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淺談近紅外光譜FT-NIR 分析技術

2021/06/12

近紅外光譜FT-NIR技術介紹

現代近紅外光譜分析技術,是近年來分析化學領域發展迅速的應用分析技術。利用各化學成分(分子振動)物質在近紅外光吸收帶的光學吸收特性,來快速檢測某種樣品中的一個或多個化學成分含量。近紅外光譜是指波長範圍介於可見光區與中紅外光區之間的電磁波區,波數約爲4,000-12,500 cm-1範圍。物質中不同成分或同一成分的不同含氫官能基在近紅外區域有豐富的吸收光譜。近紅外光譜主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化學鍵結的訊號,因此分析範圍幾乎可以涵蓋所有的有機純物質與混合物。農產品中常見的蛋白質、澱粉、天然纖維、脂肪等成分具有含氫官能基,在近紅外區都有獨自特定的吸收光譜。利用近紅外分析儀檢測樣品的常規成分,具有快速、準確、成本低等特點,如下介紹。

圖1.化合物基團於近紅外光區的吸收譜帶

1.分析速度快

近紅外光譜的訊號必須由電腦進行數據處理及統計分析。一般來說,一個樣品取得光譜數據後,可以立刻得到定性或定量的分析結果。通過己建立好的校正數學模組,之後測定一個樣品的定量結果通常只需數秒到十幾秒的時間,大大地縮短了檢測所花費的時間。

圖2.ThermoFisher Antrais MX近紅外光譜儀於線上檢測示意圖

2.分析效率高

近紅外光譜技術可同時測定樣品的多個成分或性質,大大提升檢測效率。傳統的檢測方法,基本上只能逐項逐項的測,花費的時間相當冗長。而在近紅外光譜上,單一張光譜圖,就能提供多個成分訊號的貢獻,進而達到一張光譜可測定多個成分結果的成效。

圖3.建立數學分析模組示意圖

3.適用的樣品型態範圍廣

樣品基本上無需前處理,測定方便。近紅外光譜在測量過程中無損樣品,保護樣品原樣,可直接測定液體、固體(粉末或顆粒),甚至是氣體(空汙議題)等樣品。

4.綠色化學低成本分析技術

近紅外光譜分析中只是取得樣品的光譜訊號,有時甚至可以在原容器中(探頭檢測)進行測定,測試過程中不破壞樣品,不用試劑,無須額外的實驗耗材,故對環境汙染低。

5.光纖技術,貫徹線上即時分析

各式加工樣品的線上檢測和監控是保證樣品品質安全的有效途徑之一。近紅外光譜分析技術可在複雜背景下即時分析樣品的成分訊息,而且不破壞樣品,可直接準確地獲取生產過程中的即時訊息,達到對各種工業生產過程進行線上監控的要求。

圖4.樣品檢測流程型態介紹

6.操作技術難度低

人員的要求不苛刻,只要經過簡單的教育訓練就可勝任工作。並不會因為操作人員的流動而影響檢測進度,且近紅外光譜分析儀化學分析的穩定性極高。

7.累積數據,優化精度

由於光譜測量的穩定性,測試結果較少受人爲因素的影響,與標準或參考方法相比,近紅外光譜一般顯示出更好的測量重複性。

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