63、近红外光谱波数标准的全面解析

近红外光谱波数标准的全面解析

1. 引言

近红外（NIR）光谱范围在 15000 - 4000 cm⁻¹（666 - 2500 nm），有机化合物的近红外光谱由红外基本振动跃迁的泛频和组合频带组成。这些近红外波段的吸光系数比红外波段低 10 - 10000 倍。由于这些波长的光学吸收相对较弱，能够对较厚的样品进行表征，而且玻璃和光学玻璃纤维对近红外光透明，使得许多材料的近红外光谱可以直接测量，通常无需或只需很少的样品制备。这一特点促使近红外光谱在农业、化学和制药等领域得到了迅速发展。

传统的分析化学光谱方法通常将分子物种的浓度与某一吸收带的强度相关联，但这种单变量校准方法在近红外光谱中很少有用，因为近红外波段宽且高度重叠。为了从近红外光谱中定量提取所需分析物的浓度，需要全光谱的“化学计量学”模型。成功的多元校准需要在因变量和自变量中一致地表示相关信息。对于光谱应用，准确的化学浓度测定需要分光光度计的波长/波数（x 轴）和响应（y 轴）保持稳定。在特定测量过程（校准和预测）中，关键应用可能要求 x 轴稳定性达到 10⁴ 到 10⁵ 分之一。只要进行适当的维护和环境控制，色散型和傅里叶变换（FT）仪器都能够达到这种程度的 x 轴稳定性。然而，要证明某一仪器具有所需的稳定性，就需要进行某种形式的 x 轴校准。

开发近红外仪器的波长/波数校准标准面临着诸多挑战：
- 光谱分辨率差异大 ：如今的近红外仪器光谱分辨率范围很广，FT 仪器的分辨率较高（4 cm⁻¹，约 0.4 nm），而二极管阵列、滤光片或快速扫描波长色散型仪器的分辨率则较粗（10 到 20 nm）。理想的波长标准应适用于各种近红外分光光度仪器，具有高重复性和低偏差，这就要求标准