近紅外光(nearinfrared，NIR)是介于可見光(VIS)和中紅外光(MIR)之間的電磁波，美國材料檢測協(xié)會(huì)(ASTM)將波長780~2526nm的光譜區(qū)定義為近紅外光譜區(qū)。近紅外光譜主要應(yīng)用兩種技術(shù)獲得：透射光譜技術(shù)和反射光譜技術(shù)。透射光譜波長一般在780~1100nm范圍內(nèi)；反射光譜波長在1100~2526nm范圍內(nèi)。近紅外光譜區(qū)(NIR)是由Herschel在1800年發(fā)現(xiàn)的。真正用于農(nóng)產(chǎn)晶方面的實(shí)用分析技術(shù)始于20世紀(jì)60年代。KarlNorris等人首先用近紅外光譜區(qū)測定谷物中的水分、蛋白質(zhì)。但是由于分子在該譜區(qū)倍頻和合頻吸收弱，且譜帶重疊嚴(yán)重，給分析和鑒定帶來了困難，以致于NIR分析技術(shù)的研究曾一度陷入低谷，甚至處于停止階段。20世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器硬件的迅速發(fā)展，以及化學(xué)計(jì)量學(xué)方法在解決光譜信息提取和消除背景干擾方面取得的良好效果，使得近紅外分析技術(shù)不僅用于農(nóng)產(chǎn)晶、食品和生物科學(xué)領(lǐng)域，而且還應(yīng)用到石油化工、煙草、紡織、環(huán)保等行業(yè)。 
1近紅外光譜分析原理 
近紅外光譜是由于分子振動(dòng)能級的躍遷(同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級躍遷)而產(chǎn)生的。近紅外分析技術(shù)是依據(jù)被檢測樣品中某一化學(xué)成分對近紅外光譜區(qū)的吸收特性而進(jìn)行的定量檢測的一種方法。它記錄的是分子中單個(gè)化學(xué)鍵的基頻振動(dòng)的倍頻和合頻信息，它的光譜是在700—2500nm范圍內(nèi)分子的吸收輻射。這個(gè)事實(shí)與常規(guī)的中紅外光譜定義一樣，吸收輻射導(dǎo)致原子之間的共價(jià)鍵發(fā)生膨脹、伸展和振動(dòng)。中紅外吸收光譜中包括有C—H鍵、C—C鍵以及分子官能團(tuán)的吸收帶。然而在NIR測量中顯示的是綜合波帶與諧波帶，它是R—H分子團(tuán)(R是0，C，N和S)產(chǎn)生的吸收頻率諧波，并常常受含氫基團(tuán)X—H(X—C、N、O)的倍頻和合頻的重疊主導(dǎo)，所以在近紅外光譜范圍內(nèi)，測量的主要是含氫基團(tuán)X—H振動(dòng)的倍頻和合頻吸收。使用NIR技術(shù)是因?yàn)樗c樣品相互作用時(shí)輸出的能量效率比中紅外光更為實(shí)用。NIR的輻射源(儀器上的燈)要比用在中紅外的能量高得多，而且它的檢測器也具有更高檢測效率。這些因素意味著NIR儀器的信噪比值遠(yuǎn)高于中紅外儀器。較高的信噪比意味著樣品的觀測時(shí)間可比中紅外儀器短得多。近紅外輻射對于樣品的穿透性也較高，因此樣品的前處理常較中紅外簡單。 
近紅外光譜根據(jù)其檢測對象的不同分成近紅外透射光譜(NIT)和近紅外反射光譜(NIR)兩種。NIT是根據(jù)透射光與入射光強(qiáng)的比例關(guān)系來獲得在近紅外區(qū)的吸收光譜。NIR是根據(jù)反射光與入射光強(qiáng)的比例來獲得在近紅外光譜區(qū)的吸收光譜。 
近紅外分析技術(shù)是綜合多學(xué)科(光譜學(xué)、化學(xué)計(jì)量學(xué)和計(jì)算機(jī)等)知識的現(xiàn)代分析技術(shù)，使用包括NIR分析儀、化學(xué)計(jì)量學(xué)光譜軟件和被測物質(zhì)的各種性質(zhì)或濃度分析模型成套近紅外分析技術(shù)等。經(jīng)過對這種模型的校正，就可以根據(jù)被測樣品的近紅外光譜，快速計(jì)算出各種數(shù)據(jù)。建立被測樣品成分的模型時(shí)，主要用到的校正方法有多元線性回歸法(MLR)、主成分分析法(PCA)、偏最小二乘法(PLS)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法(ANN)。 
2近紅外定量分析的性能與特點(diǎn) 
近紅外分析技術(shù)是依照物質(zhì)特征峰的強(qiáng)度來測定各組分的含量，關(guān)鍵是要建立時(shí)間與空間都穩(wěn)定的數(shù)學(xué)模型——定標(biāo)方程來預(yù)測樣品成分含量，因此，定標(biāo)方程的專一性很強(qiáng)。對某種物質(zhì)成分含量進(jìn)行定標(biāo)時(shí)，兩方面的因素對其有重要影響：一是定標(biāo)樣品必須具有代表性且數(shù)量不能過少(一般應(yīng)達(dá)40個(gè)以上)；二是必須對定標(biāo)樣品成分進(jìn)行準(zhǔn)確的化學(xué)分析。近紅外定標(biāo)完成后還須經(jīng)內(nèi)部驗(yàn)證(對定標(biāo)本身的·準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn))和外部驗(yàn)證(對應(yīng)用定標(biāo)分析未知樣品的準(zhǔn)確性檢驗(yàn))才能最終應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。 
近紅外光譜技術(shù)之所以成為一種快速、高效、適合在線分析的有利工具，是由其技術(shù)特點(diǎn)決定的。首先它適用的樣品范圍廣，可以直接測量液體、固體、半固體和膠狀體等不同物態(tài)的樣品，測量方便，對樣品不需要任何前處理，可進(jìn)行無損檢測；其次它的分析效率高，可進(jìn)行多組同時(shí)測定，并且根據(jù)已建立的相應(yīng)數(shù)學(xué)模型得出樣品的多個(gè)組分的定性和定量結(jié)果；另外它的分析速度快，整個(gè)測量過程大多可在1rain內(nèi)完成。在現(xiàn)實(shí)世界中，農(nóng)產(chǎn)品與工業(yè)產(chǎn)品的成分分析面臨著許多困難，分析結(jié)果常因樣品基體的取樣量、平均重量和基本成分差別而有異同。當(dāng)面對大量樣品(如工業(yè)產(chǎn)品)，而傳統(tǒng)方法又不能及時(shí)提供可靠數(shù)據(jù)時(shí)，NIR分析卻能快速無誤地做到。 
3近紅外分析技術(shù)在糧油檢測中的應(yīng)用 
3.1在糧食中的應(yīng)用 
在糧食作物品質(zhì)鑒定上，近紅外使用廣泛的是分析小麥、大麥中的粗蛋白質(zhì)。小麥的硬度是磨粉或食用時(shí)的重要指標(biāo)，Brown等人通過對小麥粉的近紅外技術(shù)研究得出結(jié)論，硬小麥品種中，水分與小麥硬度呈線性關(guān)系；而軟小麥沒有這種關(guān)系，并斷定不論軟硬小麥品種，其硬度與蛋白質(zhì)都呈正比關(guān)系。Stefanis曾比較了小麥粉樣品近紅外測定結(jié)果與常規(guī)方法測定結(jié)果的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水分含量、蛋白質(zhì)含量、干面筋的相關(guān)系數(shù)分別為0．95、0．98、0．92L2J。Manlev等討論了光的散射對小麥反射光譜和透射光譜的影響。Chiba等還就近紅外技術(shù)在面粉定級中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。胡新中把近紅外技術(shù)應(yīng)用到小麥商品糧收購中。Zwingelberg已把光學(xué)在線測量系統(tǒng)應(yīng)用于硬小麥加工產(chǎn)品的質(zhì)量控制，實(shí)時(shí)對小麥蛋白質(zhì)含量和粉粒粒度進(jìn)行在線測量。王京宇等研究了水分含量對近紅外光譜技術(shù)測定小麥蛋白質(zhì)結(jié)果的影響。JinHwanHong在蕎麥方面也進(jìn)行了近紅外光譜研究，最后他認(rèn)為近紅外技術(shù)是一種快捷、準(zhǔn)確、無損檢測蕎麥蛋白質(zhì)、水分及干面筋含量的方法。高文淑等用近紅外漫反射光譜法測定了谷子、玉米中的多種氨基酸含量。趙環(huán)環(huán)等利用傅里葉近紅外漫反射光譜技術(shù)和PLS算法相結(jié)合，對玉米籽粒樣品中的蛋白質(zhì)含量進(jìn)行分析，結(jié)果顯示預(yù)測模型對預(yù)測樣品的預(yù)測結(jié)果比較理想。在啤酒釀造業(yè)中，Sinnaeve等人通過對大麥質(zhì)量和發(fā)芽質(zhì)量的近紅外光譜分析，結(jié)果顯示不但可以預(yù)測大麥中的水溶性粗蛋白質(zhì)含量，還可對精煉蛋白可溶性氮進(jìn)行預(yù)測。安嶺等利用近紅外透射光譜技術(shù)評價(jià)大麥的品質(zhì)。在飼料行業(yè)，丁麗敏等人用近紅外技術(shù)測定棉籽粕、菜籽粕中的真可利用氨基酸含量，定標(biāo)結(jié)果表明，棉籽粕除胱氨酸和色氨酸，菜籽粕除賴氨酸外，其它氨基酸的變異系數(shù)都在7％以下，經(jīng)檢驗(yàn)證明其定標(biāo)具有良好的預(yù)測性能，近紅外技術(shù)可作為日常測定真可消化氨基酸的實(shí)時(shí)分析方法。盧利軍等對黃豆粕中的水分、蛋白質(zhì)和粗脂肪進(jìn)行了近紅外光譜研究，結(jié)果與常規(guī)法測定結(jié)果呈密切相關(guān)。Villareal和Delwiche分別對大米直鏈淀粉含量用近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行了測量。Delwiche等用近紅外反射光譜測定稻米中的表觀直鏈淀粉含量。舒慶堯等人用近紅外反射光譜技術(shù)測定了小樣本糙米粉中表觀直鏈淀粉含量、糊化溫度和蛋白質(zhì)含量，還對精米粉樣品中表觀直鏈淀粉含量進(jìn)行了近紅外光譜技術(shù)研究及近紅外光譜測定技術(shù)校正設(shè)置的優(yōu)化。劉建學(xué)等人通過用近紅外光譜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法來預(yù)測大米中的直鏈淀粉含量。 
3.2在油脂方面的應(yīng)用 
近紅外光譜可以有效地用于作物中油脂含量的測定。Starr等在油菜籽近紅外品質(zhì)分析中取得較大的進(jìn)展]。高文淑等用近紅外光譜法測定了谷子中的粗脂肪含量。顧偉珠等建立了用近紅外分析技術(shù)測定整粒帶殼油菜籽含油量模型。吳建國等用近紅外光譜法整粒測定油菜籽含油量，并得到很好的相關(guān)性(R=0.961)。王林友等用傅里葉變換近紅外漫反射光譜法測定完整油菜籽含油量、油酸和硫甙，結(jié)果表明，該方法與常規(guī)方法有類似的準(zhǔn)確性，其定標(biāo)方程的決定系數(shù)分別為0．9924、0．9942、0．9841。張嘩暉等用傅里葉近紅外光譜法對油菜籽三種品質(zhì)性狀進(jìn)行了初步研究。吳建國還對近紅外光譜在測定油菜籽芥酸和硫甙時(shí)的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。Voor等檢測了脂肪和食用油的順式和反式含量的百分率，他們以純凈甘油三酯為標(biāo)準(zhǔn)，用偏最小二乘法作為化學(xué)統(tǒng)計(jì)來預(yù)測油中的順式和反式含量。DavidPazdernik等用近紅外技術(shù)分析了大豆中的氨基酸和脂肪酸的含量。在油脂工業(yè)中，近紅外技術(shù)可以用來檢測油脂不飽和程度。陳斌用近紅外光譜分析技術(shù)檢測了方便面的含油率，結(jié)果顯示用小波變換法可提高方便面含油率近紅外光譜的定量分析精度。趙龍蓮等用傅里葉變換近紅外光譜法測定完整的單粒玉米中油分的含量。 
4近紅外光譜分析技術(shù)的展望 
盡管目前近紅外光譜分析技術(shù)還存在不足，如不同地區(qū)的不同單位，在近紅外儀器的定標(biāo)過程中，往往采用各自測定的標(biāo)樣，不同單位的標(biāo)樣之間有一定的差異，導(dǎo)致測定的結(jié)果也有一定的差異。樣品的粒度大小、均勻程度及裝樣方法對漫反射測量結(jié)果的精度都有較大的影響，預(yù)測能力及預(yù)測精度有待進(jìn)一步提高，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、光譜學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)的不斷發(fā)展，這些問題都會(huì)得以解決。近紅外光譜分析技術(shù)不僅用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的檢測，包括品質(zhì)分析和質(zhì)量控制，配以相應(yīng)的附件或利用在線分析儀，還可實(shí)現(xiàn)在線分析過程的質(zhì)量監(jiān)控?？偟膩碚f，近紅外光譜分析技術(shù)在我國有廣闊的應(yīng)用前景，NIR工作者應(yīng)大力研究并推廣此項(xiàng)技術(shù)