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1、近红外近红外(NIR)的光谱分辨率的光谱分辨率, 波长准确度波长准确度, 信噪比和信噪比和 样品表达装置样品表达装置样品表达装置样品表达装置这些参数及其相互关系在近红外分析这些参数及其相互关系在近红外分析 方法中的重要性与相关误解方法中的重要性与相关误解方法中的重要性与相关误解方法中的重要性与相关误解全国第二届近红外光谱学术会议全国第二届近红外光谱学术会议全国第二届近红外光谱学术会议全国第二届近红外光谱学术会议Nov. 20-22, 2008, ChangSha, ChinaChief Authors: Paul Brimmer, Richard Streamer,Foss Pacific,
2、AustraliaCollaborator: Guy LeungGuyline (Asia) Ltd., Hong KongDedicated Analytical Solutions2009年4月6日星期一1近红外近红外(NIR)的光谱分辨率的光谱分辨率, 波长准确度波长准确度, 信噪比和信噪比和 样品表达装置样品表达装置样品表达装置样品表达装置NIR 是光谱技术的一种是光谱技术的一种，所以我们一定要考虑所以我们一定要考虑NIR 是光谱技术的一种是光谱技术的一种，所以我们一定要考虑所以我们一定要考虑 它的它的光谱分辨率光谱分辨率, 波长准确度和噪音波长准确度和噪音(信噪比信噪比)由于采用由于
3、采用分析的其中一个主要设计目标是分析的其中一个主要设计目标是由于采用由于采用 NIR 分析的其中一个主要设计目标是分析的其中一个主要设计目标是 解决样品前处理的问题解决样品前处理的问题，所以我们也一定要考所以我们也一定要考解决样品前处理的问题解决样品前处理的问题，所以我们也一定要考所以我们也一定要考 虑与虑与 NIR 分析仪分析仪样品表达装置样品表达装置的的匹配性匹配性Dedicated Analytical Solutions2009年4月6日星期一2NIR 系统的组成单元系统的组成单元 (缺一就不是缺一就不是 NIR 系统系统)(缺一就不是缺一就不是 NIR 系统系统)1.单色器单色器 (
4、光学系统光学系统) 2检测器系统检测器系统2.检测器系统检测器系统 3.样品分析装置（样品分析装置（样品表达装置样品表达装置） 验证验证系统性能的系统性能的外置标准样外置标准样4.验证验证 NIR 系统性能的系统性能的外置标准样外置标准样 5.分析软件包分析软件包 / 电脑电脑5.分析软件包分析软件包 / 电脑电脑 第第 1-3 项决定项决定 NIR 的光谱分辨率的光谱分辨率, 波长准确度和信噪比波长准确度和信噪比第第项决定项决定的光谱分辨率的光谱分辨率, 波长准确度和信噪比波长准确度和信噪比 第第 4 项是用来检测和确认第项是用来检测和确认第 1-3 项的性能项的性能第第 5 项与数据处理和
5、操作有关项与数据处理和操作有关 第第 5 项与数据处理和操作有关项与数据处理和操作有关Dedicated Analytical SolutionsApril 6, 2009NIR 系统的组成单元系统的组成单元 (缺一就不是缺一就不是 NIR 系统系统)(缺一就不是缺一就不是 NIR 系统系统)3. 样品分析装置样品分析装置（样品表达装置样品表达装置）3. 样品分析装置样品分析装置（样品表达装置样品表达装置）第第项也决定项也决定的信噪比的信噪比 第第 3 项也决定项也决定 NIR 的信噪比的信噪比这是比较难理解这是比较难理解这是比较难理解这是比较难理解! 原因是如果仪器原因是如果仪器 的光学系统
6、和检测系统的光学系统和检测系统原因是如果仪器原因是如果仪器 的光学系统和检测系统的光学系统和检测系统 与样品表达装置不匹配兼容的话与样品表达装置不匹配兼容的话, 样品样品 表达装置是会影响整个系统的信噪比表达装置是会影响整个系统的信噪比!Dedicated Analytical SolutionsApril 6, 2009NIR 的的 4 个问题个问题所以所以 NIR 技术只有技术只有 4 个问题需要探讨：个问题需要探讨：1. 可有什么样品只有采用其它技术（如 干涉器可有什么样品只有采用其它技术（如 干涉器-NIR）的分辨）的分辨 率才能做？而其它技术如率才能做？而其它技术如 Foss 的的
7、NIR 就不能做？就不能做？2可有什么样品只有采用其它技术可有什么样品只有采用其它技术（如干涉器如干涉器-NIR）的波长的波长2. 可有什么样品只有采用其它技术可有什么样品只有采用其它技术（如干涉器如干涉器 NIR）的波长的波长 准确度才能做？而其它技术如准确度才能做？而其它技术如 Foss 的的 NIR 就不能做？就不能做？3可有什么样品只有采用可有什么样品只有采用 F的的 NIR 才能做才能做？而其它技术而其它技术3. 可有什么样品只有采用可有什么样品只有采用 Foss 的的 NIR 才能做才能做？而其它技术而其它技术 （如干涉器（如干涉器-NIR）就不能做？如果有的话）就不能做？如果有的
8、话, 为什么为什么?4. 可有什么生产商的某种可有什么生产商的某种 NIR 技术（如干涉器技术（如干涉器-NIR）能提供 如）能提供 如 Foss 的的 NIR 一样完整的样品表达装置？如果没有的话一样完整的样品表达装置？如果没有的话, 为什么为什么?Dedicated Analytical SolutionsApril 6, 2009NIR 4 个问题的答案个问题的答案NIR 技术技术 4 个问题的答案：个问题的答案：1. 可有什么样品只有采用其它技术（如干涉器可有什么样品只有采用其它技术（如干涉器-NIR）的分）的分 辨率才能做辨率才能做？而我们而我们 F的的 NIR 就不能做就不能做？没
9、有没有!辨率才能做辨率才能做？而我们而我们 Foss 的的 NIR 就不能做就不能做？没有没有!2. 可有什么样品只有采用其它技术（如干涉器可有什么样品只有采用其它技术（如干涉器-NIR）的波）的波 长准确度才能做？而我们长准确度才能做？而我们 Foss 的的 NIR 就不能做？就不能做？没有没有!3可有什么样品只有采用可有什么样品只有采用 Foss 的的 NIR 才能做才能做？而其它技而其它技3. 可有什么样品只有采用可有什么样品只有采用 Foss 的的 NIR 才能做才能做？而其它技而其它技 术（如干涉器术（如干涉器-NIR）就不能做？如果有的话）就不能做？如果有的话, 为什么为什么? 有
10、有! 请详细阅读本报告请详细阅读本报告!请详细阅读本报告请详细阅读本报告!4. 可有什么生产商的某种可有什么生产商的某种 NIR 技术（如干涉器技术（如干涉器-NIR）能提）能提 供像供像 Foss 的的 NIR 一样完整的样品表达装置一样完整的样品表达装置？如果没有如果没有供像供像 Foss 的的 NIR 一样完整的样品表达装置一样完整的样品表达装置？如果没有如果没有 的话的话, 为什么为什么? 有有! 请详细阅读本报告请详细阅读本报告!Dedicated Analytical SolutionsApril 6, 2009NIR 的唯一问题的唯一问题其实其实 NIR 技术只有技术只有 1 个
11、问题需要探讨：个问题需要探讨：为什么为什么 Foss NIR 提供的分析结果都比别人好提供的分析结果都比别人好？为什么为什么 Foss NIR 提供的分析结果都比别人好提供的分析结果都比别人好？答案答案 因为因为的原理较为复杂的原理较为复杂，所以只能写出所以只能写出答案答案: 因为因为 NIR 的原理较为复杂的原理较为复杂，所以只能写出所以只能写出 随后的随后的 193 页来解释清楚页来解释清楚！随后的随后的 193 页来解释清楚页来解释清楚！Dedicated Analytical SolutionsApril 6, 2009FOSS NIRSystems 福斯福斯-近红外系统近红外系统 公
12、司公司福斯福斯 近红外系统近红外系统 公司公司FOSS 是谁是谁? FOSS 有有 NIR 经验吗经验吗?FOSS 拥有拥有40 多年设计和生产多年设计和生产 NIR 仪器的经验 与仪器的经验 与 50 多个多个 NIR 技术专利技术专利, 重要贡献包括重要贡献包括:NIR 技术专利技术专利, 重要贡献包括重要贡献包括: 首台商品化 NIR 仪器 (Commercial NIR) 首台微机控制式 NIR 仪器 (Computer Controlled NIR) 首台连续扫描式 NIR 仪器 (Scanning NIR) 首台连续扫描式 NIR 仪器 (Scanning NIR) 数控式光栅单色
13、器 (Digital Controlled Grating Monochromator) 光纤样品装置系统 (Fiber Optics QC Sampling System) 在线光纤系统 (Process Fiber Optics System)在线光纤系统 (Process Fiber Optics System) XDS光学平台(2002年)Dedicated Analytical SolutionsFOSS 是谁是谁? FOSS 有有 NIR 经验吗经验吗?NIR 不是仪器不是仪器 虽然很多人都这样认为虽然很多人都这样认为!NIR 是经验是经验 !NIR 是经验是经验 !我们提供的就是
14、我们提供的就是的解决方案和使用经验的解决方案和使用经验我们提供的就是我们提供的就是 NIR 的解决方案和使用经验的解决方案和使用经验 !这不就是你一直在寻找的吗这不就是你一直在寻找的吗 !Dedicated Analytical SolutionsNIR 应用的基础原理应用的基础原理 (一一)近红外近红外 (NIR) 吸收信号是有机物内的吸收信号是有机物内的 C-H、N-H、O-H 与与 S-H 共共近红外近红外 (NIR) 吸收信号是有机物内的吸收信号是有机物内的 C H、N H、O H 与与 S H 共共 价键振动价键振动 (伸展与摆动伸展与摆动)NIR 吸收强度和情况与吸收强度和情况与
15、C-H、N-H、O-H、S-H 共价键的含量与共价键的含量与 它们它们“所处环境所处环境” 有关有关它们它们“所处环境所处环境 有关有关样品的浓度需大于样品的浓度需大于 500ppm (水份检测度比这更低水份检测度比这更低)样品的浓度需大于样品的浓度需大于 500ppm (水份检测度比这更低水份检测度比这更低)采用统计学是判断样品采用统计学是判断样品 NIR 吸收的基础吸收的基础：需建立分析模型需建立分析模型采用统计学是判断样品采用统计学是判断样品 NIR 吸收的基础吸收的基础：需建立分析模型需建立分析模型样品指纹图的基础样品指纹图的基础:“相同的相同的 NIR 谱图谱图 = 相同的物质相同的
16、物质”样品指纹图的基础样品指纹图的基础:“相同的相同的 NIR 谱图谱图 = 相同的物质相同的物质”Dedicated Analytical SolutionsNIR 应用的基础原理应用的基础原理 (一一)NIR 吸收强度和情况与吸收强度和情况与 C-H、N-H、O-H、S-H 共价键共价键NIR 吸收强度和情况与吸收强度和情况与 C-H、N-H、O-H、S-H 共价键共价键 的含量与它们的含量与它们“所处环境“所处环境” 有关有关何谓何谓“所处环境所处环境” ?何谓何谓“所处环境所处环境” ?高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的化学成分是一模一样高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的化学成分是一模一样，高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的化学成分是一模一样高密度聚乙烯与低密度聚乙烯的化学成分是一模一样， 但由于它们但由于它们“所处环境“所处环境” 的不同，高密度聚乙烯的震动 较小而低密度聚乙烯的震动较大，所以能从的不同，高密度聚乙烯的震动 较小而低密度聚乙烯的震
