文章导读近红外光谱技术 (NIR) 基于分子中含氢基团 (如C-H、O-H、N-H等) 的倍频与合频吸收，在过去几十年中发展迅速传统的近红外光谱仪多为大型台式设备，而近年来，随着技术的进步，手持式近红外光谱仪逐渐兴起。

其发展不仅扩大了近红外技术的应用范围，使其能够在现场和实地进行测量，还预期在不久的将来被非传统用户环境所采用本篇由江苏科技大学生物技术学院颜辉教授团队撰写并发表于 Chemosensors 期刊的论文，详细综述了手持式近红外光谱仪在材料识别、食品认证和环境调查等领域的最新研究进展。

介绍了仪器的设计原理、性能特点，以及在纺织品、聚合物、食品、环境等多个领域的应用实例，展示了其在质量控制和分析检测方面的巨大潜力同时，也探讨了该技术面临的挑战和未来发展方向，为相关领域的研究人员和技术使用者提供了全面的参考。

研究过程和结果仪器原理手持式近红外光谱仪的主要组成部分与台式仪器相似，通常包括光源、波长选择器和检测器等光源多基于卤钨灯，考虑到小型化系统的热稳定性，会有多种变体波长选择器和检测器的类型多样，根据其不同的组合，可将便携式近红外光谱仪分为不同类别。

仪器的性能参数如信噪比 (S/N ratio) 和波长范围对检测性能有重要影响 (图1)高信噪比和宽波长范围通常有利于提高分析结果的准确性，但在实际应用中，高信噪比可在一定程度上弥补波长范围窄的不足简化样品检测方式对手持式近红外光谱仪的易用性至关重要。

对于固体样品，多采用直接接触或短距离测量的漫反射方式；对于液体样品，则需使用特殊硬件附件或具备透反射模式例如，SiWare Systems推出的硬件附件可通过旋转转盘和底部测量方式，有效排除样品非均质性影响，提高测量准确性。

图1. 不同单色仪/检测器原理的手持式近红外光谱仪及其性能参数，(a) 线性滤光片仪器 (trinamiX GmbH, Germany; VIAVI Solutions Inc., USA)；(b) 数字微镜设备 (Texas Instruments, USA; Innospectra Corp. Taiwan)；

(c) 法布里-珀罗可调谐滤波器仪器 (Spectral Engines GmbH, Germany)；(d) MEMS FT-NIR光谱仪 (埃及Si-Ware Systems；日本滨松光子学；中国南巢科技)；

(e) 光栅微光谱仪 (德国Insion GmbH)；(f) 带有16个太阳能电池探测器的近红外扫描仪 (Senorics GmbH，德国)应用领域手持NIR光谱仪的应用领域广泛，包括农业产品和食品的质量控制、药品、聚合物和法医调查等。

特别是在食品领域，由于掺假和欺诈行为与消费者的健康息息相关，手持NIR光谱仪在食品真实性和区分、食品欺诈检测方面展现出了巨大的应用潜力纺织品：手持式近红外光谱仪可用于快速验证纺织品材料的真伪，保护消费者权益。

通过样品光谱与参考光谱的比较，可识别天然和合成材料，如区分丝绸与仿丝绸产品在一项研究中，使用四种不同的手持式扫描仪对九种不同类别纺织品进行测量，结合主成分分析 (PCA) 和软独立建模类比 (SIMCA) 方法，建立了有效的分类模型，例如图2展示了四种不同手持式近红外光谱仪采集的羊绒和丝绸的近红外光谱，最终MEMS FT-NIR仪器表现出最佳的分类能力。

图2. 用四种不同的手持式近红外光谱仪记录了所研究的两种代表性纺织品： (a) 羊绒羊毛；(b) 丝绸聚合物：聚合物回收对于原材料可持续利用和环境保护至关重要在聚合物分类识别中，两种不同原理和波长范围的手持式光谱仪 (NeoSpectra和NIR One) 被用于区分聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚乙烯 (PE)、聚氯乙烯 (PVC)、聚丙烯 (PP) 和聚苯乙烯 (PS)(图3)。

实验结果表明，MEMS FT-NIR光谱仪 (NeoSpectra) 能清晰区分不同聚合物，而法布里-珀罗可调谐滤光片仪器 (NIR One) 因波长范围有限，无法有效分离PE和PVC通过PCA分析和软独立建模类分析 (SIMCA) 进一步证实了这一结果，且表明仪器波长范围对聚合物聚类识别能力有显著影响。

图3. 使用两种不同的手持式光谱仪测量的五种聚合物商品的校准光谱的三维PCA评分图：(a1) NeoSpectra；(b1) NIR One；(a2，b2) 包含测试样本 (青色点) 的相应得分图食品：。

手持式近红外光谱仪在食用油质量控制方面表现出色，可用于检测多种食用油的掺假、真伪鉴别等例如，在棕榈油掺假检测中，NIRScan Nano光谱仪可准确区分纯棕榈油与不同浓度回收食用油掺假的棕榈油便携式近红外光谱仪可有效检测面粉掺假。

如在杏仁粉掺假检测中，三种便携式仪器 (DLPR NIRscan™ Nano、MicroNIR™ 1700和NeoSpectra FT-NIR) 对掺假浓度为5% (w/w) 及以上的样品具有高灵敏度和特异性。

手持式近红外光谱仪结合PLS-DA模型可用于区分不同年份收获的榛子，利用trinamiX光谱仪对榛子粉末样品进行测量，通过光谱预处理和分析，建立的PLS-DA模型可有效区分2021年和2022年的榛子手持式近红外光谱仪结合化学计量学方法可用于研究面包老化过程，使用NeoSpectra FT-NIR扫描仪对新鲜面包表面进行长时间监测 (图4)，通过二维相关光谱 (2D-COS) 分析，根据最强烈的交叉峰，可以提出以下光谱变化序列：47034346<5311<5158<4964cm-1。

在白面包陈化的前6个小时，内部的变化顺序是：强氢键水的扩散和蒸发>淀粉OH官能团的重组>弱氢键水的蒸发和部分转化为强氢键物质>支链淀粉的结晶

图4. 同步和异步2D-COS图的老化时间间隔为0—6 h文章总结本文详细阐述了手持式近红外光谱仪在多个领域的广泛应用，展示了其在材料识别、食品认证和环境调查等方面的巨大潜力通过对不同类型仪器的原理介绍和性能分析，以及大量实际应用案例的讨论，证明了手持式近红外光谱仪在定性和定量分析中的有效性和实用性。

随着技术的不断进步，手持式近红外光谱仪将朝着更小尺寸、更高性能和更低成本的方向发展仪器的微型化将使其更便于携带和现场使用，有望集成到智能手机等移动设备中，进一步扩大其应用范围同时，校准软件的持续改进将使分析过程更加快速、用户友好和可靠，能够处理更复杂的样品体系。

尽管手持式近红外光谱仪取得了显著进展，但仍面临一些挑战例如，部分仪器在波长范围和信噪比方面有待进一步提高，以满足更精确的分析需求；在复杂样品体系中，模型的准确性和通用性仍需加强为应对这些挑战，研究人员需不断优化仪器设计，开发更先进的检测算法，同时加强对不同应用场景下样品特性的研究，建立更稳健的校正模型。

手持式近红外光谱仪在日常生活中的应用前景广阔在食品安全领域，它将为消费者提供快速、便捷的产品真伪鉴别和质量检测手段，有助于保障消费者权益；在环境保护方面，可实现对土壤、水体等环境介质的现场监测，及时发现污染问题；在工业生产中，能够实时监控原材料和产品质量，优化生产过程。

未来，随着技术的成熟和成本的降低，手持式近红外光谱仪有望成为一种普及的分析工具，广泛应用于各个领域，为社会发展和人们生活质量的提高做出重要贡献原文信息Yan, H.; De Gea Neves, M.; Noda, I.; Guedes, G.M.; Silva Ferreira, A.C.; Pfeifer, F.; Chen, X.; Siesler, H.W. Handheld Near-Infrared Spectroscopy: State-of-the-Art Instrumentation and Applications in Material Identification, Food Authentication, and Environmental Investigations. Chemosensors 。

2023, 11, 272. https://doi.org/10.3390/chemosensors11050272Chemosensors 期刊介绍期刊范围涵盖化学传感理论；机理和检测原理；开发、制造技术；化学分析方法在食品、环境监测、医药、制药、工业、农业等方面的应用。

2023 Impact Factor: 3.72023 CiteScore: 5.0返回搜狐，查看更多