在分析科學領域,
近紅外光譜(NIR)技術猶如一雙擁有“超能力”的眼睛,能夠穿透許多物質表層,洞察其內在的化學成分與物理結構。這一切的起點,都源于一個特定的電磁波區域——近紅外波長范圍。這個看似簡單的區間,正是連接微觀分子世界與宏觀分析應用的橋梁。

一、明確的邊界:介于可見與中紅外之間
近紅外光譜的波長范圍有著明確的定義。它緊鄰可見光的紅色波段之外,起始于約780納米(nm),并延伸至2526納米(nm)。根據ASTM的定義,該范圍更常被表示為波數,即12820cm?¹到3959cm?¹之間。
這個區域并非隨意劃定,而是由其物理本質決定的。它恰好位于可見光區與中紅外(MIR)區之間,形成了一個承上啟下的獨特過渡帶。與中紅外光譜主要探測分子基頻振動(分子化學鍵的強烈伸縮和彎曲)不同,近紅外光譜捕捉的是分子中C-H、O-H、N-H等化學鍵的倍頻與合頻吸收。這些吸收信號雖較弱,卻蘊含著豐富的信息,成為了NIR分析的基礎。
二、范圍細分:揭示不同層次的信息
為了更好地研究和應用,近紅外波段常被細分為兩個子區域:
1.短波近紅外:該區域是氫鍵(特別是O-H)信息較豐富的區域,穿透能力強。因此,它非常適用于在線、無損檢測,如直接透過玻璃瓶或塑料包裝對藥品、農產品進行成分分析。在智能手機和便攜式傳感器中,也常見該波段的應用。
2.長波近紅外:此區域包含了更多有機物(如油脂、蛋白質、淀粉)的特征吸收峰,信息量更為密集和具體。雖然穿透性稍弱,但更適合用于實驗室或工業現場的精確定量分析,是糧油、制藥、化工等行業質量控制的黃金波段。
三、范圍的價值:為何這個區間如此重要?
近紅外波長范圍的獨特地位,賦予了它應用優勢:
1.無損與快速:得益于較弱的吸收系數,近紅外光可以穿透樣品,實現真正的無損檢測。結合現代光學與算法,一次掃描可在秒級時間內完成多組分分析。
2.強大的適應性:該波段能夠穿透玻璃、塑料等常見包裝材料,使得原位在線分析成為可能,廣泛應用于工業生產線上。
3.信息richness:雖然吸收峰重疊嚴重,但正是這個范圍內的海量微弱信號,通過化學計量學算法被挖掘出來,用于構建復雜樣品的定量與定性模型。
總而言之,近紅外光譜的波長范圍遠非一串簡單的數字。它是一個精心設計的“光學窗口”,讓我們能夠以非侵入的方式窺探物質的內部世界。從農產品品質鑒定到藥品生產監控,從石油化工到biomedical檢測,正是這個特定的波段,將光子的能量與分子的信息連接,驅動著現代分析技術向著更綠色、更高效、更智能的方向不斷發展。