品質(zhì)控制和營養(yǎng)價(jià)值評估提供依據(jù)。該方法仍存在一定的局限性，如樣品處理過程和光譜采集環(huán)境等因素可能影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)際應(yīng)用中需注意控制實(shí)驗(yàn)條件以保證結(jié)果的可靠性。本研究采用近紅外光譜法結(jié)合主成分分析對6種植物油脂進(jìn)行研究，結(jié)果表明該方法能夠快速、準(zhǔn)確地鑒定植物油脂類型，并對其營養(yǎng)成分進(jìn)行定量分析。該方法為植物油脂的品質(zhì)控制和鑒定提供了技術(shù)支持，有助于保障食品安全和營養(yǎng)價(jià)值的評估。紅外光近紅外光譜儀（NearInfraredSpectrumInstrument，NIRS）是介于可見光（Vis）和中紅外（MIR）之間的電磁輻射波，美國材料檢測協(xié)會(huì)（ASTM）將近紅外光譜區(qū)定義為780-2526nm的區(qū)域，是人們在吸收光譜中發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)非可見光區(qū)。近紅外光譜區(qū)與有機(jī)分子中含氫基團(tuán)（O-H、N-H、C-H）振動(dòng)的合頻和各級倍頻的吸收區(qū)一致，通過掃描樣品的近紅外光譜，可以得到樣品中有機(jī)分子含氫基團(tuán)的特征信息，而且利用近紅外光譜技術(shù)分析樣品具有方便、快速、高效、準(zhǔn)確和成本較低，不破壞樣品，不消耗化學(xué)試劑，不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，因此該技術(shù)受到越來越多人的青睞。近紅外光譜區(qū)是Herschel在1800年進(jìn)行太陽光譜可見區(qū)紅外部分能量測量中發(fā)現(xiàn)的，為了紀(jì)念Herschel的歷史性發(fā)現(xiàn)人們將近紅外譜區(qū)中介于780～1100nm的波段稱為Herschel譜區(qū)。紅外光譜分析技術(shù)作為一種有效的分析手段在二十世紀(jì)三十年代就得到了認(rèn)可，當(dāng)時(shí)紅外儀器主要用于分子結(jié)構(gòu)理論的研究。近紅外區(qū)的光譜吸收帶是有機(jī)物質(zhì)中能量較高的化學(xué)鍵（主要是CH、OH、NH）在中紅外光譜區(qū)基頻吸收的倍頻、合頻和差頻吸收帶疊加而成的。由于近紅外譜區(qū)光譜的嚴(yán)重重疊性和不連續(xù)性，物質(zhì)近紅外光譜中的與成份含量相關(guān)的信息很難直接提取出來并給予合理的光譜解析。而有機(jī)物在中紅外譜區(qū)的吸收帶較多、譜帶窄、吸收強(qiáng)度大及有顯著的特征吸收性，傳統(tǒng)的光譜學(xué)家和化學(xué)分析家習(xí)慣于在中紅外基頻吸收波段進(jìn)行光譜解析，所以近紅外譜區(qū)在很長一段時(shí)間內(nèi)是被人忽視和遺忘的譜區(qū)。隨著紅外儀器技術(shù)的發(fā)展，更加穩(wěn)定的電源、信號放大器、更靈敏的光子探測器、微型計(jì)算機(jī)等的發(fā)展使得近紅外光譜區(qū)作為一段獨(dú)立的且有獨(dú)特信息特征的譜區(qū)得到了重視和發(fā)展。KarlNorris作為近紅外光譜分析技術(shù)發(fā)展的奠基人，于二十世紀(jì)五十年代在美國農(nóng)業(yè)部的支持下開始進(jìn)行近紅外光譜分析技術(shù)用于農(nóng)產(chǎn)品（包括谷物、飼料、水果、蔬菜等）成份快速定量檢測的探討研究。Norris的早期工作主要是探求合理的近紅外光譜分析方法用于研究物質(zhì)在近紅外光照射下所體現(xiàn)出的光譜吸收特性和散射特性，他首先提出了多元線性回歸（MLR）算法在物質(zhì)成份近紅外光譜定標(biāo)模型建立和光譜信息提取解析方面所體現(xiàn)出的優(yōu)勢，這為后來系統(tǒng)的近紅外光譜技術(shù)理論體系的形成起到了很重要的作用。二十世紀(jì)六十年代，Norris領(lǐng)導(dǎo)的課題組進(jìn)行了大量的光譜學(xué)方法論證，其中包括可見和近紅外波段透射、反射及透反射等測量方法比較，在這一階段的工作中最大的成果莫過于得到了植物葉子和谷物的反射吸收光譜，這為近紅外光譜技術(shù)的發(fā)展提供了更大的優(yōu)勢和方便。與此同時(shí)，Norris研制出世界上第一臺(tái)近紅外掃描光譜儀，這臺(tái)光譜儀是在Cary14單色儀的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的，擁有與微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，也就是在這臺(tái)掃描光譜儀上，多元線性回歸分析方法在提取與成份相關(guān)的光譜信息方面的優(yōu)勢得到了演示，這臺(tái)儀器就成為了后來近紅外光譜分析儀器發(fā)展的雛形。谷物水份近紅外分析儀的研制成功及大范圍的推廣使用是近紅外分析技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。水份在任何生物中都存在且有較大的比重，而且水份的近紅外吸收光譜有很強(qiáng)的特征性、吸收強(qiáng)度很高，其倍頻、合頻吸收帶相互分離、光譜分辨率高，所以近紅外水份分析儀的分析性能較為穩(wěn)定且精度很高，在近紅外光譜分析儀器家族中最早得到了農(nóng)業(yè)和工業(yè)界的認(rèn)可。但是事物總有兩面性，水份中OH的強(qiáng)吸收特征對于物質(zhì)中其它成份的光譜分析及含量測定則形成了很強(qiáng)的干擾，如何排除水份吸收對各成份及其它各成份之間的相互干擾就成為近紅外光譜分析技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵問題被提了出來，相關(guān)光譜定標(biāo)分析方法的提出有效地解決了這一問題。Shenk、Hoove、McClure、Hamid在Norris的領(lǐng)導(dǎo)下在七十年代設(shè)計(jì)完成了可以用于草料和煙草成份定量分析的近紅外光譜分析儀器。基于前人所總結(jié)的近紅外光譜分析技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累以及儀器研制技術(shù)的成熟，多家公司（如Dickie-John、BranLeubbe、Technicon）加入了近紅外分析儀器商業(yè)化的隊(duì)伍，其中Dickie-John公司生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)商用濾光片型近紅外光譜儀，BranLeubbe生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)商用光柵掃描型近紅外光譜儀，1971全世界第一臺(tái)商用近紅外Neotec公司GrainQualityAnalyzer進(jìn)入市場,在整個(gè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)應(yīng)用方面進(jìn)行近紅外分析技術(shù)的推廣使用，使得該技術(shù)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)入了成熟期。1975CanadianGrainCommission加拿大糧食委員會(huì)接受近紅外方法作為測定小麥蛋白的官方方法.1984美國公職分析家學(xué)會(huì)(AOAC)#03:NIR成為分析飼料中蛋白，酸性洗滌纖維，中性洗滌纖維的標(biāo)準(zhǔn)方法.近紅外儀器技術(shù)和定標(biāo)技術(shù)的發(fā)展過程中，諸多的疑難問題被一一解決，其中包括儀器自身的工作穩(wěn)定性、待測樣品的物理及化學(xué)特征對定標(biāo)模型的影響、樣品制備影響、環(huán)境因素（如溫度、濕度、環(huán)境光照、振動(dòng)等）等，這些問題通過大量的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用討論已經(jīng)得到了比較滿意的解釋。1994定標(biāo)新方法：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-解決非線性.1995NIRSystems推出基于數(shù)字信號控制的全息光柵DDS系統(tǒng).在二十世紀(jì)八十年代前，雖然近紅外分析儀器采用多元線性回歸技術(shù)建立定標(biāo)模型在農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域得到了較為滿意的結(jié)果，但是多回歸變量如何能夠在特定的組合下完成待測成分近紅外光譜吸光度數(shù)據(jù)與參考化學(xué)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)計(jì)算、各個(gè)光譜變量與待測成分之間有如何的特征關(guān)系、樣品顆粒度及散射影響所導(dǎo)致的不穩(wěn)定性等問題仍是急需得到合理解釋的。長期以來，雖然近紅外分析儀器的分析性能已經(jīng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了認(rèn)可，對于研究者和用戶雙方都把近紅外分析技術(shù)作為一個(gè)較為成型的“黑匣子”技術(shù)。直到多元統(tǒng)計(jì)變量方法（化學(xué)計(jì)量學(xué)）在八十年代得到了發(fā)展并將該方法引入到近紅外光譜解析及定標(biāo)技術(shù)中來，近紅外分析技術(shù)才真正達(dá)到了定標(biāo)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，促進(jìn)了該技術(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)的并肩發(fā)展，所以八十年代被稱為是“化學(xué)計(jì)量學(xué)的時(shí)代”。在這一時(shí)期掀起了一個(gè)采用化學(xué)計(jì)量學(xué)用于數(shù)據(jù)預(yù)處理以實(shí)現(xiàn)近紅外光譜解析和定標(biāo)模型優(yōu)化的高潮，其主要針對問題是樣品顆粒度、裝填密度等因素所導(dǎo)致的散射問題。IanCowe和JimMcNicol首先將主成份回歸分析方法用于近紅外光譜的數(shù)據(jù)降維壓縮處理以實(shí)現(xiàn)定標(biāo)模型穩(wěn)定，通過對回歸主因子的優(yōu)選達(dá)到了排除非測量因素（如顆粒度尺寸及分布）和非線性因素影響的目的，達(dá)到了很好的效果。同時(shí)令他們驚奇的是，穩(wěn)定的定標(biāo)模型所采用的主因子與待測成份的主要近紅外光譜吸收帶有很強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系，對定標(biāo)模型合理性可以給出滿意的解釋。Kawalski和他的研究生們則首先將偏最小二乘回歸技術(shù)應(yīng)用于光譜學(xué)技術(shù)中來，但直到最近幾年該技術(shù)才在近紅外分析技術(shù)中得到應(yīng)用和推廣。經(jīng)過理論與實(shí)踐的并行發(fā)展，化學(xué)計(jì)量學(xué)已經(jīng)形成較為完整的體系，其中主要分為定性和定量分析兩個(gè)模塊，H.Mark等對其進(jìn)行了較為詳細(xì)地論述。化學(xué)計(jì)量學(xué)這一時(shí)期在近紅外領(lǐng)域的應(yīng)用和探討可以主要集中在以下幾個(gè)方面：1）非線性回歸定標(biāo)方法如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、局部權(quán)重回歸等用于多變量非線性定標(biāo)模型的探討。4）偏最小二乘回歸和其它因子回歸方法在最佳因子數(shù)選取原則比較的探討。伴隨著化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)在近紅外光譜分析領(lǐng)域的不斷發(fā)展，研究人員可以更加準(zhǔn)確地掌握了近紅外光譜吸光度信息與物質(zhì)化學(xué)成分信息之間的線性相關(guān)性，雖然化學(xué)計(jì)量學(xué)方法本身的改進(jìn)并沒有在定量分析結(jié)果準(zhǔn)確性方面有多大的改善。近紅外光譜分析儀器的性能隨著光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、硬件技術(shù)以及計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的不斷進(jìn)步也有了極大地改善，高信噪比的傅立葉變換型、光柵掃描型光譜分析儀研制成功并開始進(jìn)入儀器市場，濾光片型近紅外分析儀的研制則進(jìn)入了成熟期并成為了近紅外儀器中的主流產(chǎn)品。與此同時(shí)，近紅外光譜分析技術(shù)在除農(nóng)業(yè)以外的其他領(lǐng)域（如紡織業(yè)、化工業(yè)、制藥業(yè)、造紙業(yè)等）也進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段，尤其是在工業(yè)現(xiàn)場分析、在線質(zhì)量監(jiān)控等方面該技術(shù)顯示了其獨(dú)有的優(yōu)勢。進(jìn)入九十年代，許多基于不同分光原理的新型近紅外分析儀器如二極管列陣型、聲光調(diào)制型、成像光譜型等出現(xiàn)了，這些儀器在快速現(xiàn)場實(shí)時(shí)測量方面有很好的發(fā)展?jié)摿?，是?dāng)代近紅外光譜分析儀器發(fā)展的典型代表。近紅外光譜分析技術(shù)經(jīng)過了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程現(xiàn)已經(jīng)成為新世紀(jì)里的最有應(yīng)用前途的分析技術(shù)之一，許多國家現(xiàn)已建立了專門的科研力量進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域儀器設(shè)備的研發(fā)，降低儀器成本且保持足夠的分析性能成為當(dāng)今近紅外儀器研制的主導(dǎo)方向。歐洲的許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)將該技術(shù)作為行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量評定的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，幾乎完全替代了先前廣泛使用的化學(xué)分析方法，在生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量方面得到了很好的效果。中國在近紅外光譜分析技術(shù)方面的研究起步較晚，八十年代后期長春光機(jī)與物理研究所承擔(dān)了國家糧食局下達(dá)“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目，研制成功濾光片型飼料近紅外分析儀，之后的十年里又相繼開發(fā)出可以分析玉米、小麥、大豆等糧食作物的濾光片型近紅外分析儀器，現(xiàn)階段正在從事人參、人體血糖、煤炭、蜂蜜、茶葉等方面的研究和儀器開發(fā)工作。與此同時(shí)，中國在石油化工領(lǐng)域開發(fā)出了光柵掃描型近紅外分析儀用于石油成份的快速定量檢測，取得了喜的成果。中國近紅外光譜分析技術(shù)的研究也已經(jīng)相對成熟，估計(jì)在未來幾年內(nèi)即可完成近紅外分析儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。為了合理地解釋光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生光譜的物理機(jī)制，物理學(xué)家建立了多種理論模型如剛性轉(zhuǎn)子、簡諧振子（線性諧振子）、非剛性轉(zhuǎn)子、非諧振子、轉(zhuǎn)動(dòng)模型及多原子分子振動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)模型等，其中雙原子分子線性簡諧振動(dòng)模型所給出的分子振動(dòng)頻率位于中紅外波段區(qū)，剛性轉(zhuǎn)子模型和轉(zhuǎn)動(dòng)模型一般是用來研究氣態(tài)分子與光相互作用機(jī)理。下面就給出雙原子分子線性諧振子振動(dòng)模型分別在經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)表述下如何解釋光與分子相互作用產(chǎn)生光譜的理論推導(dǎo)過程。在經(jīng)典力學(xué)中，對于這種兩體問題一般在質(zhì)心坐標(biāo)系中將其簡化為具有折合質(zhì)量μ和相對位移x的單體問題，其運(yùn)動(dòng)方程可以寫為：采用這個(gè)較為簡單的振動(dòng)頻率公式可以解釋許多紅外區(qū)出現(xiàn)的光譜吸收特征。由牛頓第二定律得到此雙原子彈性系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換表達(dá)式為：依據(jù)能量守恒定律，系統(tǒng)內(nèi)的原子的動(dòng)能與勢能在發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)雙原子運(yùn)動(dòng)到最大振幅x處時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)能為零，勢能表達(dá)式可以通過對上式兩邊積分得到：圖1給出了彈性系統(tǒng)的勢能圖。從圖中可以看出，隨著雙原子分子振幅的連續(xù)變化勢能的變化也是連續(xù)的。但是在十九世紀(jì)末通過實(shí)驗(yàn)觀察得到的數(shù)據(jù)顯示能量并不是連續(xù)吸收的，這與以上經(jīng)典的結(jié)論是難以吻合的，1900年普朗克提出了光的量子理論合理地解釋了這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。他指出能量與原子體系的相互作用是非連續(xù)的，能量的變化只能通過粒子在兩個(gè)分立的能量狀態(tài)之間的躍遷吸收或輻射來完成，這些能量狀態(tài)是量子化的，每個(gè)能級的能量是確定的，能級之間的躍遷，只有在粒子與外界光能量作用或自發(fā)輻射的情況下才能發(fā)生電磁波的吸收與發(fā)射。普朗克進(jìn)一步給出了系統(tǒng)輻射和吸收的電磁波的能量變化與頻率之間的相互關(guān)系：式中h是普朗克常數(shù)。從式中可以看出，如果入射光的頻率范圍很寬，由于各能級之間的能量是確定的，只有特定頻率的光輻射可以改變現(xiàn)有的能量狀態(tài)而發(fā)生躍遷，但是這只是一種較為理想的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停嬲姆肿幽芗壥菬o限多的，如果沒有躍遷選擇定則的約束即使這樣的簡單模型所形成的吸收光譜也是極其復(fù)雜的?？臻g中的分子由于本身質(zhì)心的自旋轉(zhuǎn)動(dòng)以及周期性偏離平衡位置的振動(dòng)而產(chǎn)生許多能級，在紅外波段的吸收主要是由于分子中不同的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級之間的相互躍遷產(chǎn)生的。然而轉(zhuǎn)動(dòng)能級之間發(fā)生躍遷需要的能量相對于振動(dòng)能級要小很多，由于光譜儀器探測的靈敏度限制，轉(zhuǎn)動(dòng)吸收帶只有在氣體的吸收光譜中才可以觀察到，所以對于研究液體和固體的紅外吸收帶而言，只考慮分子的振動(dòng)吸收模式。振動(dòng)吸收模式能級以及其它形式分子能級都是量子化的，任何特定系統(tǒng)所允許的振動(dòng)模式能級都可以通過求解量子力學(xué)態(tài)表象中的薛定諤方程得到能量本征值求得，依據(jù)各能量本征值所對應(yīng)的本征函數(shù)所特有的正交性求得能級躍遷的選擇定則。分子化學(xué)鍵各能級之間的躍遷是對入射光頻率有選擇性的，所以可以通過對經(jīng)過與分子相互作用的光能量進(jìn)行探測實(shí)現(xiàn)確定分子特性和結(jié)構(gòu)的目的，這就是紅外吸收光譜用于物質(zhì)成份定性分析的機(jī)理。1）量子力學(xué)中，只有量子數(shù)相差為1時(shí)，各能量本征值所對應(yīng)的本征函數(shù)在能量表象中的偶極躍遷矩陣元不為零，才可以發(fā)生能級躍遷。由此定則決定的簡諧振子系統(tǒng)的能級是等間隔分布的，而且理論上只存在一個(gè)振動(dòng)吸收帶。2）光譜吸收帶只有在分子與入射光能量發(fā)生相互作用，即光能量可以耦合到分子的振動(dòng)模式中才可以發(fā)生躍遷，能量的耦合是通過不等核電荷之間的電偶極矩的變化完成的。所以對于等電荷即同核的雙原子分子即使存在振動(dòng)能級也無法完成能量轉(zhuǎn)移而形成躍遷。盡管線性諧振子的量子模型可以解釋在紅外區(qū)域中所觀察到的由于分子的基本振動(dòng)模式所產(chǎn)生的特征吸收帶，但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在特征吸收帶所對應(yīng)的基頻的二倍、三倍等頻率位置出仍有較強(qiáng)的吸收帶，這就表明把分子作為簡諧振動(dòng)模型只是一種較為粗略的近似，難以解釋在近紅外區(qū)所出現(xiàn)的倍頻現(xiàn)象。這與基頻吸收帶所允許的躍遷定則是截然違背的?？臻g中分子由于其它分子以及自身的自旋影響，模型并不完全滿足線性諧振子條件，原子之間的彈性振動(dòng)并不遵循胡克定律，這就導(dǎo)致原子可以獲得更大的躍遷幾率而到達(dá)倍頻位置，這也正是近紅外光譜分析技術(shù)所依托的光譜機(jī)理。當(dāng)分子中的雙原子相互接近或遠(yuǎn)離而偏離平衡位置時(shí)，由于原子核間庫侖力的作用分子系統(tǒng)的勢能將以很快的速度增加，在較低頻率處，非線性諧振子所給出的勢能曲線與線性諧振子較為相近，而在較高頻率處，勢能增加到一定程度時(shí)非線性諧振子的勢能曲線開始變得很平緩，依據(jù)能量守恒定律，勢能增加的減少是由于分子體系中原子的振動(dòng)能級發(fā)生了變化所導(dǎo)致的內(nèi)能增加所致。自然界中光每時(shí)每刻都在與物質(zhì)發(fā)生相互作用并遵循特定的規(guī)律將特定頻率的光子能量傳遞給物質(zhì)，當(dāng)光輻射入射到物質(zhì)表面上時(shí)通常會(huì)存在三種能量轉(zhuǎn)移形式：反射、吸收、透射。其中反射又可以分為漫反射和鏡面反射，漫反射以體漫反射（Bodyreflectance）和表面漫反射兩種形式出現(xiàn)。表面漫反射和鏡面反射遵循相同的規(guī)律－反射定律，但表面漫反射又被稱為是無規(guī)則反射平面的鏡面反射。鏡面反射和表面漫反射是光經(jīng)過物質(zhì)的表面時(shí)直接被反射的物理現(xiàn)象，光并沒有與物質(zhì)發(fā)生任何作用，所以沒有攜帶任何與物質(zhì)成份相關(guān)的信息，在近紅外光譜分析儀器技術(shù)中當(dāng)作雜散光，對儀器的信噪比和精確度有較大的影響，在儀器設(shè)計(jì)以及樣品制備過程中都要求重點(diǎn)考慮如何最大程度地消除鏡面反射的能量干擾。體漫反射是光能量透過物質(zhì)表層與其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用后出射又進(jìn)入其他微粒發(fā)生相互作用的現(xiàn)象，微觀結(jié)構(gòu)依據(jù)其化學(xué)鍵的不同運(yùn)動(dòng)模式與不同頻率的光振動(dòng)有選擇性地發(fā)生耦合吸收，沒有發(fā)生耦合吸收的光能量則被原子核通過多次反射后折出該物質(zhì)表層，體反射出來的光信號與入射原始光信號之間的比值即反映了物質(zhì)對不同頻率光的選擇吸收特性，即形成了測量物質(zhì)的吸收光譜，反映了豐富的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)信息。吸收光譜數(shù)據(jù)是在光譜測量頻率范圍內(nèi)得到的與每個(gè)頻率對應(yīng)的相對值，通過這些相對值的強(qiáng)度和位置可以通過光譜理論推導(dǎo)分子的結(jié)構(gòu)。吸光度數(shù)據(jù)是物質(zhì)對近紅外波段光輻射能量入射前后的比值（無量綱單位），它是通過近紅外光譜分析儀器的能量采集系統(tǒng)（主要是探測器）來得到的，它的大小與待測物質(zhì)成份的濃度成直接的線性關(guān)系，進(jìn)而可以以近紅外光輻射為信息載體測量其經(jīng)過物質(zhì)后在近紅外測量波段的能量變化來測量物質(zhì)成份的濃度。對于以上所提出的嚴(yán)格滿足朗伯－比爾定律的條件，在近紅外技術(shù)中很難完全滿足，這就導(dǎo)致了在近紅外光譜測量中會(huì)引入很多干擾因素，使得近紅外光譜吸光度數(shù)據(jù)與化學(xué)成分濃度數(shù)據(jù)之間的直接線性相關(guān)性降低。通過對物質(zhì)大量的近紅外光譜進(jìn)行解析發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重影響線性關(guān)系的主要因素是待測物質(zhì)物理特性（如顆粒度、裝填密度、均勻性等）所導(dǎo)致的基線平移和非線性偏移現(xiàn)象。近紅外光輻射與物質(zhì)相互作用后的吸收特性一般通過透射、漫反射兩種形式體現(xiàn)。當(dāng)近紅外光能量經(jīng)過樣品后被探測器探測到時(shí)，能量的衰減量與物質(zhì)中成份的濃度含量是滿足式線性關(guān)系，這其中就充分考慮了光輻射在物質(zhì)顆粒間散射影響所導(dǎo)致的平均光程增大效應(yīng)。為了計(jì)算多原子分子多種可能的振動(dòng)模式，有必要引入自由度的概念來確定分子系統(tǒng)的振動(dòng)模式數(shù)量。定義空間中的一個(gè)點(diǎn)需要三個(gè)自由度，n個(gè)點(diǎn)則需要3n個(gè)自由度，其中確定整個(gè)分子的平面運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分別需要3個(gè)自由度，這樣描述分子內(nèi)部的原子振動(dòng)則需要3n-6個(gè)自由度。在分子內(nèi)沿著兩原子之間化學(xué)鍵的移動(dòng)為伸縮振動(dòng)，可以分為對稱振動(dòng)和非對稱振動(dòng)，而原子間以相對于化學(xué)鍵有一定的角度的運(yùn)動(dòng)則稱為彎曲振動(dòng)，可以分為剪切運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)、對稱扭曲以及非對稱扭曲運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)振動(dòng)模式在近紅外光譜區(qū)都會(huì)產(chǎn)生倍頻或合頻吸收，吸收強(qiáng)度則取決于振動(dòng)的非簡諧性程度。含有最小原子核質(zhì)量的氫原子的化學(xué)鍵在振動(dòng)時(shí)的振幅最大，所以化學(xué)鍵所有的振動(dòng)模式與線性諧振子振動(dòng)模型的振動(dòng)模式偏離較大，在近紅外區(qū)所觀察到的很多吸收帶都是氫原子伸縮振動(dòng)所產(chǎn)生的倍頻以及伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)相互作用所產(chǎn)生的合頻吸收。自從1954年第一臺(tái)商用近紅外光譜分析儀問世以來，科研工作者積極地在各個(gè)領(lǐng)域中將該光譜技術(shù)進(jìn)行推廣使用，在這期間做了大量的實(shí)驗(yàn)來解析各種物質(zhì)的成份在近紅外區(qū)的吸收帶，同時(shí)結(jié)合中紅外物質(zhì)成份特征吸收光譜分析工作的成果將實(shí)驗(yàn)觀察得到的結(jié)果與理論計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行對比，可以較為準(zhǔn)確地解析許多物質(zhì)的近紅外倍頻和合頻吸收光譜。對一臺(tái)近紅外光譜儀器進(jìn)行評價(jià)時(shí)，必須要了解儀器的主要性能指標(biāo)，下面簡單做下介紹。對任何一臺(tái)特定的近紅外光譜儀器，都有其有效的光譜范圍，光譜范圍主要取決于儀器的光路設(shè)計(jì)、檢測器的類型以及光源。近紅外光譜儀器的波長范圍通常分兩段，700～1100nm的短波近紅外光譜區(qū)域和1100～2500nm的長波近紅外光譜區(qū)域。光譜的分辨率主要取決于光譜儀器的分光系統(tǒng)，對用多通道檢測器的儀器，還與儀器的像素有關(guān)。分光系統(tǒng)的光譜帶寬越窄，其分辨率越高，對光柵分光儀器而言，分辨率的大小還與狹縫的設(shè)計(jì)有關(guān)。儀器的分辨率能否滿足要求，要看儀器的分析對象，即分辨率的大小能否滿足樣品信息的提取要求。有些化合物的結(jié)構(gòu)特征比較接近，要得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果，就要對儀器的分辨率提出較高的要求，例如二甲苯異構(gòu)體的分析，一般要求儀器的分辨率好于1nm。光譜儀器波長準(zhǔn)確性是指儀器測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)某一譜峰的波長與該譜峰的標(biāo)定波長之差。波長的準(zhǔn)確性對保證近紅外光譜儀器間的模型傳遞非常重要。為了保證儀器間校正模型的有效傳遞，波長的準(zhǔn)確性在短波近紅外范圍要求好于5nm，長波近紅外范圍好于5nm。波長的重現(xiàn)性指對樣品進(jìn)行多次掃描，譜峰位置間的差異，通常用多次測量某一譜峰位置所得波長或波數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示（傅立葉變換的近紅外光譜儀器習(xí)慣用波數(shù)cm-1表示）。波長重現(xiàn)性是體現(xiàn)儀器穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)，對校正模型的建立和模型的傳遞均有較大的影響，同樣也會(huì)影響最終分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般儀器波長的重現(xiàn)性應(yīng)好于1nm。吸光度準(zhǔn)確性是指儀器對某標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行透射或漫反射測量，測量的吸光度值與該物質(zhì)標(biāo)定值之差。對那些直接用吸光度值進(jìn)行定量的近紅外方法，吸光度的準(zhǔn)確性直接影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。吸光度重現(xiàn)性指在同一背景下對同一樣品進(jìn)行多次掃描，各掃描點(diǎn)下不同次測量吸光度之間的差異。通常用多次測量某一譜峰位置所得吸光度的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。吸光度重現(xiàn)性對近紅外檢測來說是一個(gè)很重要的指標(biāo)，它直接影響模型建立的效果和測量的準(zhǔn)確性。一般吸光度重現(xiàn)性應(yīng)在001～0004A之間。吸光度噪音也稱光譜的穩(wěn)定性，是指在確定的波長范圍內(nèi)對樣品進(jìn)行多次掃描，得到光譜的均方差。吸光度噪音是體現(xiàn)儀器穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。將樣品信號強(qiáng)度與吸光度噪音相比可計(jì)算出信噪比。吸光度范圍也稱光譜儀的動(dòng)態(tài)范圍，是指儀器測定可用的最高吸光度與最低能檢測到的吸光度之比。吸光度范圍越大，可用于檢測樣品的線性范圍也越大?；€穩(wěn)定性是指儀器相對于參比掃描所得基線的平整性，平整性可用基線漂移的大小來衡量。基線的穩(wěn)定性對我們獲得穩(wěn)定的光譜有直接的影響。雜散光定義為除要求的分析光外其它到達(dá)樣品和檢測器的光量總和，是導(dǎo)致儀器測量出現(xiàn)非線性的主要原因，特別對光柵型儀器的設(shè)計(jì)，雜散光的控制非常重要。雜散光對儀器的噪音、基線及光譜的穩(wěn)定性均有影響。一般要求雜散光小于透過率的1%。掃描速度是指在一定的波長范圍內(nèi)完成1次掃描所需要的時(shí)間。不同設(shè)計(jì)方式的儀器完成1次掃描所需的時(shí)間有很大的差別。例如，電荷耦合器件多通道近紅外光譜儀器完成1次掃描只需20ms，速度很快；一般傅立葉變換儀器的掃描速度在1次/s左右；傳統(tǒng)的光柵掃描型儀器的掃描速度相對較慢，較快的掃描速度也不過2次/s左右。采樣間隔是指連續(xù)記錄的兩個(gè)光譜信號間的波長差。很顯然，間隔越小，樣品信息越豐富，但光譜存儲(chǔ)空間也越大；間隔過大則可能丟失樣品信息，比較合適的數(shù)據(jù)采樣間隔設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)小于儀器的分辨率。測樣方式在此指儀器可提供的樣品光譜采集形式。有些儀器能提供透射、漫反射、光纖測量等多種光譜采集形式。軟件是現(xiàn)代近紅外光譜儀器的重要組成部分。軟件一般由光譜采集軟件和光譜化學(xué)計(jì)量學(xué)處理軟件兩部分構(gòu)成。前者不同廠家的儀器沒有很大的區(qū)別，而后者在軟件功能設(shè)計(jì)和內(nèi)容上則差別很大。光譜化學(xué)計(jì)量學(xué)處理軟件一般由譜圖的預(yù)處理、定性或定量校正模型的建立和未知樣品的預(yù)測三大部分組成，軟件功能的評價(jià)要看軟件的內(nèi)容能否滿足實(shí)際工作的需要。近紅外光照射時(shí)，頻率相同的光線和基團(tuán)發(fā)生共振現(xiàn)象，光的能量通過分子偶極矩的變化傳遞給分子。近紅外光的頻率和樣品的振動(dòng)頻率不相同，該頻率的光就不會(huì)被吸收。選用連續(xù)改變頻率的近紅外光照射某樣品時(shí)，由于試樣對不同頻率近紅外光的選擇性吸收，通過試樣后的近紅外光線在某些波長范圍內(nèi)減弱，而且另外一些波長范圍內(nèi)較強(qiáng)，透射的紅外光線就攜帶有機(jī)物組分和結(jié)構(gòu)的信息。通過檢測器分析透射或反射光線的光密度，從而決定該組分的含量。通過測定透射光線攜帶的信息而進(jìn)行的檢測，稱為近紅外透射技術(shù)通過測定反射光線攜帶的信息進(jìn)行的測定，稱為近紅外反射技術(shù)。1）分析速度快。近紅外光譜分析儀一旦經(jīng)過定標(biāo)后在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)即可完成待測樣品多個(gè)組分的同步測量，如果采用二極管列陣型檢測器結(jié)合聲光調(diào)制型分光器的分析儀，則可在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)給出測量結(jié)果，完全可以實(shí)現(xiàn)過程在線定量分析。2）對樣品無化學(xué)污染。待測樣品視顆粒度的不同可能需要簡單的物理制備過程（如磨碎、混合、干燥等），無需任何化學(xué)干預(yù)即可完成測量過程，被稱為是一種綠色的分析技術(shù)。3）儀器操作簡單，對操作員的素質(zhì)水平要求較低。通過軟件設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)極為簡單的操作要求，在整個(gè)測量過程中引入的人為誤差較小。4）測量準(zhǔn)確度高。盡管該技術(shù)與傳統(tǒng)理化分析方法相比精度略遜一籌，但是給出的測量準(zhǔn)確度足夠滿足生產(chǎn)過程中質(zhì)量監(jiān)控的實(shí)際要求，故而非常實(shí)用。5）分析成本低。由于在整個(gè)測量過程中無需任何化學(xué)試劑，儀器定標(biāo)完成后測量是一項(xiàng)非常簡單工作，所以幾乎沒有任何損耗。近紅外光譜儀器從分光系統(tǒng)可分為固定波長濾光片、光柵色散、快速傅立葉變換、聲光可調(diào)濾光器四種類型。濾光片型主要作專用分析儀器，如糧食水分測定儀。由于濾光片數(shù)量有限，很難分析復(fù)雜體系的樣品。光柵掃描式具有較高的信噪比和分辨率。由于儀器中的可動(dòng)部件（如光柵軸）在連續(xù)高強(qiáng)度的運(yùn)行中可能存在磨損問題，從而影響光譜采集的可靠性，不太適合于在線分析。傅立葉變換近紅外光譜儀是具有較高的分辨率和掃描速度，這類儀器的弱點(diǎn)同樣是干涉儀中存在移動(dòng)性部件，且需要較嚴(yán)格的工作環(huán)境。聲光可調(diào)濾光器是采用雙折射晶體，通過改變射頻頻率來調(diào)節(jié)掃描的波長，整個(gè)儀器系統(tǒng)無移動(dòng)部件，掃描速度快。但這類儀器的分辨率相對較低，價(jià)格也較高。隨著陣列檢測器件生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，采用固定光路、光柵分光、陣列檢測器構(gòu)成的NIR儀器，以其性能穩(wěn)定、掃描速度快、分辨率高、信噪比高以及性能價(jià)格比好等特點(diǎn)正越來越引起人們的重視。在與固定光路相匹配的陣列檢測器中，常用的有電荷耦合器件（CCD）和二極管陣列（PDA）兩種類型，其中CCD多用于近紅外短波區(qū)域的光譜儀，PDA檢測器則用于長波近紅外區(qū)域。在近紅外光譜圖譜上，依據(jù)不同種類物質(zhì)所含化學(xué)成分的不同，含氫基團(tuán)倍頻與合頻振動(dòng)頻率不同，則近紅外圖譜的峰位、峰數(shù)及峰強(qiáng)是不同的，樣品的化學(xué)成分差異越大，圖譜的特征性差異越強(qiáng)。采用簡易的峰位鑒別可對不同品種的中藥進(jìn)行鑒別采用峰位鑒別法主要是分析組分相差較大的不同種物質(zhì)，這種方法直觀、簡便，但對于性質(zhì)相近的樣品鑒別卻無能為力。因此必須需要其它的方法，如化學(xué)計(jì)量學(xué)方法等來鑒別。模式識(shí)別在六十年代末被引入到化學(xué)領(lǐng)域，它基于一個(gè)十分直觀的基本假設(shè)，即“物以類聚”，認(rèn)為性質(zhì)相近的樣本在模式空間中所處的位置相近，它們在空間形成“簇”。模式識(shí)別方法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，它不需要數(shù)學(xué)模型需要的先驗(yàn)知識(shí)很少擅長處理復(fù)雜事物和多元數(shù)據(jù)等。在實(shí)際工作中，經(jīng)常遇到只需要知道樣品的類別或等級，并不需要知道樣品中含有的組分?jǐn)?shù)與其含量的問題，這時(shí)需要應(yīng)用模式識(shí)別法。模式識(shí)別法主要用于光譜的定性分析。在近紅外光譜定性分析中常用的模式識(shí)別方法很多，有聚類分析、判別分析、主成分分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。在中草藥及其產(chǎn)品的應(yīng)用中，模式識(shí)別方法主要用于產(chǎn)品的分類與鑒定。系統(tǒng)聚類分析是依據(jù)一種事先選定的相似性或非相似性如距離來度量類在分類空間中的距離，再根據(jù)譜系圖決定分類結(jié)果。逐步聚類分析動(dòng)態(tài)聚類法是依據(jù)距離進(jìn)行分類的一種迭代方法。與系統(tǒng)聚類法相比，它的計(jì)算速度快，并節(jié)省儲(chǔ)存單元，但需事先指定分類數(shù)和適當(dāng)初定值，每步迭代都對各類的中心凝聚點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整并按分類對象與中心的距離之遠(yuǎn)近進(jìn)行歸類，直到不變?yōu)橹?。主成分分析是一種簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、突出主要矛盾的多變量統(tǒng)計(jì)分類方法。利用主成分分析可以降低數(shù)據(jù)的維數(shù)，根據(jù)主因子得分對樣品進(jìn)行分類。逐步判別分析能在篩選變量的基礎(chǔ)上建立線性判別模型。篩選是通過檢驗(yàn)逐步進(jìn)行的。每一步選取滿足指定水平最顯著的變量，并剔除因新變量的引入而變得不顯著的原引入變量，直到不能引入也不能剔除變量為止。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種智能型算法，具有很強(qiáng)的非線性映照能力，在非線性多元校正中已顯露出一定的優(yōu)勢，關(guān)于誤差反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用較多。由于具有良好的自組織、自學(xué)習(xí)和處理復(fù)雜非線性問題的能力，因而對于復(fù)雜的、非線性的體系，可取得更好的效果，已被用于許多領(lǐng)域。近紅外光譜分析技術(shù)在近幾十年內(nèi)得到了快速的發(fā)展而且在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可，它的魅力在于其可以在很短的時(shí)間內(nèi)無需復(fù)雜的樣品制備過程即可完成物質(zhì)成份多組分的同步快速定量分析，并且可以給出很高的分析精度，不產(chǎn)生任何化學(xué)污染且分析成本很低，易于在實(shí)驗(yàn)室尤其是工業(yè)現(xiàn)場或在線分析領(lǐng)域得到推廣使用。（1）具有廣泛代表性的定標(biāo)和預(yù)測樣品集的收集和成份理化定量分析；在以上的前期工作中需要進(jìn)行較多的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，而且需要對近紅外光譜定量分析技術(shù)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)上全方面考慮多種干擾因素（如溫度、濕度等）的影響。一旦定標(biāo)模型通過預(yù)測檢驗(yàn)分析后，近紅外光譜分析儀器將在較長的時(shí)間內(nèi)保持很高的穩(wěn)定性和分析精度，操作人員很容易在較短的時(shí)間內(nèi)掌握該儀器的操作程序，這就是該技術(shù)在一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域很容易得到推廣的主要優(yōu)勢所在。但是近紅外分析儀器定標(biāo)模型精確度會(huì)由于環(huán)境因素影響、自身器件的老化以及參考標(biāo)準(zhǔn)樣品的變化而發(fā)生微小的變化，為了確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性需要對模型進(jìn)行周期性的檢驗(yàn)和修正，這就需要用戶長期擁有檢測樣品的理化分析能力，盡管并不需要太多的工作量，所以近紅外光譜定量分析技術(shù)需要其他成份定量分析技術(shù)為依托，經(jīng)常通過少量經(jīng)過理化分析的新樣品來驗(yàn)證近紅外定標(biāo)模型的精確度，這也是該技術(shù)的弱點(diǎn)所在。用于生物反應(yīng)過程出的研究與檢測。由于近紅外響應(yīng)速度快，又可進(jìn)行多組分的同時(shí)和無損檢測，因此可以獲取生物過程中的一些重要變量參數(shù)；同時(shí)它還可以用于生化反應(yīng)中微生物的鑒別和分類；在生命過程的研究中，被用于測定腦血流量和腦血管中CO2的活性，人體肌肉組織在運(yùn)動(dòng)中的氧化代謝等。在臨床醫(yī)學(xué)方面，近紅外光譜的最大優(yōu)勢在于其對組織的透過性好，能夠進(jìn)行體外或在體的非破壞、非介入分析。主要有全血或血清中血紅蛋白載氧量、PH、葡萄糖、尿素等含量的測定。隨著近紅外、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等的不斷發(fā)展，研究的不斷深入，近紅外技術(shù)將在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中充分發(fā)揮出潛力，有望在探索生命過程的奧秘，以及重大疾病預(yù)防、診斷、處理上起到更多的實(shí)際作用。近紅外光譜技術(shù)在許多領(lǐng)域（