yy.vip易游-UV-Vis、NIR、IR三种吸收光谱的区别与联系

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　　紫外可见吸收光谱（UV-Vis）、近红外吸收光谱（NIR）、红外吸收光谱（IR）同为吸收光谱，但是在许多方面有不同之处，各有所长，共同为物质的鉴定、分析提供了帮助。以下我将从其原理、仪器、提供的信息三个方面简述这三者的区别与联系。

　　三者的测量原理中，UV-Vis与IR，两者原理较为相近，同为电子跃迁产生光的吸收；但NIR的测量原理却与另外两者有着极大的区别，基于化学测量学大规模测量、预测。

　　这一技术利用了电子能级之间的跃迁产生的吸收光来进行分析。电子能级间的跃迁所需能量较大，吸收光的波长较短，位于紫外-可见光区，最终在光谱图上呈现出少数几个吸收峰。我们可以通过吸收峰的形状及位置来定性分析样品的组成，也可以利用吸收峰的吸光度来定量分析样品浓度。

　　定性分析：由于紫外可见光谱反映电子能级的跃迁，因此其吸收峰所在位置将反映化合物**轭结构、助色团效应、取代基效应的影响。最终效果为：使共轭体系增大、共轭程度增大则谱线红移，反之蓝移。同时，光谱中一些来自于转动能级、振动能级的精细结构则会受到溶剂的影响。依据这些内容我们可以据光谱推测化合物大致结构。但目前不常用。

　　定量分析：根据朗伯-比尔定律，我们可以得到吸光度与浓度的关系。紫外可见光谱图可以利用其吸收峰的吸光度，从而确定出样品溶液中对应组分的浓度。注意最佳吸光度测量范围应在0.2~0.8之间。现在常使用这一方法测定样品浓度。

　　中红外吸收光谱同样利用了分子跃迁吸收的能量进行分析。但是使用的是分子的振动能级。依据分子中各个化学键振动产生的吸收不同，可以在中红外（400~4000cm-1）区域内得到不同化学键与波数相互对应的光谱图，一般图中会有大量的吸收峰存在。依据光谱我们可以较为明确地分析得到化合物的分子结构，所以中红外吸收光谱通常用于定性分析化合物的结构与化学键。

　　近红外吸收光谱则与上述两种光谱有着较大的区别，强调光谱整体性质而非吸收峰性质。

　　由于在近红外光区，多种化学键产生的吸收峰很难明确归属，通常是合频、倍频振动，不同物质之间的光谱差别很小，于是就很难利用谱线去定性分析化合物结构组成或是定量分析化合物浓度。但是当样品中各个组分确定时，所得到的谱线一定是一条确定的曲线，利用这一性质结合化学计量学相关知识，我们可以大规模批量检测大量产品的多项信息变化。

　　NIR利用了建模—预测的理念来测定组分含量。我们通过人工测定出大量样品中随机抽取的少部分代表性样品的特定成分含量，并测量出这些样品的近红外光谱，依据光谱与含量信息，可以建立一条工作曲线模型，这一模型表述了对应组分含量与光谱谱线的关系（使用多元回归算法、多元统计变量方法）。接下来只需要快速测定出其他样品的光谱谱线，我们就可以依据该模型快速确定样品中对应组分的含量。同时，建立多组不同组分与谱线的对应模型，我们就可以快速得到多项组分的含量信息。

　　三者同为吸收光谱，在仪器设计上有很多相似之处。本质上都是光源——分光器或——样品池——检测器，或使用傅里叶变换仪器，这两种结构，但是为了满足不同光谱的特殊需要，又会有做出相应的一些改变。

　　对于UV-Vis（紫外可见吸收光谱）而言，光源部分需要使用氖灯和钨灯分别覆盖紫外区与可见区。由于紫外可见光谱本身多用于吸光度定量分析，无需获取精细光谱结构，且本身覆盖波长范围并不大，因此在分光器件及检测器的要求相对低，只需要选装光栅扫描即可。且由于对于测量吸光度定量分析的需求，在通过样品池时需要选用双光束设计，同时通过参比池与样品池，以便检测吸光度。

　　对于IR（中红外吸收光谱）而言，光源多选用Nernst灯或碳化硅棒提供中红外光源。由于红外光谱光区范围较大，且对于谱线精细结构有较高要求，因此选用傅里叶变换仪器，以求快速得到更为精细的光谱。由于中红外光子能量较低，因此对于检测器也有较高要求，选用光电导检测器以精确检测红外光子。

　　对于NIR（近红外吸收光谱）而言，则依据实际检测情况的不同，选用傅里叶变换仪器或者阵列检测器结构。最终快速得到产品光谱并依据已有的拟合曲线进行预测分析。值得注意的是，由于NIR多用于工业大规模、批量检测，需要做到无接触、无损分析。因此仪器多为远程测量，如基于光纤探头的远程测量等。

　　紫外可见光谱、红外光谱可以提供样品吸收与光波长或波数的关系，从而得到一系列的吸收峰，并依据这些吸收峰的意义进行分析。

　　紫外可见吸收光谱强调吸光度的大小，从而使用朗伯比尔定律定量分析得到样品浓度，而对于吸收峰表现出的样品性质不太关注。

　　而红外吸收光谱则是利用光谱吸收峰与化学键振动的对应关系，从而得到化合物的结构、化学键信息，以便确定分子结构或是进行化学键性质相关的分析。

　　近红外吸收光谱与上述两种光谱有着较大区别，提供的是表征样品总体性质的一张谱线，并依据其他方法测得的对应组分含量与该谱线作数学建模，得到组分含量与谱线的关系，这样我们就基于测得的谱线直接预测对应组分的含量。也就是说这一谱线提供的组分含量与谱线的对应关系，强调谱线整体的性质，并不需要对谱线进行详细的归属或分析。

　　综上所述，三种吸收光谱有着很多共性与区别。我们可以利用三种光谱的区别与各自领域的优势，为我们解决多种方向的问题。

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