纳米红外光谱仪

布鲁克纳米红外光谱仪（nanoIR）采用光热诱导共振技术(AFM-IR)实现微小区域红外信号的采集。红外激光照射到样品上，样品吸收辐射光产生热膨胀，这种热膨胀引发探针的震荡，通过监控探针的震荡强度获得红外吸收强度。AFM-IR利用原子力探针作为样品红外吸收的传感器，实现了超高灵敏度的光谱和红外成像探测，化学成像分辨能力可以达到10nm。近期，澳大利亚悉尼大学悉尼药学院团队将纳米红外光谱方法引入到单个EV结构的检测中，展示了其在同一EVs和不同EVs群体之间揭示个体EVs异质性的能力。

本文展示了纳米傅立叶红外光谱技术（nano-FTIR）的可行性和实验结果。nano-FTIR是将散射型近场光学显微镜与宽带红外激光光源整合获得的。测试结果显示nano-FTIR可以对有机材料获得20nm空间分辨率的红外吸收光谱，实际测量样品体积只相当于10-20L，理论上讲，nano-FTIR吸收光谱与传统FTIR吸收光谱吻合度高，而实验中对PMMA样品的测试也证明了这一点。因此nano-FTIR可以利用标准分子震荡红外数据库来对小量需要高空间分辨率的有机材料进行化学鉴定。本文中以对PMMA样品中的PDMS纳米尺寸污染的鉴定作为例证。

本文次以自然纳米结构（贝壳和骨质中的矿物质颗粒）的化学鉴定，证明通过红外近场显微镜技术能够解决以上问题。 纳米傅立叶红外光谱(nano-FTIR)是通过将傅立叶变换红外光谱技术(FTIR) 与散射式扫描近场光学显微技术（s-SNOM）结合获得的。对紫贻贝贝壳横截面抛光处理后，通过Nano-FTIR可以重复的观察到生物钙质微晶体的声子共振，以及生物文石质上明显不同的光谱特征。更重要的是，本研究次在紫贻贝贝壳中发现了尺寸为20nm左右、稀疏分布的纳米颗粒，其显著不同的光谱特征表明这些纳米颗粒为磷化物晶体。对人类牙齿界面的研究观察到了多组分磷酸盐的红外吸收峰。这些光谱在牙本质小管附近有明显的特征变换，证明了磷灰石纳米晶体的化学与结构的变化。红外光谱峰的强弱对应矿物质浓度变化，这点通过电镜得到印证。Nano-FTIR对结构的畸变反应敏感，因此非常适用于对生物矿物质形成和老化的研究。总体来说nano-FTIR适用于从微纳加工到临床骨科研究等多种学科中涉及复合材料的分析和鉴定工作。

磷酸铁锂是商业锂电池中一种常用的正材料。虽然磷酸铁与锂离子相互作用经过一相变终变成纯的磷酸铁锂是已知的，但是充放电过程中的磷酸铁锂去锂离子的具体工作机制还是存在争议的。I. T.Lucas等人利用Neaspec公司的纳米傅里叶变换红外光谱技术(nano-FTIR)对磷酸铁锂在锂电池的充放电过程中的相位分布进行了具体的研究。根据对不同充放电阶段的正材料红外吸收光谱的研究，实验结果直接证明，充放电的中间过程部分脱锂的正材料同时存在磷酸铁锂与磷酸铁两种相位。通过建立三维层析成像的模型建立与分析，由磷酸铁组成的外壳包围由磷酸铁锂组成的核心的“外壳-核心结构”模型适合解释该实验所得结果。分析表明在脱锂的过程中，核心部分的磷酸铁锂慢慢的变小直至终消失。

近年来，流感病毒（IFV， 结构示意图1）已被用作包膜病毒的原型来研究病毒进入宿主细胞的过程。IFV中血凝素（HA）是嵌入IFV包膜的主要表面糖蛋白。 HA负责IFV与宿主细胞受体的连接，并在病毒进入过程中参与介导膜融合。众多研究已经为靶标和病毒膜之间的融合机制建立了一个公认的模型。该模型认为只有在靶标和病毒膜发生膜融合时才可形成孔从而介导病毒-细胞膜渗透行为。然而，其他报道也观察到在融合发生之前靶标和病毒膜的破裂。此外，关于腺病毒蛋白与宿主细胞的研究显示，宿主细胞膜可能在没有膜融合的情况下被破坏而进入病毒。另一方面，病毒包膜和靶宿主细胞膜具有不同的化学组成或结构，各个膜中形成孔的要求不同，因此靶宿主或病毒膜破裂也可能立地被诱导。综上所述，关于病毒-细胞膜渗透行为的机理还存在一定的争议，明确单个病毒与宿主细胞的复杂融合机制，可为设计抗病毒化合物提供有利信息。然而，常规的病毒整体融合测定法是对膜融合事件的集体响应，不能对细微、尤其是在纳米尺度复杂的融合细节进行直接和定量的研究，因此无法直接量化一些可以通过研究单个病毒、纳米尺度表面糖蛋白和脂包膜来获得的融合细节。例如，病毒感染过程在分子水平上引起的病毒膜和宿主细胞膜的化学和结构组成改变，可以通过分子特异性红外光谱技术来探测。然而，单个病毒、表面糖蛋白和脂包膜尺寸小于红外光的衍射限，限制了单个病毒的红外光谱研究。因此，找到一个既可以提供纳米高空间分辨率，还能探测机械、化学特性（分子特异红外光谱）和环境影响的工具，使其可在单病毒水平上研究病毒膜融合过程是十分重要的。来自美国乔治亚大学和乔治亚州立大学的Sampath Gamage和Yohannes Abate等研究者采用 nano-FTIR & neaSNOM研究了单个原型包膜流感病毒X31在不同pH值环境中发生的结构变化。同时，还定量评估了在环境pH值变化期间,抗病毒化合物（化合物136）阻止病毒膜破坏的有效性，提供了一种抑制病毒进入细胞的新机制。

本文展示了通过纳米傅立叶红外光谱技术(nano-FTIR)进行的对蛋白质结构以30nm横向空间分辨率的进行光学成像的结果，以及nano-FTIR对单根蛋白质复合物的敏感度。本文展示了对病毒，铁蛋白（Ferritn）复合物，紫膜（purple membranes）,胰岛素聚合物的局部光谱，并通过它们的a-螺旋 和/或者 b-页状结构进行解释。研究者同样通过nano-FTIR对胰岛素纤丝进行了研究。胰岛素纤丝是一种广泛应用于神经组织退化疾病研究的模型系统，实验结果表明3nm直径的淀粉样纤丝含有大量的a-螺旋结构。此结果揭示了在纤丝周围的蛋白质具有的令人惊讶的高度有序性，这个结果也许可以作为解释纤丝结合的原因。作者预见nano-FTIR将在如细胞受体的离体成像，和蛋白质四机构的分析等众多领域中有着广泛的应用潜力。

本文论述了采用近红外光谱仪DA7200检测冻玉米中主要成分含量的方法。讨论了采用偏最小二乘法（PLS）建立校正模型过程中样品预处理及利用常规吸收峰优选波长的方法。经验证：水分、淀粉测量值同浓度参考值具有良好相关性（相关系数大于0.9），测量重复性变异系数(CV)优于2%。结果表明，近红外光谱法可以满足冻玉米中主要成分的实际测量要求，为玉米深加工企业提供了冬季原料玉米“按质收购”的参考方法。

聚醚多元醇（PPG）中的羟值是一个重要的产品质量指标，采用傅里叶变换近红外光谱仪进行羟值的分析，操作简单、快速、准确，对提高产品质量，扩大生产规模具有重要意义。目前，国内外也已制定相关标准（ISO15063，GB/T12008.3-2009等），使用近红外方法快速分析检测聚醚多元醇的羟值含量。

赛默飞世尔科技的手持式近红外光谱仪microPHAZIR Rx 基于近红外光谱的原理，采用便携式设计，无需取样，直接在现场即可完成中间体含量测定，可大大提高工作效率。

本试验利用近红外光谱技术测定白鲢鱼糜中的水分含量。光谱通过标准正交变量转换的处理后经过偏最小二乘法建立模型。并且以定标集预测误差、验证集预测误差及其相关系数作为评判模型好坏。结果发现定标集预测误差和验证集预测误差分别为0.392和0.485，定标集和验证集的相关系数都高于0.98。研究发现近红外光谱技术能快速测定鱼糜中水分含量，且用于实际生产中水分的控制是可行的。

应用近红外光谱（NIRS）分析技术和偏最小二乘法（PLS）建立稻米脂肪定量分析数学模型，并比较糙米粒和糙米粉 NIRS 数学模型对预测稻米脂肪含量的效果差异。

中石化石油化工科学研究院起草的石化行业标准《柴油燃料中生物柴油（脂肪酸甲酯）含量的测定红外光谱法》（NB/SH/T 0916-2015），规定了使用衰减全反射（ATR）红外光谱法采集样品光谱，通过偏最小二程法（PLS）计算FAME 含量。PerkinElmer 公司高性能的Spectrum Two 傅里叶变换红外光谱仪，采用Dynascan 抗振干涉仪、OpticsGuard 专利防潮机制、AVI 标准校正、AVC 大气背景扣除等先进技术，保证光谱仪可以在各种环境条件下采集准确、稳定的光谱数据。尤其是OpticsGuard 技术，使仪器对环境湿度没有要求，使用者无需对干燥剂进行维护和更换，通常可以连续工作5 年以上，特别适合化工企业的实验室使用。再搭配高质量ZnSe 水平衰减全反射（HATR）附件，可以获得高质量的红外光谱。

近日，瑞典隆德大学的Klementieva教授团队与美国PSC公司的Mustafa Kansiz博士合作，使用全新非接触式亚微米分辨红外测量系统在亚微米尺度上研究了淀粉样蛋白沿着神经突直到树突棘的聚集行为，这是以往的实验技术手段所不可能实现的。在该研究中，他们使用了大脑皮层初神经元，这是因为它们易发生AD病变，且具有特的结构。初神经元的这种形态特征使得可以在单个神经元层面上来测试全新非接触式亚微米分辨红外测量系统的分辨率和准确性。先，他们在反射模式下获得了高质量的红外光谱，且不受米氏散射或基线失真等人为因素的干扰。值得注意的是，全新非接触式亚微米分辨红外测量系统其约为400 nm的横向分辨率，使得他们能够通过比较1740 cm-1处的峰强度来检测脂质含量的差异，以及通过对比酰胺II (1540 cm− 1)与酰胺I特征峰强度(1654 cm− 1)的比值来比较氨基酸(蛋白质)的种类和数量上的差异。这是科学家们次获取单个树突棘的高分辨率的化学图像和红外光谱，以往其它测试方法是无法做到的。

近红外光谱分析技术作为一种快速、无损、简便的绿色测量方法和分析技术，在土壤养分的测定方面扮演着越来越重要的角色。近红外光谱检测技术具有快速、无需样品制备和成本低等一系列优点。近红外光谱能够反映土壤的有机质和全氮等养分信息，使得近红外光谱检测技术在农业与农业环境检测中得到了广泛应用；近红外光谱检测能力主要依靠其对C-H、O-H和N-H功能键的能量吸收进而反映相应土壤养分含量等信息。土壤有机质、氮、磷、钾是农作物生长的主要养分,是土壤养分管理和测土配方施肥的重要对象,随着测土配方施肥技术的大规模推广，迫切需要一种低成本、可靠的土壤养分快速检测方法。

红外光谱技术是一种通过测量物质对红外光的吸收和反射来研究其结构和成分的方法。在油画颜料分析中，红外光谱技术可以非接触、无损地检测油画颜料，提供关于颜料成分、结构以及老化状态等方面的信息。

红外光谱技术是一种常用的分析方法，通过测量物质对红外光的吸收来推断物质的成分。它广泛应用于化学、材料科学、生物学等领域。在产品配方研发方面，红外光谱也发挥了重要作用，为新产品的开发提供了有力支持。

采用INSION和Thermo Fisher两款近红外光谱仪器，检测奶酪样品中的脂肪含量。对NIR光谱（近红外光谱仪）和模型进行比较，评价两款仪器性能。

原位红外光谱技术是一种非侵入式的技术,利用样品对红外光的吸收特性来进行分析,其原理是将反应物物质放置于光学透明的实验室反应池中,通过专用的红外光谱仪观察反应物在光谱范围内的变化情况,从而得到反应物结构和化学键的信息,进一步研究反应过程及反应机理。

我们通过研究三个有代表性的案例来回顾近红外光谱仪技术的发展现状：第一，MEMS技术如何促进近红外光谱仪的超小型化，从而推动了下一代手持技术的发展。第二，在近红外光谱仪发展中起到关键作用模块化光纤光谱仪。后，嵌入式近红外解决方案如何在工业生产过程中来控制产品质量。

近红外光谱分析已被广泛地应用到农业'食品'生化'石油化工'医药临床'造纸和环保等领域傅里叶变换近红外光谱仪器具有较高的信噪比和很好的波长准确度等优点但价格比一般的国产光栅型或其它专用分析仪器贵得多!在一些实际应用中!譬如烤烟收购时品质指标的检测等!运用傅里叶变换型光谱仪可比喻为-杀鸡使用宰牛刀.(M)"在国产化和低成本化的近红外光谱仪上!研究开发品质分析用的近红外快速检测方法对推动国内近红外技术产业的发展具有重要的实际意义

红外光谱分析是根据化合物的特征谱带测定物质含有哪些官能团(决定一类有机物特性的基团),从而确定化合物类别的一种分析方法。结构决定性质,红外光谱分析首先要确定物质的结构。对于单一高聚物要了解其组成单体和聚合物的光谱特点 对于混合物要熟悉各单一组成物质的光谱特点。同一高聚物不同领域会制成不同的产品,分析红外光谱时要注意分辨所测物质的形态、外观、用途等。利用不同物质对特定波长的红外辐射有强烈的吸收效应,从而可以用来推断物质的组成和结构。这种研究物质分子的组成和结构的方法称红外光谱分析法。它具有传统理化试验所不可比拟的优越性:测试精度高,重复性好。

西班牙巴斯克大学的Hillenbrand教授利用nano-FTIR实现了多组分高分子材料的纳米成分分析。研究人员通过检测聚苯乙烯（PS），聚丙烯酸（AC）以及聚偏氟乙烯（FP）混合样品的纳米区域的红外光谱，并与标准样品的纳米红外光谱做对比，得到样品组分的纳米分布图，分辨率达到了30 nm。通过分析样品C-F（1195cm-1），C=O（1740cm-1）及C-O（1155cm-1）峰的强度及波数的空间分布图，可得到对应的高分子组分及组成结构的空间分布。相关研究成果发表于Nature Communications, 2017, 8，14402. Nano-FTIR可以得到材料纳米分辨率的化学信息，分辨率高可达10 nm，是传统FTIR和ATR-IR无法企及的。

对我国近10年来近红外光谱分析技术的研究与应用进展作了较为详细的综述，包括近红外光谱仪器研制、化学计量学方法及软件开发和在各领域的实际应用。根据国际上近红外光谱分析技术的现状和国内实际情况，提出了今后我国近红外光谱分析技术的发展方向。

生物组织的光谱研究是当今医学研究的重要组成部分。Insion近红外光谱仪研究的语境在近红外光谱中的膝部变化的区域和关节炎 GE 转向紊乱。Insion近红外光谱仪也从事生物新鲜组织的光学表征一般。Charak terisierung 和显示组织的变化对了解本机状态很重要。所以在这工作那选定的生物组织的当地光学特征是-。Insion近红外光谱仪，光学特性不仅可以用于组织表征, 还可用于光学模拟。Karmarkar-ka-蒙克-用于光学性质理论的计算, 描述了强散射介质中的光传播。

近红外光谱区域是人们发现的第一个非可见光谱区域，它是由Hershel在1800年所观察到[1]。但是由于缺乏仪器基础，直到上世纪50年代以前，近红外光谱技术一直没有得到实际应用。上世纪50年代中期以后，随着简易近红外光谱仪的出现及美国农业部的Karl Norris等人所做的工作，使近红外光谱技术在农副产品分析中得到广泛应用[2]。20世纪60年代后，由于中红外光谱技术的快速发展和应用，加之近红外光谱技术自身的灵敏度低、抗干扰性差等缺点，使人们淡漠了该技术在分析测试中的应用。1983年，Wetzel称之为“光谱技术中的沉睡者（Sleeper among spectroscopic techniques）” [1]。80年代以后，随着计算机技术、化学计量学技术及仪器分析技术的发展和应用，人们重新认识了近红外光谱的价值，并使其发展成为了一门独立的分析技术，1988年成立了国际近红外光谱协会（CNIRS）[3]。由于应用领域的不断扩展，McLure在1994年发表了一篇题为“The giant is running strong”的论文[1]。1998年，Davies撰文讨论了近红外光谱技术的潜在用途和发展趋势，并将其描述为光谱领域中“从沉睡者变为了启明星（from sleeping technique to the morning star of spectroscopy）”的技术[4]。我国对近红外光谱技术的研究起步较晚，但1995年以来有关这一技术的应用研究逐步增多。目前，已有中国石化研究总院和北京第二光学仪器厂开发出商用近红外光谱仪[5]。药品生产过程的质量控制要求，为了确保最终产品的质量稳定均一，需要对从原料接收到产品出库的整个物料流通过程进行全程监测。近红外光谱分析技术的特点决定了其在这一领域可以发挥重要作用。

红外光谱技术是一种基于分子振动和转动光谱的测试方法，可以用于分析物质的组成和结构。在化妆品行业中，红外光谱技术得到了广泛的应用，主要涉及成分分析、质量控制、真伪鉴别以及安全性评估等方面。

红外光谱分析是一种广泛应用于材料科学、化学和物理学等领域的实验技术。对于塑料这种由多种有机高分子化合物组成的复杂材料，红外光谱分析能够提供有关其内部结构和化学成分的重要信息。尽管红外光谱分析在塑料成分分析中具有一定的局限性，例如无法提供准确的成分比例，但它仍然是一种重要的定性或半定量分析方法。

综上所述，利用近红外光谱法(NIR)测定样品光谱信息，通过二次求导(S-GD2)预处理光谱信息后建立的偏最小二乘(PLS)模型，近红外光谱仪校正样本和预测样本的相关系数分别为0.9944 和0.9354，标准差分别为0.6457 和1.6085，近红外光谱可快速准确检测锦氨混纺纤维组分的含量。

红外光谱法分析碳酸钙标准品和陆德活性碳酸钙把碳酸钙标准品放在烘箱中,于80 ℃下烘干,称取0.002 g样品,用玛瑙研钵研细,然后加入适量的溴化钾继续研磨,将研细的样品放在压片模具中,在不低于140 MPa的压力下压3~5 min,然后将透明的溴化钾压片放在样品支架上,放入已经进行过背景测试的红外光谱仪上进行检测,

生鲜牛乳作为一种天然乳浊液，在近红外光谱的测量过程中，粒径较大的脂肪球颗粒易上浮到牛乳表层，可能会影响牛乳近红外光谱的测量重复性，进而影响牛乳成分预测精度。