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天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。——《周易》

近红外光谱技术在农产品品质分析中的应用

摘要:近红外光谱技术是一种高效、快速的现代分析技术,已在很多领域得到广

泛应用。文章对近红外光谱分析的技术原理、技术方法、技术特点作了简要介

绍,并对其在农产品品质分析中的应用现状和应用前景进行了综述。

关键词:近红外光谱技术(NIST)。农产品。品质分析。应用

近年来,随着近红外光谱技术和化学计量学的快速发展,近红外光谱技术已

成功应用于食品、药品、烟草、饲料以及石油化工等诸多行业产品的分析测

定。特别是在农副产品的品质分析上,因其具有快速、无须前处理、非破坏性以

及多组分同时定量分析测试等优势而得到更为广泛的应用。本文就近红外光谱

分析的技术原理、技术方法、技术特点及其在农产品品质分析中的应用现状和

应用前景进行综述,以期为近红外光谱技术在农产品品质分析中的进一步发展提

供科学依据。

1技术原理

近红外光谱区介于可见光区与中红外光区之间,波长范围为780~2526nm,

波数范围为4000~13330cm-1,为人们最早认识的非可见光区域,习惯上又将

其划分为近红外短波(780~1100nm)和近红外长波(1100~2526nm)两个区域

[1]。有机物分子一些基团,主要是含氢基团(CH、OH、NH、SH等)的倍频与合频

谱带恰好落在近红外区。这些基团吸收频率的特征性强,受分子内部和外部环

境影响较小,容易获得稳定的谱图。因而,近红外光谱包含了大多数有机化合物

结构和组成等丰富的信息,在现代化学计量学和计算机技术的配合下,可以实现

复杂物质的定性鉴别和定量分析。

农产品中的大多数有机化合物如蛋白质、脂肪、氨基酸、糖类(如还原糖、

纤维素、半纤维素、淀粉、果胶)等都拥有各种含氢基团,因此,运用近红外光谱

仪扫描农产品的近红外光谱,可以得到农产品中有机分子含氢基团的特征振动信

息,从而通过对农产品的近红外光谱分析可以测定农产品中各种化学成分的含量,

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而农产品的品质或品性与它所含有的各种化学成分直接相关。同时,近红外光谱

技术目前正转向以分析弱信号和多组分多元信息处理为基础的高精度快速在线

分析发展,这样可进一步建立关于农产品品质优劣、级别以及品种鉴定等一系列

快速分析模型,从而从根本上避免现在农产品化学测定方法的烦琐和人工审评中

因个人好恶带来的误差。

2技术方法

近红外光谱技术是从复杂、重叠、变动的光谱中提取样品微弱信息进行分

析,因此,运用傅里叶变换近红外光谱仪测定农产品样品中某种化学成分,需要采

用化学计量学方法建立光谱特征与该成分含量之间分析性能稳定、结果可靠的

数学模型:(1)选择上百至上千份具有代表性的农产品样品(标准样品集)。(2)

用其他测试仪器或化学方法测定各份农产品样品中所要预测成分的含量作为真

实值。(3)用近红外光谱扫描标准样品集中各份农产品样品的近红外光谱图。

(4)运用随机软件中的化学计量学方法如偏最小二乘法(PLC),在计算机内建立农

产品样品的近红外光谱图和化学成分真实值之间的对应模型。(5)在以后的测

试过程中对该模型进行不断的检验和校准,进行多组分测定时,只需对标准样品

集中各份农产品样品进行多组分测定,建立模型时再分别建立各组分和农产品样

品的近红外光谱图的对应模型即可。(6)测定时只需扫描待测样品的近红外光

谱,通过欲测定成分的对应模型就可以得到样品该成分的含量,从而可进一步进

行农产品品质优劣判定和品种鉴定等工作。