近红外光源：概念、优缺点与应用解析

什么是近红外光源？

近红外光源（Near Infrared Light Source, NIR）是指发射近红外光的设备。近红外光是介于可见光（VIS）和中红外光（MIR）之间的电磁波，其波长范围通常定义为780至2526纳米（nm）。根据美国试验和材料检测协会（ASTM）的标准，近红外区域进一步划分为近红外短波（780至1100nm）和近红外长波（1100至2526nm）。

近红外光是人类最早发现的非可见光区域之一，广泛应用于农业、食品、医药、环境监测等领域。

近红外光源的主要弱点

• 模型建立需求高：近红外光谱分析需要大量具有代表性且化学值已知的样品来建立模型，这使得对小批量样品的分析成本较高。
• 模型维护复杂：建立的模型并非一劳永逸，仪器状态的变化、样品的代表性变化（如作物新品种或产地差异）都会影响测定结果。
• 模型转移难度大：目前模型转移问题尚未完全解决，每台仪器通常需要独立建模，模型无法通用。
• 不适用于少量样品分析：由于建模成本高，样品数量少时测试费用较高，经济性较差。

近红外光源的主要优点

• 无前处理、无污染：近红外光具有强穿透能力，可直接检测样品，无需化学试剂，避免环境污染，同时节约试剂费用。
• 无破坏性：近红外技术对样品无损伤，适用于果蔬等原料及成品的无损检测，可进行更多数量的抽样检查。
• 支持在线检测：近红外技术可在生产流水线上实时检测原料、半成品及成品，及时发现品质变化，便于调控生产过程。
• 多组分同时检测：在同一模式下，近红外技术可同时测定多种组分，极大提高了检测效率。
• 测定速度快：近红外光谱数据处理快速，通常在2分钟内即可完成定性或定量分析。
• 投资及操作费用低：近红外光谱仪的光学材料多为普通石英或玻璃，仪器价格较低，操作空间小，样品无需预处理，且高度自动化降低了操作难度。

近红外光源的应用场景

近红外光源广泛应用于多个领域，例如：

• 农业：用于检测作物的水分、蛋白质、淀粉等成分。
• 食品工业：用于分析食品的营养成分、品质控制和安全检测。
• 医药领域：用于药品的成分分析和质量控制。
• 环境监测：用于水质、空气质量等环境参数的快速检测。

总结

近红外光源作为一种先进的检测技术，凭借其无损检测、多组分同时测定、快速高效等优点，已成为多个行业的重要工具。然而，其模型建立和维护的复杂性也对实际应用提出了挑战。未来，随着技术的进一步发展，近红外光源的应用潜力将更加广阔。

参考来源

• ASTM International
• Nature
• ScienceDirect