近红外光谱的原理及应用学习报告.docx

近红外光谱的原理及应用学习报告经过半学期对近红外光谱知识的学习，我学到了以下的内容：1.光谱的产生原因光谱的产生原因是因为物质对光的选择性吸收，其中包含有分子吸收光谱，原子吸收光谱，根据分子震动模式的不同产生不同的吸收特性。其中，徐老师仔细的给我们讲述了分子的振动模式，其中为了计算多原子分子多种可能的振动模式，引入了自由度的概念来确定分子系统的振动模式数量。定义空间中的一个点需要三个自由度，n 个点则需要 3n 个自由度，其中确定整个分子的平面运动和旋转运动分别需要 3 个自由度，这样描述分子内部的原子振动则需要 3n-6 个自由度。在分子内沿着两原子之间化学键的移动为伸缩振动，可以分为对称振动和非对称振动，而原子间以相对于化学键有一定的角度的运动则称为弯曲振动，可以分为剪切运动、摆动、对称扭曲以及非对称扭曲运动，每一个振动模式在近红外光谱区都会产生倍频或合频吸收，吸收强度则取决于振动的非简谐性程度。含有最小原子核质量的氢原子的化学键在振动时的振幅最大，所以化学键所有的振动模式与线性谐振子振动模型的振动模式偏离较大，在近红外区所观察到的很多吸收带都是氢原子伸缩振动所产生的倍频以及伸缩振动和弯曲振动相互作用所产生的合频吸收。2.光谱的分类光谱可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱。其中，关于发射光谱（反射光谱）我们讲的较少，主要还是着重于吸收光谱与散射光谱的学习。2.1 吸收光谱谈到吸收光谱，我们主要学习了朗伯比尔定律。朗伯定律中提到，光被透明介质吸收的比例与入射光的强度无关；在光程上每等厚层介质吸收相同比例值的光，即光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目 。其公式如下：其中，A吸光度；C样品浓度；d光程；k光被吸收的比例系数；T透射比，即透射光强度与入射光强度之比。其物理意义为：当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时, 其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度d成正比.根据朗伯比尔定律，就可以通过固定波长光的光衰情况与光程长判断得到溶液的浓度，或者通过溶液的浓度判断得到其光程长度。2.2散射光谱光的散射分为两大类，弹性散射与费弹性散射，其中，弹性散射包含瑞利散射与米氏散射，非弹性散射包含拉曼散射与布里渊散射，我们上课主要讲了拉曼散射与瑞利散射两种。在散射的定义中散射是光与物质分子、原子相互作用的一种形式，他是光通过光学性质不均匀的物质时，从侧向可以看到光的现象。在瑞利散射中，散射的发生原因是微粒的线度小于入射光的波长发生的散射，其强度与入射光波长有关，通过查阅资料，我查到其反比于波长的四次方。在拉曼散射中，散射的发生原因是入射光与物质的分子、原子相互作用，由于分子转动、振动能级、电子能级跃迁引起散射光频率发生变化的光散射现象，其强度与入射光强度相关。3 近红外光谱在无创血糖检测中的作用由于葡萄糖在中红外光谱中的特征曲线与水重叠，所以无法采用中红外光谱对葡萄糖进行检测，故我们采用了近红外光谱。但是，在人体检测中，血糖含量极其低，直接检测很难得到较好的数据，所以我们希望能够采用间接检测的方式对糖进行检测，其中心思想还是采用朗伯比尔定律通过光程与浓度之间的关系算出血糖含量。在前几次的学习中，我们知道对血液中血红蛋白与血氧的检测是通过对脉搏波峰顶与峰谷之间的差分实现对信噪比的提高从而实现的检测，然而，其差分后的光程较小，对于血糖监测无法实现，所以需要另辟新泾进行检测。学习中，我们知道了现在正在做的浮动基准点法，通过人体自身的浮动基准特性希望能实现对光谱信息的差分去噪从而检测到血糖浓度。其采用一个环状光纤对光谱信号进行采集，由于人体的浮动基准点不固定，所以其采集光纤头需要多圈采集才能实现这个功能。现在一方面通过蒙特卡洛模拟已经计算出浮动基准点的特性，一方面也通过实际测量得到了相关的结果，希望通过这个方式能够实现对人体无创血糖的监测。