• 技術原理

近紅外光譜儀簡介



近紅外光(NIR)光譜一般指約 700-2500 nm (14285cm-1~4000cm-1)的範圍,介於可見光與中紅外光之間。一般有機分子的官能基 -CH、-OH、-NH、-SH 的彎曲、伸長及振動,在中紅外光區有基態(Fundamental) 吸收,在近紅外光區則有合頻(Combination)吸收及倍頻 (overtone) 吸收。這些官能基吸收光譜所形成指紋圖譜,可進行定性方面的研究,而吸光值與濃度的線性關係則可進行定量研究。
雖然NIR與Mid-IR均可以進行定性及定量研究,然而Mid-IR的吸收值極高,需要複雜的樣品前處理,使得定量不容易進行,而近NIR則有不需樣品前處理的特點,掃瞄一次光譜可以同時進行定性與定量方面的研究,由於NIR反射/吸光的比例很高,很適合利用漫反射(diffuse reflection)法做非破壞性分析,此為近紅外光譜儀的優勢。

近紅外光譜儀(Near infrared spectroscopy, NIRS) 的應用領域極廣,由於傳統的化學分析,必須先進行取樣及樣品前處理後再利用化學分析法進行量測,例如滴定法、HPLC、GC…等。其過程漫長,無法及時得到量測數據,甚至可能降低分析時效。

近紅外光譜分析法具有以下優勢:

(1) 掃描速度極快,僅需數十秒
(2) 掃描一次,可同時得到定性及定量的結果
(3) 掃描結果可同時顯示多種成份
(4) 簡單的樣本前處理,或是根本不需要
(5) 非破壞性分析,不損害樣品價值
(6) 可穿透玻璃或PE袋進行量測
(7) 對環境友善---不需化學藥品,不需使用溶劑
(8) 量測過程迅速,具即時分析能力
(9) 多元化儀器設計及採樣系統,符合不同測試環境需求
(10) 可用於固體、粉體、半固體及液體等不同型態樣品

由於近紅外光譜儀偵測速度快,數十秒即可得到結果,因此廣泛用於製程監控應用方面(PAT, Process Analytical Technology),PAT的一個特點就是要求分析儀器能夠在生產操作的現場實現原位、無損、快速地提供分析物件的定性定量性質,並且能快速地回饋測試結果,為生產製程提供依據。由農產品、飼料混合到化學纖維聚合、石油化學等。在化學製藥方面,近紅外光譜儀在化工藥廠可以應用於:

(1) 粗原料進料鑑別與分類
(2) 製程分析與製程監控(PAT)
(3) 醱酵槽之營養調控與產物分析
(4) 藥物混合監控
(5) 造粒乾燥之水份監控、溶劑殘留
(6) 膠囊、錠劑之成分均一度檢測
(7) 冷凍乾燥之水份含量測定
(8) 包裝材料之分析
(9) 其他
我國將於2010年實施國際醫藥品稽查協約組織 (Pharmaceutical Inspection Convention and Pharmaceutical Inspection Co-operation Scheme, PIC/S) 之GMP標準 (PIC/S GMP) 標準,以提昇我國製藥水準與產品品質,促進我國藥政體系國際化,並減低與國外相互查廠所需的時間和花費,國外的USP以及EMEA均有相關章節介紹NIR的分析法。近紅外光譜儀把測定過程從耗時的實驗分析中解放出來,實為QA與QC人員一大福音。

隨著近紅外光譜儀的演進,市面上有多種近紅外光譜儀的型式,使用者需注意近紅外光的特性就是吸收訊號極弱,因此一方面儀器必需具有高靈敏度,另一方面則需降低背景雜訊,必須慎選S/N值高的近紅外光譜儀,才能獲得最大效益。