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褚小立主编 著

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• 材料分析
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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111527725

商品编码：10231410410

出版时间：2016-03-01

作  者:褚小立 主编 定  价:150 出 版 社:机械工业出版社 出版日期:2016年03月01日 页  数:493 装  帧:精装 ISBN:9787111527725 ●本书编写组名单
●前言
●第1章概述
●1.1发展简史
●1.2光谱产生机理
●1.3分析原理
●1.4技术特点
●1.5国内外应用现状
●1.6技术展望
●参考文献
●第2章近红外光谱仪器
●2.1仪器的基本构成
●2.2分光类型
●2.2.1滤光片型
●2.2.2发光二极管型
●2.2.3光栅扫描型
●2.2.4傅里叶变换型
●2.2.5声光可调滤光器型
●2.2.6阵列检测器型
●2.2.7其他类型
●部分目录

内容简介

本书全面、系统地介绍了近红外光谱分析技术，包括光谱基本原理、仪器及其性能、化学计量学算法及其建模规范、近红外光谱技术在诸多领域中的实际应用、近红外光谱成像技术、近红外光谱学科的发展现状。本书以大专院校、研究院所和工作在各生产领域一线的即将从事或刚刚从事近红外光谱分析技术的技术人员或管理为对象，也兼顾长期从事近红外光谱分析技术的科研和应用人员的需求，期望通过本书的介绍能够对近红外光谱分析技术的方方面面有系统的了解和掌握，为读者提供通俗、全面的近红外光谱相关技术资料和信息，成为选择和应用近红外光谱技术的管、产、学、研、用人员随时可以翻阅、经常查考的工具书。 前言国际上，近红外光谱分析技术经过近半个世纪的发展，已走过了所谓的概念炒作期，进入了稳步发展的平台期。实践证明，以近红外光谱分析技术为主力军的过程分析技术为发达国家的工业信息化与自动化的深度融合起到了决定性的作用，它所提供的快速、实时测量信息可使工业生产过程保持优化的控制，在显著提高产品质量的同时，降低生产成本和资源消耗，从而优化资源配置，给企业带来了丰厚的经济回报。
    近十年来，近红外光谱分析技术的研究和应用在我国发展十分迅速，据不完全统计我国有60余个团队在从事近红外光谱分析技术的研发和应用工作，每年近红外光谱仪器（包括便携式、实验室型和现场在线型）销售的总量近300台。随着我国经济和社会的快速发展，每年会有大批的新研发人员和应用者加入到近红外光谱分析队伍。因此，对近红外光谱分析技术相关的参考资料有迫切的需求。
 等

探寻微观世界的奥秘：光与物质的深度对话 在我们生活的世界里，光无处不在，它不仅照亮我们的前路，更是洞察物质本质的钥匙。从巍峨的山峦到细微的尘埃，每一种物质都以其独特的方式与光互动。而“近红外光谱分析技术实用手册”这本专著，正是为我们揭示了如何通过一种巧妙而强大的工具——近红外光谱，来倾听光与物质之间那场无声的深度对话，从而揭示隐藏在表象之下的丰富信息。 这本书并非高深的理论堆砌，而是将前沿的科学技术转化为触手可及的实践指南。它面向的是一群渴望深入理解物质构成、监测品质变化、优化生产流程的专业人士，以及对科学探索充满好奇心的爱好者。它所提供的，是一种全新的视角，一种超越传统感官的洞察力。 第一章：近红外光谱的起源与演进——穿越时空的信号 要理解近红外光谱为何如此强大，我们首先需要回溯它的起源。我们将一同回顾光谱学的发展简史，从牛顿对光的色散实验开始，到早期红外探测技术的萌芽。近红外光谱，顾名思义，是指在光谱的电磁波谱中，波长介于0.78微米（μm）到2.5微米（μm）之间的区域。为什么是这个区域？原因在于，这个波段的光能够被许多有机化合物中的特定化学键（如C-H, O-H, N-H等）吸收，并产生特征性的吸收谱峰。这些谱峰的强度、位置以及形状，就像是每种物质独有的“指纹”，能够清晰地反映其分子组成、结构以及含量。 我们将深入探讨近红外光谱技术是如何从实验室的精巧测量，逐渐发展成为一种广泛应用于工业、农业、医药、食品、环保等诸多领域的强大分析手段。这其中包含了探测器技术的革新，光源的进步，以及更为关键的——计算机和算法的发展，使得复杂的数据处理和模型建立成为可能。这本书将带领读者领略这段波澜壮阔的技术演进史，理解近红外光谱是如何一步步成为现代分析化学中不可或缺的工具。 第二章：近红外光谱的物理基础——光与物质的相互作用 理解近红外光谱分析的精髓，离不开对其物理基础的深入剖析。本章将聚焦于近红外光与物质分子之间的核心相互作用——分子振动。当近红外光照射到样品时，样品中的分子会吸收特定波长的光子，从而激发其分子的振动模式，例如伸缩振动、弯曲振动等。不同类型的化学键，在不同的分子环境中，会表现出不同的振动频率，也就对应着近红外光谱中的特定吸收峰。 我们将详细解释这些分子振动是如何产生的，以及为何它们在近红外波段表现得尤为显著。这包括对分子内化学键的极性、质量以及连接方式的考量。此外，我们还将探讨“泛频”和“合频”的概念，它们是产生一些弱吸收峰的重要原因，往往也能提供额外的、有价值的分子信息。 本书将以直观易懂的方式，结合图示和模型，阐述光能如何被物质吸收，以及这种吸收如何转化为我们可以探测到的信号。理解这些基本原理，对于准确解读光谱数据，建立可靠的分析模型至关重要。我们将避免过于晦涩的数学推导，而是侧重于物理现象的直观展现，让读者能够清晰地把握近红外光谱分析的内在逻辑。 第三章：近红外光谱仪器的选择与配置——量身定制的洞察力工具 工欲善其事，必先利其器。选择一台合适的近红外光谱仪是开展精准分析的首要步骤。本章将为读者提供关于近红外光谱仪的全面选型指南。我们将介绍不同类型的近红外光谱仪，包括傅里叶变换近红外光谱仪（FT-NIR）和基于滤光片或光栅的分光光度计近红外光谱仪。 对于FT-NIR，我们将深入解析其核心部件——干涉仪的工作原理，以及它为何能够实现高分辨率和高信噪比的测量。我们还会讨论不同类型光源（如钨灯、卤素灯、氙灯等）的特点和适用范围，以及不同探测器（如PbS, InGaAs, MCT等）的选择依据，它们对不同波段的敏感度和响应速度有着显著影响。 此外，针对特定的应用需求，我们还将探讨不同采样附件的重要性，例如漫反射附件、透射附件、ATR（衰减全反射）附件等，它们如何适应不同形态（固体、液体、气体、粉末）的样品，并影响测量结果的质量。本书将强调，没有绝对“最好”的仪器，只有“最适合”的仪器。因此，我们将引导读者根据自身的应用领域、样品类型、精度要求以及预算，做出最明智的选择。 第四章：样品制备与测量技巧——数据质量的基石 再好的仪器，如果没有正确的样品制备和测量技巧，也无法获得可靠的数据。本章将成为广大用户的实践宝典。我们将详细阐述针对不同类型样品的标准制备方法，例如粉末样品的研磨和压片，液体样品的消解和稀释，以及固体样品的直接测量等。 对于每一种制备方法，我们都将提供详细的操作步骤、注意事项以及可能遇到的问题和解决方案。例如，对于粉末样品，颗粒大小的均匀性、压片的压力和厚度都可能对光谱产生影响，我们需要学会如何控制这些变量。 在测量技巧方面，我们将重点介绍如何进行有效的仪器校准，包括波长校准和强度校准，以及背景扣除的重要性。我们将讲解如何优化测量参数，如扫描次数、光谱分辨率、积分时间等，以获得最佳的信噪比和最准确的光谱数据。书中还将提供一些实用的技巧，帮助用户避免常见的测量误差，例如光程长度不一致、样品不均匀、杂散光等，从而为后续的数据分析奠定坚实的基础。 第五章：数据预处理与校正——净化信号，还原真相 原始光谱数据往往包含了噪声、基线漂移、散射效应以及仪器效应等干扰信息，直接进行分析可能会导致错误的结论。因此，数据预处理和校正是获得准确分析结果的关键步骤。本章将系统介绍近红外光谱数据分析中的常用预处理方法。 我们将详细讲解如何利用不同的算法来处理这些干扰。例如，对于噪声，我们将介绍平滑滤波（如Savitzky-Golay滤波）的应用；对于基线漂移，我们将讲解多项式拟合、最小二乘拟合等方法；对于散射效应，我们将讨论Rice-Stark校正、Xiao-Wang校正等。 此外，本章还将深入探讨不同校正模型对分析结果的影响，例如SCP（Standard Normal Variate）、MSC（Multiplicative Scatter Correction）等。我们将通过实例演示，说明每种预处理方法的原理、适用场景以及如何选择最合适的组合，以达到最大程度地净化光谱信号，突出化学成分信息的目的。理解这些预处理技术，就像是为我们手中的“洞察力工具”进行了一次精细的“调校”，使其能够更清晰地“看到”物质的本质。 第六章：定性与定量分析模型——从指纹到含量 一旦光谱数据得到有效预处理，我们就可以开始构建模型，实现对物质的定性识别和定量分析。本章将是本书的核心应用章节之一。 在定性分析方面，我们将介绍如何利用近红外光谱的“指纹”特征进行物质的身份识别。这包括光谱库的建立与比对，以及如何通过分析吸收峰的位置、强度和形状来区分不同的化合物。我们将探讨一些常用的定性分析方法，例如主成分分析（PCA）在样品聚类和异常值检测中的应用，以及如何通过可视化手段来直观地展示样品之间的相似性或差异性。 在定量分析方面，我们将深入讲解如何建立数学模型，将光谱数据与物质的含量联系起来。这包括对化学计量学（Chemometrics）方法的详细介绍，例如多元线性回归（MLR）、偏最小二乘回归（PLS-R）、主成分回归（PCR）等。我们将详细解释这些方法的原理，如何进行模型的训练、验证和优化，以及如何评估模型的预测性能。本书将强调模型的可解释性，让用户不仅能得到分析结果，还能理解模型是如何得出这些结果的，从而增强对模型的信任。 第七章：近红外光谱技术的应用领域——无所不在的洞察力 近红外光谱技术的应用范围之广，令人惊叹。本章将通过一系列生动的案例，展示近红外光谱在不同行业中的实际应用。 在食品工业中，我们将看到近红外光谱如何用于快速检测食品的成分含量（如水分、脂肪、蛋白质、糖分等），评估食品的新鲜度和品质，以及进行掺假检测。例如，在谷物、奶粉、肉类、水果等产品的质量控制中，近红外光谱能够提供实时、无损的检测方案。 在农业领域，近红外光谱被广泛应用于土壤养分分析、农作物病虫害监测、种子纯度鉴定以及饲料成分分析。它为精准农业提供了强大的技术支撑。 在医药行业，近红外光谱在药物成分的鉴别、含量测定、原料药的质量控制、药品的包装完整性检测等方面发挥着重要作用，有效保障了药品的安全性和有效性。 在石油化工中，近红外光谱可用于汽油、柴油等产品的辛烷值、十六烷值、硫含量等的快速检测，以及聚合物材料的结构分析和质量监控。 此外，本书还将简要介绍近红外光谱在纺织、造纸、环保监测、化妆品、材料科学等领域的应用，展示其作为一种通用、高效的分析工具的巨大潜力。 第八章：常见问题与解答——攻克实践中的难关 无论多么详尽的指南，在实际操作中总会遇到各种各样的问题。本章旨在为读者提供一个常见问题与解答的集锦，帮助他们快速定位和解决遇到的困难。 我们将收集和整理在近红外光谱分析过程中经常出现的问题，例如：为什么我的光谱数据信噪比很低？为什么我的模型预测结果不稳定？如何处理样品的不均匀性？如何区分不同样品中的微量成分？我们将针对这些问题，提供详细的分析思路和具体的解决方案。 本书将以问答的形式，对这些问题进行深入的探讨，并辅以必要的图示和示例，确保读者能够清晰地理解问题的根源和解决的方法。通过这部分内容的学习，用户将能够更加自信地应对实际操作中的挑战，提高分析的效率和准确性。 第九章：未来展望——近红外光谱的无限可能 近红外光谱技术并非停滞不前，它仍在不断发展和创新。本章将展望近红外光谱技术的未来发展趋势。 我们将探讨新兴的仪器技术，例如更高灵敏度和更高分辨率的光谱仪，以及便携式、在线式近红外光谱仪的发展。同时，我们还将关注人工智能（AI）和机器学习（ML）在近红外光谱数据分析中的深度融合，例如深度学习在特征提取和模型构建方面的突破性进展，这将为近红外光谱分析带来更强大的预测能力和更广泛的应用前景。 此外，我们还将讨论近红外光谱与其他分析技术的联用，例如与色谱技术、质谱技术等的结合，以实现更全面、更深入的物质表征。本书将鼓励读者保持对新技术和新应用的关注，并积极探索近红外光谱技术在未知领域中的应用潜力。 “近红外光谱分析技术实用手册”不仅仅是一本书，它是一座桥梁，连接着基础科学原理与实际应用需求，它是一种工具，赋予用户洞察微观世界、掌控物质本质的力量。阅读这本书，您将学会如何“听懂”光与物质的对话，从而在您的研究和工作中，获得前所未有的深刻洞察和可靠结果。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书的过程中，我最大的感受就是作者的专业功底深厚，同时又具备极强的科普能力。对于一些可能让初学者感到困惑的术语和概念，作者总能用最简洁明了的语言进行解释，并且运用大量的图表和流程图来辅助说明。我特别欣赏作者在讲解“化学计量学”这一核心概念时，不是简单地将它作为一个独立的章节来介绍，而是将它贯穿在整个数据处理和模型建立的过程中。作者详细地阐述了化学计量学在理解光谱数据、提取信息、建立模型等各个环节中的重要作用，让我能够真正地理解近红外光谱分析不仅仅是“测量”一个光谱，更是“解读”光谱的过程。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，真的让我对近红外光谱分析技术有了脱胎换骨的认识。我之前对这个领域只是略知一二，总觉得它高深莫测，应用起来也特别复杂。但拿到这本《近红外光谱分析技术实用手册》之后，我才发现，原来一切都可以如此清晰、直观。书中的第一部分，就非常详尽地介绍了近红外光谱的基本原理，从电磁波的性质，到分子振动和吸收，再到光谱的产生机理，作者都用通俗易懂的语言和生动的图示进行了讲解。我特别喜欢作者在解释“近红外”这个概念时，并非简单地给出一个波长范围，而是深入剖析了为什么选择这个波段，它与可见光和中红外光谱有何区别，以及其独特的优势所在。这一点对于初学者来说至关重要，它能够帮助我们建立起对整个技术的宏观认知，避免了望文生义的误解。

评分☆☆☆☆☆

这本书在应用案例的展示上，做得非常出色，涵盖了农产品、食品、药品、化工等多个领域。我特别关注了食品安全方面的内容，比如如何利用近红外光谱快速检测食品的掺假、品质等级，以及营养成分含量。书中列举的案例，不仅仅是简单地说“可以实现”，而是详细地描述了具体的实验设计、样本制备、模型建立过程，甚至包括了模型验证和实际应用中的注意事项。例如，在检测蜂蜜真伪的案例中，作者详细阐述了为什么不同的蜂蜜样本会产生不同的近红外光谱，以及如何通过建立校正模型来区分天然蜂蜜和假冒蜂蜜。这种贴近实际的讲解，让我能够更直观地理解近红外光谱分析技术的强大之处，并且能够将学到的知识融会贯通到自己的研究方向中。

评分☆☆☆☆☆

在技术发展的浪潮中，拥抱新技术、新工具是保持竞争力的关键。这本《近红外光谱分析技术实用手册》让我看到了近红外光谱技术在解决实际问题上的巨大潜力。无论是对于科研人员、工程师，还是希望提升产品质量和检测效率的企业，这本书都提供了宝贵的知识和实用的方法。我尤其欣赏作者在介绍模型建立时，强调了“模型的可解释性”和“模型鲁棒性”的重要性。这不仅仅是建立一个能够给出结果的模型，更是要理解模型背后的原理，并且确保模型在面对各种实际情况时都能够稳定可靠。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本好的技术手册，不仅仅是传授知识，更重要的是激发读者的思考和探索欲。这本《近红外光谱分析技术实用手册》在这方面做得非常到位。在介绍完基础理论和技术之后，作者并没有止步于此，而是引导读者思考如何根据具体的应用需求，选择最合适的仪器、最有效的预处理方法和建模策略。我尤其喜欢书中关于“模型转移”和“模型更新”的章节。这些是实际应用中经常遇到的难题，但作者却能给出非常有见地的解决方案和建议。当我看到作者在探讨如何将一个在实验室建立的模型，成功地应用于不同批次、不同生产线的产品检测时，我感受到了技术带来的实际价值和无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排也非常合理，从宏观到微观，层层递进。一开始是对近红外光谱技术一个总体的介绍，包括它的发展历史、技术特点和优势。然后逐渐深入到各个关键环节，如仪器设备、样品制备、数据采集、预处理、模型建立与验证，最后是对具体应用领域的详细阐述。这种循序渐进的学习方式，对于我这样希望系统性学习这项技术的人来说，非常友好。我尤其喜欢作者在每一章节的结尾，都会留有“思考题”或“实践建议”，这促使我去主动地思考和消化所学的内容，而不是被动地接受信息。

评分☆☆☆☆☆

我一直对光谱技术的“非破坏性”和“快速性”两大特点非常感兴趣，而近红外光谱在这方面尤为突出。这本书就非常详细地解释了为什么近红外光谱能够实现非破坏性检测，以及它在速度上的优势是如何实现的。作者在讲解样品制备时，也强调了尽量减少对样品的干扰，最大限度地保持其原始状态。这一点对于珍贵样品的分析，或者需要进行大批量快速检测的场景，具有非常重要的意义。我尤其喜欢作者在讨论不同样品类型（固体、液体、粉末）的近红外光谱采集方法时，详细对比了它们的操作要求和注意事项，这为我实际操作提供了非常宝贵的指导。

评分☆☆☆☆☆

对于想要深入了解近红外光谱分析技术的读者来说，这本书绝对是不可多得的优质资源。作者不仅在理论上讲解透彻，更在实践层面提供了详尽的操作指导和案例分析。我从书中学习到了如何选择合适的仪器，如何进行规范的样品制备，如何对采集到的原始光谱进行有效的预处理，以及如何运用化学计量学方法建立可靠的定量或定性分析模型。这本书让我意识到，近红外光谱分析技术并非遥不可及，而是可以通过系统学习和实践，掌握并应用于各个领域，为我们的生产生活带来实实在在的便利和进步。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于近红外光谱仪器的介绍，简直是细致入微。我印象最深刻的是关于不同类型近红外光谱仪的比较分析，比如傅立叶变换近红外光谱仪（FTNIR）和二极管阵列近红外光谱仪（DA-NIR）的优缺点，以及它们各自适用的应用场景。作者不仅罗列了它们的技术参数，还从实际操作、维护成本、精度稳定性等方面进行了深入的对比。我尤其赞赏作者在讲解探测器和光源时，不仅仅是列出种类，而是花了相当大的篇幅去解释它们的工作原理，以及对光谱质量的影响。比如，当光栅和棱镜在光谱仪中的作用被阐述得清清楚楚时，我就能更好地理解为什么某些仪器在分辨率上表现更出色，而另一些则在速度上更具优势。对于我这样想要从零开始搭建实验平台的人来说，这部分的知识简直是宝藏，避免了我走很多弯路。

评分☆☆☆☆☆

数据处理和分析的部分，是这本书的另一大亮点。坦白说，我之前对光谱数据的处理一直感到头疼，各种预处理方法、建模算法，总是让人眼花缭乱。但是，这本书以一种非常系统化的方式，将这些复杂的概念层层剥开。从光谱的采集与优化，到常见的预处理技术，如平滑、导数、归一化等等，作者都给出了详细的步骤和原理说明，并且配有具体的实例，让我能够一步步跟着操作。我尤其喜欢作者在介绍多元统计分析方法时，不仅仅是给出了公式，而是深入浅出地讲解了主成分分析（PCA）、偏最小二乘回归（PLSR）等算法的核心思想，以及它们是如何在近红外光谱分析中发挥作用的。当我看到通过这些方法，看似杂乱无章的光谱数据能够被有效地转化为有意义的信息时，那种成就感是难以言喻的。