1.近红外光谱技术的发展历史

 20世纪初, 人们采用摄谱的方法首次获得了有机化合物的近红外光谱, 并对有关光谱特征进行了解释。预示着NIR有可能作为分析技术的一种手段得到应用。50年代中期, 随着简易型NIR仪器的出现, 近红外光谱的应用在测定农副产品的品质方面得到广泛的使用。但由于样品背景、基体、仪器的稳定性等问题, 测量结果往往产生较大的误差, 加上这个时期, 中红外光谱的技术发展及其在化合物结构鉴定中所起到的巨大作用, NIR除了在农副产品领域外, 技术发展几乎处于沉睡阶段。20世纪80年代, 随着化学计量学、计算机技术的发展, 近红外光谱技术迅速发展, 成为一门独立的分析技术, 尤其是在快速、无损检测技术的研究及应用, 近红外光谱分析技术迎来了春天。

 我国的近红外技术起步较晚, 90年代中期国内许多科研院所开始积极研发适合国内需要的成套分析技术, 为这项技术的普及做了大量的工作, 开创了我国NIR研究和应用的新局面。2006年在北京举办的“全国第一届近红外光谱学术会议”是我国近红外光谱技术发展过程中的一个重要里程碑。2009年我国成立了近红外光谱专业委员会, 这是我国近红外光谱技术发展历史上的另一个重大事件。随后, 我国NIR技术的研究与发展呈现了一派蓬勃之势。

2.近红外光谱仪器的发展历史

 20世纪70年代, 随着NIR在农业产品分析中应用的增多, Dickyey-John公司推出第一台专用于漫反射分析的商品化仪器。目前, 国内外有30余家生产商, 生产不同用途的近红外光谱仪。

 国内近红外光谱仪的研究起步较晚, 相比于应用研究, 仪器的研制与世界先进水平差距较大, 成熟仪器比较少。虽然已经有几种商品化的便携式近红外光谱仪, 但是仪器的类型比较单一。国家已经把近红外分析仪器作为重大仪器研究专项, 随着我国近红外技术的发展, 也开始推出商品化近红外分析仪。如中国农业大学开发的近红外谷物品质分析仪器。上海棱光技术有限公司生产了近红外农产品品质分析仪, 吉林大学和南京大学也推出了光栅扫描型便携式近红外分析仪。石油化工科学研究院和北京英贤仪器联合推出阵列检测器型近红外分析仪。

 另外, 还有一些科研院所开始推出专用型近红外分析仪, 如:安徽农业大学推出的茶叶品质分析仪;上海交通大学的车用塑料识别系统;石油化工科学研究院:聚丙烯多种参数专用分析仪。

3. 国外仪器发展概况

 到了20世纪50年代，Kaye研发出了世界第一台透射型近红外光谱仪器，后来一些其他仪器厂家也跟着研发出了近红外光谱仪器，但是出于商业化成本考虑，最早期的近红外光谱仪都是采用紫外可见光谱仪添加近红外检测器部件扩展而成[11]。因仪器噪声大，数据处理系统也不完善，所以很难满足分析，也很难得以推广。随着科技的发展，在1970年美国伊利诺斯州农业部在全美招标近红外监测仪器用于对大豆水分、蛋白质和脂肪含量进行检测。1971年，中标方Dickey-John公司就生产出了历史上第一台商用近红外光谱仪。不久后，另一中标方Neotec公司也生产处理带有3个滤光片的近红外光谱仪。

 在20世纪70年代末，因为近红外仪器开始应用微处理器，这也使得近红外仪器的稳定性和数据结果的准确性方面都得到了很大的提高。功能也变得强大起来，仪器添加了自诊断系统、偏差自动校正系统，微处理器可以用于数据处理、储存和打印等，这很是方便。代表型号有Dickey-John公司的GACIII型、Neotec公司的Neotec101型、Technicon公司的Infra Analyzer400型[12]。随着近红外光谱分析技术的研究和使用，很多厂家都争相投入了大量的人力物力，随后出现了高分辨率的傅里叶变换近红外光谱仪，光栅型型近红外光谱仪性能也得到了大幅提高。近红外光谱仪也日趋成熟和完善。近红外技术也得到了很大的提高[13]。

  到了20世纪90年代，随着多通道检测器性能的提高，也出现了多通道型近红外光谱仪，后来也出现了声光可调滤光型近红外光谱仪[14]。随着科技的发展，光纤探头在近红外技术中得到了很大的应用，使得光谱收集更方便。21世纪以来，在线近红外技术也得到了很大发展和应用。现在近红外光谱仪已经具有了很好的波长精度、信噪比、分辨率等。不同的仪器附件可以方便的对不同环境下的不同状态的样品进行检测。随着化学计量学技术的发展和光谱处理软件的开发，这使得用户可以更方便的进行定性和定量分析[11]。有些厂家用了三维立体角镜技术，从而保证光路的永久准直，使仪器的性能长期稳定，也使仪器抗震性增强。如BRUKER OPTICS公司的TANGO小型化傅里叶变换近红外光谱仪，也是世界上第一台小型化傅里叶变换近红外光谱仪。仪器内置IVU校准单元，可以自动完成仪器性能的自我校准；仪器可以对各种样品形态（固体、液体和浆状液体）；具有高分辨率、高灵敏度；在线检测、方便携带等优点。代表有Avantes公司的AvaspecNIR256/512-1.7-EVO非制冷型近红外光纤光谱仪；Brimrose公司的Luminar3076近红外自动选种机；采集光谱速度可以达到100次/秒的瑞典波通DA7250近红外分析仪[15]；重量不到1.3公斤的Thermo Fisher手持式micro PHAZIRTMRX近红外光谱仪等。

4. 国内仪器发展概况

  20世纪80是年代初，国内开始对近红外技术的应用进行研究，但是因为起步较晚，到了上世纪90年代后期，在一些科研单位和厂家的不懈努力下，在近红外仪器的研究和软件开发上面得到了很大进步。石油化工科学研究院和北京第二光学仪器厂共同合作研发的傅里叶变换近红外辛烷值分析仪；北京北分瑞利分析仪器有限责任公司研发的傅里叶型近红外光谱仪；石油化工科学研究院研制的多通道近红外光谱仪和石油生产在线分析光栅扫描型近红外光谱仪；中国农业大学研制的滤光片型漫透射近红外谷物品质分析仪。

  21世纪以来，仪器已经有了长足发展，一台仪器就已经可以应用于农药、畜牧业、林业、医学、石油化工等很多领域，仪器具有很好的精度、稳定性、高衍射率，仪器可以与激光、喷墨、点阵等各种输出打印设备连接。代表型号有天津市光学仪器厂的TJ270-60型近红外分光光度计；聚光科技的SupNIR-3000系列；北京卓立汉克仪器有限公司的“谱王”系列光栅单色仪/光谱仪；波尔仪器仪表（天津）股份有限公司的B311近红外光谱仪等。

     近红外光谱仪器主要由光源、分光部分、样品部分、检测器部分、数据处理部分、记录显示部分构成。从分光系统分有五个类型：固定波长滤光片型、色散型、傅里叶变换型、声光可调滤光型和固定光路多通道检测型。

  从用途可以分为专用型和通用型两种。通用型仪器主要用于实验室和大型企业，对用户的科研水平要求较高。专用型是主要针对一个方面开发的专用仪器，如专门检测白酒酒精度的专用近红外仪器。从发生机理上分可以分为透射测定型（用于透明样品的分析）、漫透射测定型（用于光线会部分透射、部分反射、部分吸收物质的样品）和反射测定型（用于光照射到样品表面时，因为样品表面结构的不同而使光线发生了多次反射的样品）三种。