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1　近红外光谱分析基本概念1

1.1 引言1

1.2 吸收光谱与朗伯-比耳定律3

1.3　漫反射光谱及定量理论4

1.4　近红外光谱的定量及定性计算8

1.4.1 多元定量校正及主成分分析8

1.4.2　定性分析9

1.5　近红外光谱分析步骤10

1.6 与参考分析方法的关系11

1.6.1 准确性11

1.6.2　方法的溯源13

1.6.3　近红外光谱分析与常规分析方法的选择13

1.7　方法的标准化14

参考文献16

2　近红外光谱常用的化学计量学方法17

2.1 引言17

2.2　矩阵和数理统计基础18

2.2.1 矩阵基础18

2.2.2 朗伯-比耳定律的矩阵表示19

2.2.3　方差和正态分布20

2.2.4　显著性检验22

2.2.5 相关系数23

2.2.6 协方差与协方差矩阵23

2.2.7 线性回归25

2.3 光谱预处理方法27

2.3.1 均值中心化27

2.3.2　标准化28

2.3.3 归一化28

2.3.4　平滑28

2.3.5 导数29

2.3.6　SNV和去趋势算法29

2.3.7　多元散射校正29

2.3.8　正交信号校正30

2.4 变量压缩和选择方法30

2.4.1 波长的选择方法30

2.4.2 变量压缩和选择方法33

2.4.3　校正样本的选择方法37

2.5 多元定量校正方法38

2.5.1 主成分回归38

2.5.2　偏最小二乘法39

2.5.3　人工神经网络法40

2.5.4　支持向量回归45

2.6 近红外光谱分析中的模式识别方法46

2.6.1 无监督模式识别方法——聚类分析47

2.6.2　有监督模式识别方法——判别分析53

2.7　界外样本识别方法56

2.7.1　校正过程界外样本的检测57

2.7.2 预测过程界外样本的检测57

2.8　模型评价参数58

2.9　模型传递方法60

参考文献61

3　实验室近红外光谱仪62

3.1 仪器概述62

3.1.1 光谱仪基本构造62

3.1.2 光源63

3.1.3　单色器65

3.1.4　检测器65

3.1.5 其他69

3.2　分光技术71

3.2.1 滤光片型近红外光谱仪71

3.2.2　光栅扫描型近红外光谱仪73

3.2.3 阵列检测型近红外光谱仪76

3.2.4　傅里叶变换型近红外光谱仪78

3.2.5 声光可调滤波型近红外光谱仪81

3.2.6 阿达玛变换型近红外光谱仪84

3.2.7 多通道傅里叶变换光谱仪87

3.3　液体测量附件88

3.3.1 比色皿88

3.3.2 液体池91

3.3.3　光纤测量附件92

3.3.4 漫透射和漫透反射测样附件97

3.4 固体测量附件98

3.4.1　普通漫反射附件98

3.4.2　积分球99

3.4.3 光纤漫反射探头99

3.4.4　漫透射测量附件101

3.5　典型的实验室仪器类型102

3.5.1　通用型102

3.5.2　专用型104

3.6　仪器评价106

3.6.1　波长范围107

3.6.2　分辨率107

3.6.3　波长准确性109

3.6.4　波长重复性110

3.6.5　吸光度准确性110

3.6.6　吸光度重复性111

3.6.7　吸光度噪声111

3.6.8 吸光度线性范围112

3.6.9　基线稳定性和平直性113

3.6.10　杂散光113

3.6.11　扫描速度114

3.6.12　测样附件114

3.6.13　软件功能114

参考文献115

4　在线近红外光谱分析仪116

4.1　概述116

4.2 在线近红外光谱分析仪的基本构成119

4.2.1 硬件119

4.2.2　软件124

4.2.3　分析模型127

4.3　取样和样品预处理系统128

4.3.1　设计原则128

4.3.2　系统组成129

4.3.3　集成134

4.4　液体测量134

4.5 固体测量139

4.6　悬浮液和乳状液测量151

4.7　性能评价指标152

4.7.1 测量结果的准确性152

4.7.2　测量的长期稳定性152

4.7.3　测量速度153

4.7.4 安全性能153

4.7.5　易用性能153

4.7.6 性能价格比153

4.7.7　技术支撑和售后服务154

4.8　工程项目实施154

4.8.1　可行性研究155

4.8.2 成立项目组155

4.8.3 用户的初步设计155

4.8.4 市场调研和分析仪厂家评估155

4.8.5 用户和分析仪供应商共同参与的详细设计155

4.8.6 采购156

4.8.7　开工会156

4.8.8 工厂验收测试（FAT）156

4.8.9　现场安装和调试156

4.8.10　试运行157

4.8.11 开车157

4.8.12　技术终交和培训157

4.9　管理、验证和维护157

4.9.1 管理157

4.9.2　验证和维护158

参考文献160

5　便携式近红外光谱仪162

5.1 便携式近红外光谱仪的特点162

5.2　各类商品便携式近红外光谱仪162

5.2.1　Spectra Star 2400近红外分析仪162

5.2.2 HT100型阿达玛变换近红外光谱仪163

5.2.3　SupNIR-3200 CCD便携式近红外光谱仪器164

5.2.4 BTC261/BTC262系列阵列光谱仪165

5.2.5　勒纳4024肉类／食品成分快速分析仪166

5.2.6　DA7200型连续光谱固定光栅分析仪166

5.2.7　NIT-38近红外快速成分分析仪167

5.2.8　LabSpec？Pro可见光／近红外光谱仪167

5.2.9 MATRIXTM-Ⅰ型车载傅里叶变换近红外光谱仪168

5.2.10　Antaris MX傅里叶近红外现场快速检测仪169

5.2.11　ZDJ1PB-1和ZDJ1PB-2便携式近红外光谱分析仪170

5.2.12　S400近红外农产品品质分析仪171

5.2.13　IntegraSpecTM便携式近红外光谱仪器171

5.3　应用实例——便携式近红外水果分析仪172

参考文献175

6　近红外光谱配套的软件平台176

6.1　软件平台的主要功能176

6.1.1　样品集编辑177

6.1.2　建立校正模型177

6.1.3　界外点检测182

6.1.4　模型验证182

6.1.5　未知样品预测184

6.1.6　其他功能184

6.2　软件平台的主要结构184

6.3 市售商品软件简介185

6.3.1 Unscrambler185

6.3.2 GRAMS186

6.3.3 WinISI186

6.3.4 TQ Analyst187

6.3.5 OPUS187

6.3.6 RIPP化学计量学软件187

6.3.7 CAUNIR系列软件188

6.4　软件平台的评价188

6.4.1　样品集编辑部分188

6.4.2　校正部分188

6.4.3　检测部分189

6.4.4　其他189

参考文献189

7　近红外光谱分析技术新进展190

7.1　仪器进展190

7.1.1 编码光度式近红外光谱仪191

7.1.2　MEMS法布里-珀罗干涉仪近红外光谱仪192

7.1.3　MEMS可编程光栅近红外光谱仪194

7.1.4　MEMS扫描光栅近红外光谱仪196

7.1.5　MEMS傅里叶变换近红外光谱仪197

7.1.6　结束语198

7.2　化学计量学方法进展198

7.2.1　基于核函数的校正方法198

7.2.2 集成（或共识）的建模策略200

7.2.3 多维分辨和校正方法204

7.2.4　基于局部样本的建模策略206

7.2.5 二维相关光谱方法207

7.2.6　结束语208

7.3　近红外化学成像技术209

7.3.1 光谱成像原理和仪器209

7.3.2　光谱图像数据分析212

7.3.3　应用213

7.3.4　结束语213

7.4　应用进展214

7.4.1　农业214

7.4.2　食品214

7.4.3　制药215

7.4.4　石化215

7.4.5　其他215

参考文献216