木材及木制品

過去 20 年來，人們對木材和木制品的近紅外光譜進行了積極的研究，以確定化學(xué)成分、物理化學(xué)和機械性能。首次報道的近紅外光譜法在木漿上的應(yīng)用是預(yù)測木質(zhì)素含量，然后是紙漿產(chǎn)量和木材纖維素含量測量。盡管近紅外光譜法用于評估育種試驗樣品，但它仍未廣泛應(yīng)用于商業(yè)環(huán)境中的木材表征。這可能是因為沒有為優(yōu)質(zhì)木材支付溢價;因此，質(zhì)量分析并不重要。使用有限也可能歸因于獲得實驗室 NIR 系統(tǒng)所需的資本成本以及開發(fā)、使用和維護校準(zhǔn)模型的需要。

因此，需要使用合適、經(jīng)濟的便攜式儀器作為實驗室系統(tǒng)的替代品。如果商業(yè)環(huán)境需要適當(dāng)準(zhǔn)確的近紅外模型，則使用近紅外光譜作為育種計劃中的篩選工具，可能不需要分析精度，而通過便攜式系統(tǒng)獲得的精度可能是可以接受的。

木材樣品基質(zhì)的高度異質(zhì)性以及了解木材特性空間分布的重要性，使得木材非常適合近紅外高光譜成像。憑借空間優(yōu)勢和可視化近紅外高光譜圖像分析結(jié)果的能力，需要更多的研究來受益于這一優(yōu)勢，以提高對木材樣品基質(zhì)整體異質(zhì)性的了解。這可以讓我們更好地了解環(huán)境對木結(jié)構(gòu)的影響。

土壤

土壤是農(nóng)產(chǎn)品和食品等生產(chǎn)的基本自然資源。已知它是一種包含有機和無機礦物質(zhì)、水和空氣的復(fù)雜基質(zhì)。分析土壤的困難之一是沒有兩種土壤是相同的，即使在很短的距離內(nèi)也可能會發(fā)生變化。在過去 15-20 年中，近紅外(或可見近紅外)光譜學(xué)在土壤科學(xué)中的應(yīng)用研究大幅增加。應(yīng)用主要集中于基本土壤成分、質(zhì)地和粘土礦物學(xué)。養(yǎng)分的可用性和特性(如肥力、結(jié)構(gòu)和微生物活性)也受到關(guān)注。土壤中最成功的校準(zhǔn)是總碳含量(R 2 = 0.66–0.87;RMSEP = 4.2–7.9 mg g ?1)和有機碳含量(R 2 = 0.55–0.92;RMSEP = 2.5–29 mg g ?1)以及粘土含量(R 2 = 0.56–0.94;RMSEP = 1.9–10.3%)。這是因為粘土礦物質(zhì)和土壤有機質(zhì)都是土壤的基本成分，并且在近紅外區(qū)域被吸收。間接測量(例如 pH、可提取的 P、K、Fe、Ca、Na 和 Mg)被發(fā)現(xiàn)具有很大的可變性，因為預(yù)計不穩(wěn)定的光譜活性成分存在共變。純金屬在近紅外區(qū)域不吸收，但由于與光譜活性成分的共變而可以被檢測到，并且它們也可以與有機物絡(luò)合。建立間接校準(zhǔn)的共變在不同地點也可能有很大不同，使得在地理上轉(zhuǎn)移校準(zhǔn)變得困難。另一個原因可能是所使用的參考方法，例如不同類型的P通過不同的參考方法測量，這些參考方法并不總是具有很好的相關(guān)性。

現(xiàn)場樣品的光譜不一定比適當(dāng)收集和充分準(zhǔn)備的實驗室土壤樣品的光譜差。應(yīng)更頻繁地考慮現(xiàn)場或現(xiàn)場測量，無需采樣或樣品制備。還需要更好地處理土壤的可變性和復(fù)雜性，并更好地理解土壤反射光的物理基礎(chǔ)。

醫(yī)療

NIR 光譜應(yīng)用于體內(nèi)醫(yī)學(xué)應(yīng)用可以追溯到 1977 年，當(dāng)時 Frans J?bsis 報道可以在 NIR 范圍(700-1000 nm)內(nèi)測量腦組織。這使得血紅蛋白氧合的實時、非侵入性分析成為可能。近紅外光譜在醫(yī)療應(yīng)用中的主要優(yōu)點是它沒有任何副作用、可以實時使用、成本效益高且便于攜帶。目前，主要的近紅外光譜和近紅外高光譜成像應(yīng)用包括脈搏血氧測定法、腦/肌肉血氧測定法、功能性腦皮層測繪和光學(xué)乳房X線照相術(shù)。

藥品

近紅外光譜的一個常見應(yīng)用是鑒定片劑或藥物中存在的活性化合物或活性藥物成分 (API)。它還可用于識別賦形劑。由于顆粒尺寸和基線偏移之間存在反比關(guān)系，因此也可以確定顆粒尺寸。為了使 NIR 光譜作為 PAT 的一部分在制藥領(lǐng)域有效實施，需要在線和在線使用。生產(chǎn)過程中可應(yīng)用 NIR 的最關(guān)鍵階段之一是混合(除了 API 和原材料的鑒定)。為了能夠有效識別活性化合物或賦形劑，通常會創(chuàng)建常用藥物材料的庫。為了更好地理解和解釋光譜，需要有關(guān)特征波段的信息。近紅外高光譜成像的使用在制藥領(lǐng)域越來越受歡迎，其中優(yōu)選使用術(shù)語“近紅外化學(xué)成像”(NIR-CI)。此處利用空間維度的優(yōu)勢來確定活性化合物分布的均勻性以及片劑中這些化合物的含量。

水光學(xué)

水作為生物系統(tǒng)中的常見成分，目前仍沒有得到很好的了解。由于水在生物系統(tǒng)中發(fā)揮的復(fù)雜作用，多年來受到了廣泛的關(guān)注。水光組學(xué)基于可見近紅外光譜和多變量數(shù)據(jù)分析，將吸水模式與不同生物系統(tǒng)的各自功能聯(lián)系起來。目的是建立吸水帶數(shù)據(jù)庫(即水矩陣坐標(biāo))并確定可用作生物標(biāo)記的特征吸水模式(即水分子結(jié)構(gòu))。這可能有助于更好地理解復(fù)雜的生物系統(tǒng)。

結(jié)論

近紅外光譜作為一種完善的實驗室分析系統(tǒng)。然而，它不僅限于實驗室;在線分析以及在某些情況下在線和在線分析變得越來越普遍。在線應(yīng)用仍有改進的余地。儀器開發(fā)，尤其是小型化，現(xiàn)在可以實現(xiàn)現(xiàn)場和現(xiàn)場分析。因此，更多時候是將儀器帶到樣品處而不是將樣品帶到儀器處。仍然需要提高這些儀器的精度并確保穩(wěn)定性?；瘜W(xué)計量學(xué)的進一步發(fā)展將不斷實現(xiàn)更準(zhǔn)確、更快和更穩(wěn)健的通用全球模型。如今，許多行業(yè)將近紅外光譜作為質(zhì)量控制的唯一可行替代方案。