在过程分析中使用近红外光谱法

接受过实验室技术培训的光谱学家经常将NIR视为一个不太可用的光谱区域，以填补IR和UV/VIS区域之间的空白。与IR峰相比，NIR峰重叠，宽和弱得多。但是，尽管这一事实，但尚不清楚为什么NIR广泛用于过程分析。

在1980年代，由于敏感探测器，光纤和明亮的光源的出现，NIR变得流行。该技术还解决了IR的一些困难特征，因为通过液体样品的NIR光学路径可以是毫米甚至厘米，而不是微米。因此，1980年代发射了第一个商业光纤分光光度计。

这些进步的关键在于能够将光纤探针（采样界面）带到过程中，同时将电子设备（即点火源）远离危险环境。这也意味着，可以通过连续的“在线”测量方法代替常规的，耗时的收集（“抓”样本）并将其带回实验室进行分析的方法，而无需使工人暴露于潜在的有害化学物质上。反过来，连续的在线测量结果可提高产品质量，更少的脱靶材料重做，更快的过程控制以获得更好的生产率以及提高工人的安全性。它开始通过直接确定化学反应，而不是从压力，温度，流量和流体水平来推断出来来改变范式。此外，通常需要使用多元统计数据来研究重叠峰之间的微小光谱变化。用于化学分析的多元统计技术的这一领域称为化学计量学。^（（2）也许，部分最小二乘（PLS）是应用于NIR数据的最广泛使用的化学计量技术^（3）随着计算机的改善，它们在1980年代变得流行。

尽管自第一个过程扫描分光光度计发布以来，已经做出了重大的发展，但这些方法假设需要一个完整的光谱来克服分析问题。但是，这个假设的价格很高，需要具有化学计量学专业知识的人员。但是，在许多情况下，仅需要几个波长才能提供可接受的校准。在这里，可以使用多个线性回归（MLR）方法从完整的频谱分析中选择一些波长。^（4）

近红外光谱

图1显示了汽油的光谱，证明了NIR光谱的特性。这些光谱代表了通过1厘米汽油的路径长度的光传输。

图1。汽油的NIR光谱

NIR通常用于测量1900 nm附近的痕量水分，如图2中四氢呋喃的光谱所示。

图2。四氢呋喃的水

NIR反射率测量已被广泛用于农业，食品，药品，纺织品和其他行业的固体。反射率测量受样本的粒径，尺寸分布和均匀性的强烈影响。结果，近IIR反射率的大部分演变都用于使用计算校正来减少这些物理效果，以取得许多测量点的平均值以及使用较大的照明区域。图3显示了小麦粉的NIR光谱。

图3。面粉的反射光谱

数据分析

部分最小二乘（PLS）

强大的多元定量技术（PLS）通常用于预测来自NIR光谱。^（（2,3）通过使用特征值和特征向量，PLS同时执行光谱和成分浓度数据的分解。术语“因子”用于描述光谱数据的线性组合。由分解确定的第一个因素包括数据中的最大差异。随后将该因素删除，并确定第二个因素，其中包含较小比例的整体变化，依此类别，依此类别，所有因素都以组成浓度为指导。通过消除较少关键因素，PLS方法消除了在确定校准时没有提供任何有价值信息的数据的差异。但是，需要高水平来解释和应用PLS计划，这是许多公司缺乏的专业知识。

多线性回归（MLR）

MLR试图从校准样品中选择一系列波长，以减少实际浓度和预测浓度之间残差平方之和的总和。MLR简单地用于找到创建“最佳”拟合的波长集，但是这可能是这样。不是最好的方法，因为在该特定数据集中，它可能会受到噪声的强烈影响。

仪器之间的校准转移

没有两种乐器是相同的。在仪器中，最关键的区别可能是沿波长量表。因此，已经设计了校准转移方法来安装和修改最新仪器中的模型，而无需重新运行所有校准样品。

光纤仪器和要求

扫描分光光度计

扫描过程仪器取决于从一束光纤或光纤上的光线投射到衍射光栅上。通过这种光栅，光被分散到其组成波长中。光栅是机械旋转的，因此可以顺序允许一组狭窄的波长通过狭窄的缝隙。但是，对更快的收集时间的需求在快速移动光栅并知道哪些波长与特定信号相关时承担着很大的负担。这尤其重要，因为PLS模型通常需要一段时间内的亚纳米波长稳定性。

傅立叶变换分光光度计（FT-NIR）

在FT-NIR分光光度计中，将光束分离器用于将传入的光束分离为两个光束，然后重新组合，将其定向到光纤中，然后发送到样品中。^（（5）FT-NIR比扫描仪器具有“多路复用”优势，也具有更大的波长分辨率。然而，尽管有了设计的进步，FT-NIR技术的特征是动人的部分，容易振动。

声学可调滤波器（AOTF）

与扫描仪器不同，AOTF不需要移动部分。取而代之的是，光被引导到teo中₂水晶。通过使用粘附在晶体上的压电材料，射频范围内的高频声波耦合到晶体中。这些声波通过晶体迅速传播，然后与宽带光相互作用，最后产生两个单色光束，每个光在不同的方向上极化。可以编程AOTF选择任何一组波长。因此，可以在感兴趣的区域或特定峰上花费更多的时间，并且在几乎没有有用数据的光谱区域中花费的时间更少。

光电二极管阵列分光光度计（PDA）

也许，PDA是获得NIR光谱的最直观的方法。该方法涉及将探测器的紧凑，线性阵列放在从衍射光栅的合适距离上，以研究整个波长。但是，虽然硅（SI）PDA已在一段时间内获得了商业可用，但它们只能在约1000 nm以下应用。

固定过滤器光度计

从历史上看，固定的滤波器光度计可以分析多个NIR波长，并通过将光线穿过仪器内的样品单元进行操作。该样品不断从该过程中提取并通过该单元格进行泵送。随后，光线通过旋转的轮，该轮带有几个光学干扰滤波器，而光线又只允许在狭窄的波长范围内进行光，通常宽度为10–20 nm宽。以这种方式，选择了各种波长，并在NIR检测器的前面旋转。光纤最近已纳入光度计，以实现前面描述的好处。配备微处理器的过程NIR光度计可以使用多个波长和MLR监视广泛的应用。

光纤多路复用

过程分析的另一个主要技术发展是光纤多路复用。使用该技术，可以使用单个仪器顺序检查许多光纤探针，从而降低每次分析的成本。

流程环境的外壳

在生产环境中，如果存在易燃蒸气，则过程NIR分光光度计和光度计的存在可能构成爆炸或火灾危害。因此，NIR工艺设备可能需要独家围栏来2020欧洲杯下注官网消除或降低设备和人员的风险。鉴于此，根据NFPA 496：1993标准，将北美的危险区域分类归类为类，分裂和组。NIR分析仪的标准分类包括^（6）1类，第1级，B组；1类，第2级，组，B-D；和通用，NEMA 4。

光纤和光纤探针

NIR仪器的上述进步需要在光纤探测技术中伴随的发展。如果连接到其上的光纤探头分散，即使是最稳定的光谱仪也将无用。因此，工艺探针必须忍受制造环境的严格性，例如机械振动，侵略性化学物质，高压和高温，通常是上述组合。

传输探针

插入探针

这些探针是长的金属棒，直径为18–25毫米（¾–1英寸），长度为9-91厘米（6–36英寸）。插入探针通常可以忍受高达250°C和1000 psi（7 MPa）的温度。尽管它们比流量探针的成本量高出50％–100％，但它们通常提供了连续跟踪反应器中反应的唯一方法。

流细胞

流动池是专门为滑动（侧）流而开发的探针，实际上是绕过直径较小的液体流的快速绕过液体流。大多数坚固的流动池都具有主要的O形圈密封件和蓝宝石窗户。使用样品端口和阀门，可以关闭侧流并排干，并可以卸下单元上的干净端口，以轻松清洁光学元件。

反射探针

像插入探针一样，反射探针经常使用多个纤维来提高强度和更大的照明区域，以收集从样品中反射的光。有许多市售配置。

内部反射探针

衰减的总内反射率或ATR用于测量包含光散射中心的多相样品中的液相，例如，泡沫和浆中的颗粒中的气泡。欧洲杯猜球平台该技术已成功地应用于紫外线和IR，其中分别来自电子过渡和振动的吸收是强烈的。但是，在NIR中并非如此。在此过程中使用ATR的危害在于表面可以涂覆并抑制ATR探针从大量化学中的传感变化。

光纤

多模式光纤可用于NIR。过程分析仪使用了两种类型的纤维 - 低OH纤维和高OH纤维。在NIR中使用低OH纤维来减少纤维本身在1450 nm附近且超过1900 nm的关键O-H区域引起的吸收。高oH纤维在暴露于紫外线后不太容易容易阳光或变黑，因此它们用于紫外线/vis。他们较高的OH内容阻止了它们在大多数NIR应用中的使用。光通过纤维遵循许多不同的路径，并在长距离内略微衰减。

组织问题

本文显然集中在过程NIR中所涉及的技术上，但是显然，有效的实施更多地取决于公司组织问题，而不是仪器本身。过程分析化学确实是高学科的。^（（7）此外，选择了昂贵的九种新型NIR分光光度计，并为第一个在线设计世界上最先进的PLS模型NIR申请可能不是以前成功建立倡导的最佳方法。NIR Process Ingrementments有了勤奋和专注的重点，可以帮助制造商实现降低制造成本，提高工人安全和提高产品质量的目标。

引导波型412 NIR光谱仪

引导波分类的探针和流动细胞

Clearview DB光度计外壳选项

参考

1. D. A. Burns和E. W. Ciurczak，《近红外分析手册》，Marcel Dekker，纽约，1992年。
2. M. A. Scharaf，D。Illman和B. R. Kowalski，化学计量学（化学分析的第82卷：一系列有关分析化学及其应用的专着），John Wiley＆Sons，纽约，1986年。
3. H. Martens和T. Maes，《多元校准》，约翰·威利父子，纽约，1986年。
4. H. Mark，《光谱校准的原理和实践》，（第118卷化学分析：一系列有关分析化学及其应用的专着），John Wiley＆Sons，纽约，1991年。
5. W. M. Doyle，“傅立叶变换红外（FTIR）过程分析的原理和应用”过程控制和质量，（2）11-41（1992）。
6. K. J. Clevett，Process Analyzer Technology，John Wiley＆Sons，纽约，第849-851页（1986）。
7. S. Jacobs和S. Mehta，“工艺质量测量系统：一种成功的过程分析化学计划的综合方法”，《美国实验室》，15-22（1987年12月）。

该信息已从导浪提供的材料中采购，审查和调整。欧洲杯足球竞彩

有关此消息来源的更多信息，请访问引导波。