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 Unscrambler 185
6.3.2 GRAMS 186
6.3.3 WinISI 186
6.3.4 TQ Analyst 187
6.3.5 OPUS 187
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