近红外光谱分析技术及其在农业中的应用

近红外光谱分析技术及其在农业中的应用摘要论述了近红外光谱（NIRS）分析技术的原理、技术发展进程及其应用现状、发展前景。关键词：近红外光谱分析作物育种品质抗病虫应用在电磁光谱（EMS）中， 400～700nm 的可见光使生命得以生存，而位于可见光之外的近红外光谱（NIR，波长为0.75 ～2.5 μ m）可以分析生物的所有组分。近红外光谱（Near Infrared Spectroscopy，简称 NIRS）分析技术是20 世纪 80 年代后期迅速发展起来的一项测试技术，在欧美等国，NIRS 已成为谷物品质分析的重要手段［1］。由于可以非破坏性的分析样品中的化学成分，为当前作物育种研究领域的品质育种提供了一个新的技术手段。 1 近红外光谱分析技术的基本原理NIR 作为一种分析手段，可以测定有机物以及部分无机物。这些物质分子中化学键结合的各种基团（如C=C，N=C，O=C，O=H，N=H）的伸缩、振动、弯曲等运动都有它固定的振动频率。当分子受到红外线照射时，被激发产生共振，同时光的能量一部分被吸收，测量其吸收光，可以得到极为复杂的图谱，这种图谱表示被测物质的特征［3］。不同物质在近红外区域有丰富的吸收光谱，每种成分都有特定的吸收特征，这就为近红外光谱定量分析提供了基础。但由于每一物质有许多近红外吸收带，某一成分的吸收会与其他成分的吸收发生重组，因此当测定某一复杂物质，如豆饼中的粗蛋白质时，在所选择的近红外光谱区会受到水、纤维、油吸收的干扰。 Herschel在 1800 年发现 NIR 光谱区，但 NIR 区的倍频和合频吸收弱、谱带复杂和重叠多，信息无法有效的分离和解读，限制了其应用。随着光学、电子技术、计算机技术和化学计量学的发展，多元信息处理的理论与技术得到了发展，可以解决 NIR 谱区吸收弱和重叠的困难。近红外技术是依据某一化学成分对近红外区光谱的吸收特性而进行的定量测定，所以应用NIR 光谱进行检测的技术关键就是在两者之间建立一种定量的函数关系。其基本流程包括：首先收集具有代表性的样品（其组成及其变化范围接近于要分析的样品），然后采集样品的光学数据；利用标准的化学方法对样品进行化学成分测定；通过数学方法将这些光谱数据和检测的数据进行关联，一般将光谱数据进行转换（一阶或二阶导数），与化学测定值进行回归计算，然后得出定标方程，建立数学模型；在分析未知样品时，先对待测样品进行扫描，根据光谱值利用建立的模型可以计算出待测样品的成分含量。确定回归模型的过程其实就是定标过程...