T(λ)=It(λ)/Is(λ)
反射光譜法(多指長波近紅外區,波長一般在1100~2500nm範圍內)是指將檢測器和光源置於樣品的同一側,檢測器所檢測的是樣品以各種方式反射回來的光。物體對光的反射又分為規則反射(鏡麵反射)與漫反射。規則反射指光在物體表麵按入射角等於反射角的反射定律發生的反射;漫反射是光投射到物體後(常是粉末或其他顆粒物體),在物體表麵或內部發生方向不確定的反射。應用漫反射光進行的分析稱為漫反射光譜法。
在探討漫反射光強度與樣品濃度之間的關係時,引入Kubelka-Munk方程:
KS=(1-R∞)2/2R∞
式中K——試料的吸收係數(單位麵積,單位深度)
S——試料散射係數
R∞——樣品厚度大於入射光透射深度時的漫反射比(含鏡麵反射),定義為全部漫反射光強與入射光強之比,又稱絕對反射率
與透射相似,引入相對反射率概念。即將試料的反射光強與標準板(參比)的反射光強之比定義為相對反射率R(λ)(一般記作R)。對於標準測試板,其絕對反射率為RS∞=IS/I0,對於測試樣,其絕對反射率為Rt∞=It/I0,則相對反射率定義為:R=Rt∞/RS∞=It/IS將相對反射率代入式代替絕對反射率,式變成:KS=(1-R)2/2R=f(R)式中K與被測物質的摩爾吸收係數ε和試樣濃度成比例關係,因此在散射係數不變(或認為不變)的條件下,顯然f(R)也是與試樣濃度成正比的量。在漫反射條件下,f(R)也滿足朗伯-比爾法則。
即使是同一試樣,如果標準板不一樣,近紅外光譜將會發生上下移動。故當進行一係列試驗時,使用同一標準板是一個最基本的要求。
在漫反射條件下,由於Kubelka-Munk函數(與濃度c成比例關係)與吸光度之間不是線性關係,因此吸光度與試樣濃度c之間也不是線性關係。但是在定量分析中所用到的吸光度變化範圍都很小,並且當影響散射係數的因素(粒徑、溫度、顏色、組織疏密均勻度等)變化不大時,可以忽視散射影響,吸光度與濃度c之間可近似地按線性關係對待。包括反射率R在一定條件下,也可以認為與試樣濃度成線性關係,實踐和試驗也都證明了這一點。
四、近紅外光譜技術的特點
近紅外光譜技術之所以成為一種快速、高效、適合過程在線分析的有利工具,是由其技術特點決定的。近紅外光譜分析的主要技術特點如下:
(1)分析速度快,測量過程大多可在1min內完成。
(2)分析效率高,通過一次光譜測量和已建立的相應校正模型,可同時對樣品的多個組分或性質進行測定,提供定性、定量結果。
(3)適用的樣品範圍廣,通過相應的測樣器件可以直接測量液體、固體、半固體和膠狀體等不同物態的樣品,光譜測量方便。
(4)樣品一般不需要預處理,不需要使用化學試劑或高溫、高壓、大電流等測試條件,分析後不會產生化學、生物或電磁汙染。
(5)分析成本較低(無需繁雜預處理,可多組分同時檢測)。
(6)測試重現性好。
(7)對樣品無損傷,可以在活體分析和醫藥臨床領域廣泛應用。
(8)近紅外光在普通光纖中具有良好的傳輸特性,便於實現在線分析。
(9)對操作人員的要求不苛刻,經過簡單的培訓就可勝任工作。
五、近紅外光譜分析技術存在的難點
(1)測試靈敏度相對較低,被測組分含量一般應大於0.1%。
(2)需要用標樣進行校正對比,很多情況下僅是一種間接分析技術。
(3)由於近紅外光譜中信息強度低,因此組分在近紅外光譜中譜峰強度較弱,影響近紅外測量的檢測限。
(4)由於樣品未經預處理,因此樣品的狀態、測定的方式以及測定的條件都會影響測量的結果,使近紅外光譜的變動性大。
(5)由於近紅外光譜測定的樣品經常是不經過提純等預處理的複雜樣品,因此樣品中除待測成分外還存在著複雜的高強度背景,造成了NIR分析圖譜的背景複雜和譜峰重疊,難以用常規方法解析圖譜。
(6)由於一種基團在近紅外光譜區的多個波長處有吸收,且近紅外光譜譜峰較寬,致使多組分樣品的近紅外光譜在一個波長處有多個譜峰的重疊。