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)境需要適當準確的近紅外模型，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收集和充分準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)并確定可用作生物標記的特征吸水模式(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。