淺談近紅外光譜分析技術(shù)在飼料成分分析中的應(yīng)用

郭維軍

引言

近紅外光譜（NIRS）分析技術(shù)對飼料樣品的測定主要是依據(jù)飼料樣品中的有機成分對近紅外光的吸收。在飼料成分分析中，具有分析速度快、檢測成本低、易操作性等方面優(yōu)勢。

1 基本原理

近紅外光譜（NIRS）是一種電磁波譜，在紫外可見光和中紅外光之間，其波長范圍是700-2500nm，具有光的波粒二象性。近紅外光譜 （NIRS）分析技術(shù)的主要信息來源是有機物分子中C-H、N-H和O-H等含氫基團的倍頻與合頻振動，不同基團（如甲基、亞甲基，苯環(huán)等）或同一基團在不同化學環(huán)境中的近紅外吸收波長與強度都有明顯差別，因此非常適合用于碳氫有機物質(zhì)的組成與性質(zhì)測量。但在近紅外區(qū)域，吸收強度弱，靈敏度相對較低，吸收帶較寬且重疊嚴重。因此，依靠傳統(tǒng)的建立工作曲線方法進行定量分析是十分困難的，化學計量學的發(fā)展為這一問題的解決奠定了數(shù)學基礎(chǔ)。近紅外光譜技術(shù)是由光譜儀硬件、化學計量學軟件和數(shù)據(jù)庫三部分構(gòu)成。近紅外光譜儀硬件用于測定樣本的光譜，化學計量學軟件用于建立數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫用于待測樣本定量或定性分析。其工作原理是，如果樣品的組成相同，其光譜也相同，反之則不同。如果我們建立了光譜與待測參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系（稱為定標模型或數(shù)據(jù)庫），那么，只要測得樣品的光譜，就能很快得到所需要的質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)。

2 在飼料成分分析中的應(yīng)用

我國是飼料大國，確保飼料優(yōu)質(zhì)安全是實現(xiàn)動物性食品安全的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的飼料檢驗前處理過程復雜，檢測成本較高，需要專業(yè)人員操作。近紅外光譜分析技術(shù)在分析速度、檢測成本、操作性等方面具有明顯優(yōu)勢。

近紅外分析儀在飼料成分分析中的應(yīng)用包括水分、粗蛋白、粗纖維、粗脂肪、氨基酸、維生素、鈣、磷、粗灰分、酸性和中性洗滌纖維等。其對飼料樣品的測定主要是依據(jù)飼料樣品中的有機成分對近紅外光的吸收。目前國內(nèi)外市場上生產(chǎn)的近紅外光譜分析儀的軟件功能都較為完善，選用適合的儀器，可以使檢驗過程快速，便捷。上機檢測前需對樣品進行研磨粉碎，粉碎粒度會直接影響檢測結(jié)果。樣品分析過程中要控制環(huán)境溫度及濕度，操作條件和過程根據(jù)儀器制造商或供應(yīng)商的儀器使用說明執(zhí)行。在檢驗過程中，如果樣品檢驗誤差超出規(guī)定范圍，說明該樣品不適應(yīng)此定標，可將此類樣品收集進數(shù)據(jù)庫，（此過程可聯(lián)系近紅外分析儀技術(shù)工程師進行遠程操作）。樣品分析結(jié)果應(yīng)該在所使用的定標模型范圍內(nèi)方可為有效結(jié)果。

3 優(yōu)點和局限性

近紅外光譜分析測量速度快，分析效率高，分析結(jié)果的重復性和再現(xiàn)性好，適用于大批量檢測，可多組分同時測量，采用化學計量學方法建立模型測量準確性高，不需要化學試劑，不破壞樣品，因此對環(huán)境無污染，可采用光纖傳輸技術(shù)（適用于在線環(huán)境較為苛刻的場合），儀器耗損小。因此，開展近紅外光譜分析方法為飼料檢測提供了一種新型快速、無損、環(huán)保并且適用于現(xiàn)場分析的檢測方法。近紅外分析與常規(guī)的標準分析方法配合使用，起到雙方互補的作用，不僅能夠快速提供分析數(shù)據(jù)，同時也節(jié)省了分析化驗費用（包括人力、設(shè)備，和試劑等），為科研、教學以及生產(chǎn)過程控制提供了一個十分廣闊的使用空間。

近紅外光譜分析技術(shù)在應(yīng)用中也受很多因素的影響，有其局限性。近紅外光譜定量和定性分析幾乎完全依賴于校正模型（即數(shù)據(jù)庫），儀器配備的模型數(shù)目越多，得到的數(shù)據(jù)就越多。比如測量一張光譜圖，如果僅有一個模型，就只能得到一個數(shù)據(jù)，如果有10 種數(shù)據(jù)模型，那么，僅憑測量的一張光譜，就可以同時得到 10 種分析數(shù)據(jù)。因此，在日常分析過程中，要及時選用具有代表性的樣品，不斷完善擴充飼料模型數(shù)據(jù)庫，使檢驗更具廣泛性。

綜上所述，近紅外光譜分析技術(shù)尤其適合高度頻繁重復測量的快速分析場合，即分析對象的組成具有相對強的穩(wěn)定性、一致性和重復性。目前，很多飼料企業(yè)都投資配備了近紅外光譜分析儀，近紅外光譜技術(shù)結(jié)合各種化學計量分析技術(shù)，已經(jīng)在飼料行業(yè)的多成分分析及摻假識別方面進行了廣泛的應(yīng)用。

作者單位：遼寧省錦州市動物疫病預防控制中心endprint