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在分析化学领域，现代近红外光谱（NIR）分析技术被誉为分析的“巨人”，它的出现带来了分析技术的又一次革命。 近红外光谱是一种快速、无损的分析技术，可以同时测定多种成分。 在应用方面，NIR不需要对样品进行预处理拉曼光纤光谱仪，对分析物无破​​坏，适用范围广，对环境无污染，方便快捷。

NIR发展的几个阶段

近红外光谱技术的发展大致可分为五个阶段。 1800年英国科学家威廉发现红外线（又称热射线，包括近红外、红外线、远红外线）光谱区后的150年间，近红外线的应用极为有限，被被业内人士称为“被遗忘的光谱区”。 .

这个“被遗忘的光谱区”是在人们利用光谱学方法获得有机化合物的近红外光谱并分析其相关光谱特征时，才在分析技术中占有一席之地的。 制造技术的提高和计算机技术的发展，使近红外分析技术有了飞跃。 20世纪50年代，Kaye率先发明了透射近红外光仪器。 最早的 NIR 是通过在紫外-可见光谱仪中加入近红外检测器组件来扩展的，但仪器噪音大，缺乏完整的数据处理系统。

20世纪60年代，诺里斯的研究工作极大地推动了近红外光谱仪器的发展。 近红外技术最早广泛应用于农产品质量的快速分析。 1971年，Dickey-John制造出第一台商用近红外光谱仪并获得美国专利。 1975年，Dickey-John公司与Technicon公司联合推出Infra An-alyzer25近红外光谱分析仪。 此时，近红外光谱仪在稳定性和温度补偿方面有了长足的进步。 随着微处理器的应用，仪器的测量精度更高，数据处理系统更加完善。

20世纪80年代，高分辨率傅立叶变换近红外光谱仪器出现，新技术层出不穷，计算机技术的飞速发展带动了仪器数字化和化学计量学的发展，也使弱信号和多信息成为可能作为基本特征的近红外光谱分析得到了技术支持和依赖。

20世纪90年代，带有可调谐声光滤波器的近红外技术的出现大大降低了仪器的成本。 这时，光纤探头在近红外技术中也得到了应用。 近红外光谱技术进入快速发展时期，计算机技术、数字仪器和化学计量学方法的有机结合，形成了现代近红外光谱技术。 化学计量方法和分析软件已成为现代近红外光谱的重要组成部分。 在欧美等发达国家，近红外光谱仪已成为质量控制实验中必不可少的仪器。 现代近红外光谱分析技术日趋成熟，并向小型化、专业化、便捷化方向发展。

在小型化方面，引入了许多新技术。 新原理、新器件的微型近红外仪器不断出现，成本已降至万元以下，让近红外器件走进社区千家万户成为可能。 但同时也给仪器研制和模型研制带来了极大的风险。 如果选择了错误的技术，所有的精力和投资都将付之东流。

小型化近红外光谱

近红外光谱原理

近红外 (NIR) 光谱区域是指可见光 (VIS) 和中红外 (MIR) 区域之间的电磁波。 根据美国实验与材料学会规定，其波长范围为800~2500nm，近红外光谱为分子振动光谱的倍频和合成光谱带，主要指含氢元素的吸收基团 CH、OH、NH、SH拉曼光纤光谱仪，包括绝对值 关于大多数类型有机物的组成和分子结构的丰富信息。 Lambert-Beer 吸收定律是近红外光谱的理论基础：样品的光谱特性随其成分和内部结构而变化。 由于不同基团或同一基团在不同化学环境中的吸收波长有明显差异，因此可作为获取有机化合物组成或性质信息的有效载体。 对于一些没有近红外光谱吸收的物质（如一些无机离子化合物），它们的信息也可以通过它们对共存的本体物质的影响而引起的光谱变化间接反映出来。

近红外光谱是分子振动光谱的倍频和组合光谱带

近年来，近红外光谱在仪器软件和应用技术方面得到了高度发展，并以其高效、快速的特点异军突起，被誉为分析的“巨人”。 在预先建立校准模型的基础上，一个人使用近红外光谱仪仅需两分钟即可完成样品全部性质的测量。 近红外光谱仪除消耗少量电能外，不消耗任何试剂、标准物质和设备。 件，待测样品只有几毫升，极其经济。 采用近红外光谱仪进行控制分析，可替代多台分析仪器，节省大量设备和人力物力。 与传统的分析方法相比，其工作效率大大提高。

近红外光谱广泛应用于石油化工、医药、农业等领域。 这些行业具有现场分析的特点，因此更多时候需要结构紧凑、体积小、重量轻的便携式近红外光谱分析仪。 近红外分析技术是集化学计量学、光谱学和计算机应用等学科于一体的现代分析技术。

近红外光谱的特点

与传统的化学分析方法相比，近红外光谱具有鲜明的技术特点。

(1)分析速度快。 扫描速度快，几十秒内即可获得样品的全谱图，并可通过数学模型快速计算出样品的浓度。

(2) 多组分同时分析。 一次全光谱扫描可以获得多种成分的光谱信息，通过建立不同的数学模型，可以对样品的各种物质成分进行定量分析。

(3)无污染分析。 样品无需特殊预处理，不使用有毒有害试剂。 根据样品的物质状态和透光能力，通过透射或漫反射进行测量，无需预处理即可直接测量液态、固态或气态样品。

(4) 无损伤分析。 测定过程不破坏或消耗样品，不影响外观、内部结构和性能。

(5) 实时分析和遥测。 实时在线分析特别适用于工业生产应用。 采用光纤技术从主机上取走样品，将光谱信号实时传回主机，直接计算样品成分含量。

(6)操作简单，分析成本低。 除电能外，无需耗材，大大降低了检测成本。 操作不需要专门技能和特殊培训。

但近红外光谱是一种间接分析技术，必须依靠常规化学分析方法测定特定背景范围内多个标准样品组分的化学值，利用化学计量学方法建立数学模型，计算组分待测样品的含量。 数学模型预测的准确性与常规化学分析的准确性、建模样品的代表性以及模型使用的合理性有很大关系。 此外，近红外光谱的检测灵敏度较低，待测样品的成分含量一般不低于0.1%。

近红外光谱的主要应用领域包括：石油石化、基础有机化工、精细化工、冶金、生命科学、制药、临床医学、农业、食品、饮料、烟草、纺织、造纸、化妆品、质量监督、环保防护、高校和科研院所等。未来预期的应用还包括：皮肤的医学检测、健康状况等； 在线分析、质量分析和过程控制。 在很多情况下，近红外光谱几乎是唯一可行的在线分析解决方案，别无选择。 大数据应用（非模型预测）和NIR进入社区家庭。 近红外成像。

产品事业部

近红外光谱仪（NIR）的基本结构与一般光谱仪相同，由光源系统、分光系统、样品室、检测器、控制及数据处理系统和记录显示系统组成。 近红外光谱仪按分光方式可分为滤光片型、色散型（光栅、棱镜）、傅里叶变换型（FT）、声光可调滤光片型（AOTF）和固定光路多通道检测键入五种类型。 光栅色散近红外包括快速扫描型和二极管阵列探测器型，是市场上最流行的近红外。 从应用场景来看，分为实验室型和便携/手持近红外。 预计未来几年便携式/手持式近红外的需求将强劲增长，年增长率接近10%。

近红外光谱分析技术由三部分组成：近红外光谱仪硬件、化学计量学软件和校准模型（或校准模型或数据库）。 近红外光谱仪硬件用于测量样品，化学计量学软件用于建立校准模型，校准模型用于待测样品的定量或定性预测分析。 在线近红外光谱分析系统往往还包括采样与预处理、数据通信等部分。 近红外光谱仪器的附件形式多样，非常适合各种状态样品的测量。

近红外光谱仪市场及主要品牌

2018 年全球近红外光谱 (NIR) 市场价值 4.6 亿美元，预计到 2025 年底将达到 5.6 亿美元，2019~2025 年复合年增长率为 2.7%。 NIR 市场的增长受到多种因素的推动，例如食品和农业以及制药行业的日益普及； 然而，高投资和安装成本等因素也阻碍了这一市场的增长。

中国、印度、亚太地区和世界其他地区对这些产品的需求将经历特别强劲的增长，部分原因是环境和食品行业的应用推动了这些产品的强劲增长，预计这些行业在未来五年内将继​​续保持强劲增长。 亚太地区的近红外分析仪市场预计在未来几年将成为全球增长率最高的地区。

涉及近红外（NIR）光谱仪的主要品牌有Thermo Fisher、Bruker、FOSS、PerkinElmer（珀通）、Metrohm、Buchi、Ocean Optics、讯捷广源、普宇（聚光器）、VEICHI英图、Shanghai Prism、Bida Tech、 ETC。

食品专用领域

福斯、珀金埃尔默（Perton）和布鲁克是在乳制品、谷物和粮油分析方面最专业的三个。 这三个制造商在过去两年都推出了新产品。

下面对主要品牌的代表机型进行详细介绍：

布鲁克

Bruker MPA II 多用途近红外，其中 MPA II-D 用于乳制品分析

MPA II 是布鲁克光谱近 40 年设计和生产 FTIR 和 FT-NIR 光谱仪经验的结晶。 具有强大的扩展灵活性和优越的性能，并提供高性能的附件和灵活的操作性，以满足方法开发和不同用户。 科研生产QA/QC需求。 模块化设计，灵活配置。 其尖端的 NIR 技术包括：耐用的长寿命光源和固态激光器。 永久准直RockSolid专利干涉仪采用镀金三维立体角镜技术，精度高，稳定性高。 高灵敏度 InGaAs 检测器可提供全波段线性响应，以确保最佳精度和重现性。 同时，配备 MPA II 的所有光学元件都由在线诊断系统永久监控，以确保您的光谱仪正常运行。 如果任何组件不符合参数标准，可以立即通知用户。

其中，MPA II-D为乳制品行业各类产品的质量控制提供了高精度的解决方案。 只需一台近红外仪器即可对液态、固态和均质半固态乳制品进行快速、经济的质量控制，并分析所有相关质量参数。 其优点包括：可应用于多种形态乳制品的质量控制； 不到 1 分钟的快速分析有助于减少生产损失； 生产过程的优化确保产品的一致性； 辅助材料如食用油或维生素预混料也可以进行测试分析。 其核心设备包括：可实现自动进样和均质的LSM液体自动进样器，液体样品采用透射法测量； 通过积分球漫反射测量分析固体和半固体样品。 流通池采用免维护设计，长期使用不会磨损。

珀金埃尔默

PerkinElmer DA 6200 近红外分析仪

2019年5月，PerkinElmer推出DA 6200近红外分析仪，将帮助肉类和橄榄油食品加工企业进行更准确、更简便、更快速的质量和过程控制。 DA 6200分析仪基于新一代二极管阵列近红外透射光谱（NIR）技术，可提供样品中脂肪、水分和蛋白质含量以及30以内的胶原蛋白、盐分和灰分的准确检测结果秒通过旋转样品进行测量。 这种精度和速度也适用于异质介质大样本的检测。 DA 6200近红外肉类分析仪可以帮助客户随时分析，提供实时分析结果。 因此，碎肉、香肠、家禽切块和其他肉类产品的生产商可以保证产品的一致性，提高盈利能力和产品质量。 橄榄油生产商还可以使用 DA 6200 测试橄榄的质量、预测油产量并优化油回收过程。

PerkinElmer FT 9700 近红外分析仪

2019 年 9 月发布的 FT 9700 系统基于成熟的红外光谱技术，并采用 Dynascan™ 干涉仪设计。 该系统不需要动态校正来补偿移动镜引起的误差。 经过现场验证和验证的干涉仪技术采用可靠的旋转轴承，可在仪器的整个使用寿命期间提供可靠的服务。 Absolute Virtual Instrument™技术采用基于甲烷气体光谱的标准化技术，可确保仪器的准确校准。 与传统方法相比，仪器的波数和线形可以更准确地标准化。 采用AVI技术，即使更换仪器也能得到相同的数据结果。

LAMBDA 1050+ 紫外-可见-近红外分光光度计

此外，PerkinElmer还在2019年10月推出了LAMBDA 1050+ UV-Vis-NIR分光光度计，采用无栅PMT检测器和Peltier制冷PbS检测器，在整个光谱范围内获得优异的测试性能，最大波长可达3300 nm。 紫外-可见光区波长精度可达0.025 nm，近红外区波长精度可达0.02 nm。 此外，仪器可配备一系列行业领先、可控、灵活的采样附件，包括：大容量双样品室； 通用反光配件； 插入式积分球； 通用光学平台。

开源软件

将于 2020 年 7 月上市的 NIRS™ DS2500 L 采用近红外单色仪，400-2500 nm 全光谱扫描，性能稳定，确保无缝校准转移。 可快速检测油脂多项参数，标准化设备提供高度一致的结果，并通过网络化支持服务对仪器进行监测和调整，避免意外丢失，延长仪器寿命。 使用方便，自动记录检测信息，提供有价值的检测结果，实现采油工艺的持续优化。 功能包括： 专为优化过程控制而设计，支持工厂标准化以实现设备之间的一致性能。 一致的性能和更高的质量标准，每次测试后自动进行参考样品分析，由专业技术人员远程监控仪器和校准状态。 月度报告包括故障排除、质量保证和合规性。 使用简单，加载样品，选择样品类型，按下开始。 无需人工控温，自动调节样品温度，快速达到目标温度。 可以跟踪测试结果以确保操作符合标准程序。

Infratec 近红外谷物分析仪

2019年4月推出的Infratec近红外谷物分析仪，采用近红外传输技术，利用全息数字光栅进行全光谱扫描，获取丰富的光谱信息； 光纤光导的设计保持了仪器之间的高度一致性，并确保交付的校准精度； 全面的ANN定标，基于福斯粮业30年丰富的粮食定标数据库，样本适用范围广，准确度高。 可快速检测各种谷物、豆类等全谷物和面粉等粉状样品的各项参数。 特点包括：检测迅速，结果准确； 无需化学试剂直接检测全谷物样品； 价格基于质量，行业认可的标准。

ProFoss 2 在线近红外分析仪

2021 年 2 月 18 日 FOSS 宣布推出 ProFoss™ 2，这是一种先进的在线近红外 (NIR) 分析仪，可帮助食品和农业生产商在生产黄油、豆粕、肉类、新鲜奶酪等时充分利用资源。 ProFoss™ 2 通过直接在过程中提供即时和连续的测量来帮助生产商。 它密切监测关键控制参数，以更严格地控​​制目标生产，例如豆粕中的蛋白质和水分，或黄油中的脂肪和水分。 基于上一代 ProFoss™ 解决方案的成功，新的 ProFoss™ 2 集成了近红外 (NIR) 技术以及相关软件和数字服务的最新进展，比以往任何时候都更容易实现在线 NIR 的全部潜力分析。

FoodScan 2 近红外分析仪

2019 年，FOSS 推出了新的 FoodScan™ 2 近红外分析仪，使质量控制经理能够处理日益复杂和时间紧迫的任务，包括分析固体和半固体乳制品，如奶酪、黄油和发酵乳制品. 采用最新的快速近红外技术，仅需15秒即可得到结果； 异形样品可直接放入仪器，减少制样时间； 直观的触摸屏界面更简单。 其在同一设备中创新使用近红外传输和透反射技术，实现了新的高性能； 使用人工神经网络 (ANN) 校准进一步节省了时间。 通用标定模型基于大量的全球数据，可以避免维护许多标定模型，因为与其他方法相比需要更少的标定模型。 FoodScan 2 仪器的标准化可加快新设备的安装速度，同时网络功能可通过新的远程支持服务（如 FossAssure）节省日常维护和报告成本。 FoodScan 2 包括 3 种型号：用于实验室操作的 Lab TS 型号、用于生产环境的 Pro 型号以及为不需要触摸屏界面的用户提供的带键盘的 Lab 型号。

寻杰广元

国际会计准则 5500

讯捷光远拥有自主研发的基于MEMS技术的近红外光谱仪核心模块。 它体积小，重量轻，但配置强大。 它可以通过简单的外部控制设备和采样附件形成不同的产品形式：台式、便携式甚至手持。

多年来，讯捷广源借助近红外检测技术在粮食检测领域不断深耕。 讯捷广源自主研发的在线、离线检测设备以其稳定的性能和一贯的高性价比赢得了粮食检测用户的良好口碑。 广泛的声誉和认可。 随着IAS 5500近红外光谱产品在大豆、油菜、高粱等行业的广泛应用，以及分析检测技术经验的不断积累，迅捷光远生产的近红外检测产品现已成为用户用于谷物评估或谷物加工。 过程监控的好帮手。

2020年12月新开发的IAS-3120便携式近红外光谱分析仪、IAS-Online-S100在线近红外光谱分析仪、IAS-F100果品品质近红外快速无损分析系统等新开发无锡寻街广元。 本产品已通过中国仪器仪表学会组织的专家鉴定。

医药化工专业

近红外光谱技术在医药、化工、材料等原材料的质量控制以及生产过程的质量控制中也发挥着不可替代的作用。 本文仅对实验室型近红外分析仪进行总结。

珀金埃尔默

光谱 3™

PerkinElmer Spectrum 3™ 傅立叶变换红外 (FT-IR) 光谱仪将于 2020 年 4 月上市。涵盖近红外、中红外和远红外区域，具有高采样灵活性和光谱性能。 延续多系列高度模块化的配置平台，多种采样附件，在长期使用中总能获得一致可靠的结果。 从日常定性定量到高端研究应用，几乎适用于所有应用领域和行业。

万通

近红外光谱 DS2500

NIRS DS2500 采用的新型前置分光单色仪技术可在 400 至 2500 nm 的整个范围内实现多功能性和稳定性。 NIRS DS2500信噪比高，仅需不到1分钟即可完成高要求、低含量的高精度测量。 卓越的仪器性能保证了所有生产阶段的高水平质量控制要求。 光谱仪配备了控制光强度、带宽和波长的内部标准。 仪器久经考验的稳定性确保即使在长时间使用后也能连续无缝地传输数据。 基于设计的高性能，DS2500 单色仪一般不需要重新校准。 然而，内部和外部标准可用于光谱仪的自动校准和质量控制。

XDS 大师实验室

2013年，万通与福斯在工业领域展开全球战略合作。 Metrohm-NIRSystems 为客户提供实验室型、在线和在线近红外解决方案。 XDS系列近红外产品是新一代光栅式扫描近红外分析仪，采用基于胶印技术的数字全息光栅系统。 相应的NIIST溯源标准和方法保证了每台仪器的光度计、波长和带宽。 重要技术参数的高度一致性保证了校准模型在仪器之间的无缝传递，实现了网络控制操作。 基于XDS近红外分析技术，Metrohm-NIRSystems开发了一系列过程分析仪和在线分析仪。

最新的 XDS MasterLab 实验室近红外光谱分析仪为制药商提供了快速可靠的测试方法，涵盖各种固体剂型药物：从多层片剂、糖衣或芯片剂、胶囊剂、囊片剂和胶囊剂等。 . XDS MasterLab NIR 光谱仪的通用样品盘可自动对一系列样品或样品瓶进行无人值守的反射或透射分析。 一旦样品被放入托盘，它们就会被插入 MasterLab 分析仪，托盘会自动定位和分析每个样品或小瓶。 内置光点可调功能，可根据小瓶直径调节样品光照。 可选的粗颗粒分析单元通过在更大面积上取平均值，将异质固体剂型的分析范围从细粉扩展到粗颗粒、球形颗粒和片状颗粒。 XDS NIR 技术不仅带来了卓越的分析性能和更高的灵敏度，而且加快了校准方法的开发，缩短了实施时间，并确保校准的无缝转移。

校准可以在 NIRS DS2500 分析仪与 System II 和万通 XDS 分析仪之间无缝转移。 它的兼容性使得以“直通车”方式使用来自 System II 和 XDS 仪器的数据成为可能，而不会损失任何性能。

海洋光学

纳米任务

NanoQuest 于 2020 年初推出，是海洋光学的最新近红外产品。 它可以收集范围广泛的光谱数据。 该传感器的专利微机电系统 (MEMS) 技术允许在 MEMS 芯片上单片制造连续波迈克尔逊干涉仪。 这使得能够同时检测所有波长并减轻运动对传感器稳定性的影响。 每个 NanoQuest 都配有光纤和操作软件，并且可以与 Ocean Insight 光源和附件结合使用，以配置系统以进行吸收/透射或反射测量。 典型的 NanoQuest NIR 应用包括识别假冒产品，包括纺织品； 食品、土壤养分和工业原材料的表征和量化； 以及体液和其他生物标本的成分分析。

赛默飞世尔

Thermo Fisher 的 Antaris™ II FT-NIR 分析仪有助于实验室开发适合工厂生产的分析方案和方法。 Antaris II FT-NIR 分析仪依靠业界领先的模型传输性能，确保在线、在线和在线更稳定可靠的数据采集。 Antaris II FT-NIR 分析仪可以针对特定应用进行定制，或者可以选择 Antaris II MDS 方法来创建一个将传输、光纤和球面漫反射分析结合在一个交钥匙系统中的采样系统。

近红外发展趋势

近红外仪器未来的发展有几大趋势。 首先是小型化，例如：实验室仪器的小型化，例如便携式 FT-NIR。 Next is the emergence of various handheld, specialized instruments, and low-cost near-infrared spectroscopy, such as MEMS-NIR, miniature FT-NIR, and LVF-NIR. Another major trend is microscopic imaging spectrometers and hyperspectral imagers, time-resolved and spatially resolved near-infrared spectrometers for the research field. In addition, the use of near-infrared spectrometers for on-line analysis in industry is also increasing.

The main driving force driving the progress of near-infrared spectroscopy

The figure above shows the driving force for the development of near-infrared spectroscopy technology, and a question mark is placed in the future part, that is, it is difficult to predict the new key technologies and analytical capabilities. One possible driving force is known technological advances such as miniaturization and imaging.

In addition, future investments may also come from the complementary combination of information from NIR and other analytical techniques. For example, NIR reflects the organic part of the sample, providing matrix information, which can be used by elemental analysis techniques such as LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) to correct for matrix effects. With the rapid development of Raman spectroscopy, ease of use and portability, it is possible to use the complementary spectral characteristics of Raman and NIR for combined use. There is also room for development in the applicability of chemometric procedures.

NIR imaging will continue to develop rapidly, and as long as the price of HIS (hyperspectral imaging) cameras falls, it will appear in more and more applications, such as food quality. In forensics, portable HSI cameras can bring NIR to crime scenes, and proper chemometrics can help locate and identify several types of evidence.

Portable, low-cost, small, self-contained spectrophotometers that communicate wirelessly are a reality. The miniature NIR is expected to achieve civilian use, and ordinary citizens can use one of the instruments for free, such as in the vegetable or fruit section of the supermarket, or even have their own cheap near-infrared spectrophotometer in their pockets. Models to answer simple everyday questions like "Is this apple sweet?" or "Is this fabric silk?". However, the civilianization of technology should not be confused with the mediocrity of technology, and scientific rigor and basic principles must be adhered to. To support NIR civilian use in the future, it is necessary to establish qualitative and quantitative model libraries and develop user-friendly practical software.