近红外光谱理论课件.ppt
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- 红外 光谱 理论 课件
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1、大家好大家好1FOSS FOSS 近红外技术在农业近红外技术在农业/ /食品应用举例食品应用举例农农业业 食食品品加加工工 乳乳制制品品 配配合合饲饲料料 Moisture, CP. EE, Fiber, Ash, Ca, P, Salt, AA, ME 糖糖品品中中锤锤度度和和旋旋光光度度 黄黄油油,乳乳酪酪中中的的油油份份和和水水分分 食食用用油油的的碘碘值值IV, POV, PHOS, FFA, Moisture, SFC 鲜鲜奶奶中中的的水水分分,乳乳脂脂和和总总固固形形物物 饲饲草草 糕糕点点中中蛋蛋白白,油油份份和和水水分分 乳乳清清制制品品中中的的蛋蛋白白和和总总固固形形物物 青
2、青储储饲饲料料 啤啤酒酒和和饮饮料料中中的的酒酒精精 奶奶粉粉中中的的水水分分、蛋蛋白白、油油份份和和灰灰份份 酸酸奶奶中中乳乳脂脂 & 总总固固形形物物 2NIRNIR技术技术目前所获得的国际目前所获得的国际认可认可AACC39-21 (大豆中的蛋白大豆中的蛋白,油份油份 , 水分水分)39-21A (小麦中蛋白小麦中蛋白、水分、水分) Foss TecatorAOAC 989.03 (蛋白蛋白, 酸性洗酸性洗涤纤维涤纤维,水分水分)Foss NIRSystemsUSDA89-01 (大豆中的蛋白大豆中的蛋白,油份油份)90-101 (小麦中的蛋白小麦中的蛋白) Foss TecatorAC
3、CC小麦中的蛋白小麦中的蛋白,硬度,水分硬度,水分Foss NIRSystems31975年加拿大谷物委员会正式确定NIR为该国官方的蛋白质分析方法1979年NIR成为官方分析油料中单葡萄糖苷的快速测定方法1983年成为快速测定油料中不饱和脂肪酸的官方分析方法41984 美国公职分析家学会(AOAC) 989.03: NIR成为分析饲料中蛋白,酸性洗涤纤维,中性 洗涤纤维 的标准方法1985年国际谷物技术协会采用NIR技术测定蛋白5近红外技术在我国饲料研究与应用进展近红外技术在我国饲料研究与应用进展七五期间,近红外定标软件的研制列入国家攻关计划。在此期间以中国农科院畜牧研究所为首,全国近20家
4、研究所联合完成了饲料用玉米等九个能量饲料大豆粕等4个蛋白饲料苜蓿粉等7个粗饲料蛋鸡配合料干物质,粗蛋白,粗纤维,和灰分组分的定标数据库建立和定量分析工作6近红外技术在我国的研究与应用进展近红外技术在我国的研究与应用进展6个饲料的消化能和代谢能含量分析大麦等4个饲料原料的氨基酸分析米糠饼等6个饲料的植酸磷分析饲料添加剂中喹乙醇分析的定标工作这些工作为NIR技术在我国农业上的应用提供了大量的基础数据7NIRNIR技术技术已正式列入我国饲料国标已正式列入我国饲料国标GB /T 18868-2002 GB /T 18868-2002 饲料中水分、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、赖氨酸、蛋氨饲料中水分、粗蛋白、
5、粗纤维、粗脂肪、赖氨酸、蛋氨酸、快速测定近红外光谱法酸、快速测定近红外光谱法Method for determination of moisture, crude Method for determination of moisture, crude protein, crude fiber, crude fat , lysine and protein, crude fiber, crude fat , lysine and methinionemethinione馔写人馔写人 国家饲料质量监督检验中心国家饲料质量监督检验中心 杨曙明杨曙明 宋荣宋荣8近红外光谱理论近红外光谱理论9近红外光谱
6、波长范围近红外光谱波长范围紫外紫外可见可见近红外中红外25004,000官能团定性分析官能团定性分析分子光谱分子光谱成分定量分析成分定量分析分子光谱分子光谱表观颜色分析表观颜色分析定量分析定量分析分子光谱分子光谱80014,28540025,000200 50,00025,000 nm400cm-110近红外是如何工作的近红外是如何工作的? ?u近红外光谱研究物质分子对近红外光(能量)的吸收近红外光谱研究物质分子对近红外光(能量)的吸收u界于电磁波谱界于电磁波谱800-25800-2500nm00nm光谱区段光谱区段u它属于分子光谱的研究范畴,即研究物质分子与电磁波的相互作用它属于分子光谱的研
7、究范畴,即研究物质分子与电磁波的相互作用. . 11光谱理论光谱理论u广义的红外光谱(包括中红外光谱及近红外光谱)广义的红外光谱(包括中红外光谱及近红外光谱)是由分子振动吸收引起的是由分子振动吸收引起的u红外活性分子红外活性分子( (包括对中红外及近红外谱区能量吸包括对中红外及近红外谱区能量吸收分子)可理解为收分子)可理解为 一振动双极的机械模型(双极一振动双极的机械模型(双极具有具有 电荷分离),每一双极模型其振动具有特殊电荷分离),每一双极模型其振动具有特殊的频率及振幅。的频率及振幅。12伸缩振动伸缩振动13弯曲弯曲 振动振动- - 面内弯曲面内弯曲 (1)(1)14弯曲振动弯曲振动 面外
8、弯曲面外弯曲 (2) (2)15光谱理论光谱理论. .u频率频率 是指单位 时间的振动数目u振幅振幅 是 振动双极的振动距离16光谱理论光谱理论. .u当光能与分子振动能量相匹配时,分子将吸收光能,当光能与分子振动能量相匹配时,分子将吸收光能,振动能级将跃迁为新能级,表征为振动振幅的增加振动能级将跃迁为新能级,表征为振动振幅的增加u在新能级时,分子振动频率保持不变在新能级时,分子振动频率保持不变17分子振动能级跃迁分子振动能级跃迁18 近红外区吸收近红外区吸收u近红外光谱主要是由分子中近红外光谱主要是由分子中O-H, N-H, C-H, S-H O-H, N-H, C-H, S-H 键的振动键
9、的振动 吸吸收引起的收引起的u是这些振动的组频和倍频吸收带是这些振动的组频和倍频吸收带u近红外区光谱测试成分须含有近红外区光谱测试成分须含有u O-H, C-H, N-H O-H, C-H, N-H 或或 S-H S-H 键键- CH- OH-NH-SH19光谱理论光谱理论u红外活性分子其振动的基频吸收发生在中红外区,在近红外区红外活性分子其振动的基频吸收发生在中红外区,在近红外区,表征为合频吸收及倍频吸收。,表征为合频吸收及倍频吸收。u倍频吸收带约发生在基频吸收倍频吸收带约发生在基频吸收2 - 3 2 - 3 倍基频吸收频率处(或波倍基频吸收频率处(或波长的约长的约 1/2 1/2 及及1/
10、3 1/3 处)处)u当倍频级别增加时,吸收强度将减弱当倍频级别增加时,吸收强度将减弱20 例如: C-H 键的倍频吸收约出现在 2960cm-1 (C-H 伸伸缩缩振振动动) * 2 = 5920cm-1 = 1689nm 2960cm-1 (C-H 伸伸缩缩振振动动) * 3 = 8880cm-1 = 1126nm 倍频吸收带位于倍频吸收带位于基频吸收频率的倍数积处基频吸收频率的倍数积处 21合频吸收带约位于两个或三个合频吸收带约位于两个或三个基频吸收频率之和处基频吸收频率之和处 例例如如: C-H键键的的合合频频吸吸收收带带约约出出现现在在 2960cm-1 (C-H Stretch)
11、+ 1460cm-1 (C-H Bend) = 4420cm-1 = 2262nm 22近近红红外外合合频频及及1级级,2级级倍倍频频吸吸收收带带 2.29 1.84 1.38 .93 .47 .02Log 1/T11001300150017001900210023002500Wavelength (nm)WaterOil232.702.752.802.852.902.953.003.053.103.153.20020406080100= Protein= Oil= Moisture近红外近红外2级,级,3级倍频级倍频24光谱理论小结光谱理论小结uR-H R-H 键振动在近红外区有较强的倍频吸
12、收键振动在近红外区有较强的倍频吸收u近红外光谱主要是由近红外光谱主要是由O-H, N-H, C-H, S-H O-H, N-H, C-H, S-H 键的振动键的振动 吸吸收引起的收引起的u在近红外谱区能量照射下,氢分子中的氢在近红外谱区能量照射下,氢分子中的氢- -氢键由于振动氢键由于振动双极没有发生任何变化,因此没有近红外吸收双极没有发生任何变化,因此没有近红外吸收uR-H R-H 的伸缩振动或的伸缩振动或 R-H R-H的伸缩的伸缩/ /弯曲振动构成了近红外区弯曲振动构成了近红外区的主要吸收带的主要吸收带u研究近红外区光谱吸收,测试成分须含有研究近红外区光谱吸收,测试成分须含有 O-H,
13、C-H, N-O-H, C-H, N-H H 或或 S-H S-H 键键25脂肪在脂肪在NIRNIR的对应基础的对应基础26 蛋白质在蛋白质在NIRNIR的对应基础的对应基础27糖在糖在NIRNIR光谱的对应基础光谱的对应基础28典型的近红外吸收典型的近红外吸收29近红外吸收重要的波长近红外吸收重要的波长 92139CH/CO组合吸收峰组合吸收峰蛋白蛋白/蛋粉蛋粉102180NH键伸缩振动一级倍频键伸缩振动一级倍频蛋白质蛋白质82190CH/CO组合吸收峰组合吸收峰蛋白蛋白/淀粉淀粉72208CH/CO组合吸收峰组合吸收峰尿素尿素/乳糖乳糖52270OH/CO组合吸收峰组合吸收峰淀粉淀粉/糖糖
14、42310CH键伸缩一级倍频键伸缩一级倍频油份油份22336CH/CH弯曲振动一级倍频弯曲振动一级倍频纤维素纤维素/灰份灰份32348CH键伸缩振动一级倍频键伸缩振动一级倍频纤维素纤维素62230参比参比 30近红外吸收重要的波长近红外吸收重要的波长 191445OH键二级倍频键二级倍频水分水分181722CH键二级倍频键二级倍频淀粉淀粉/纤维素纤维素171734SH键二级倍频键二级倍频蛋白质蛋白质151759CH键二级倍频键二级倍频油份油份131778CH/HOH组合吸收峰组合吸收峰淀粉淀粉/纤维素纤维素121818CO键一级倍频键一级倍频纤维素纤维素161940OH键一级倍频键一级倍频水分
15、水分111982NH/酰胺组合峰酰胺组合峰尿素尿素142100COO一级倍频一级倍频淀粉淀粉/蛋白蛋白31WATEROILPROTEINSTARCH3233700100013001600190022002500波长 (纳米)00.20.40.60.81吸光度吸光度 (Log 1/R)三级倍频吸收带三级倍频吸收带二级倍频吸收带二级倍频吸收带一级倍频吸收带一级倍频吸收带合频吸收带合频吸收带尼龙纤维样品的近红外光谱尼龙纤维样品的近红外光谱34随随波波长长变变化化的的一一些些因因素素变变化化趋趋势势随随波波长长变变化化的的一一些些因因素素变变化化趋趋势势在在样样品品中中穿穿透透波波带带叠叠加加吸吸光光
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