NIRS主要应用透射光谱技术和反射光谱技术获得。透射光谱波长一般在700~1100 nm范围内；反射光谱波长在1100~2526 nm范围内。根据检测对象的不同分成近红外透射光谱(NIT)和近红外反射光谱(NIR)两种。NIT是根据透射光与入射光强的比例关系获得在近红外区的吸收光谱。NIR是根据反射光与入射光强的比例获得在近红外光谱区的吸收光谱。
NIRS技术是一种集现代电子技术、光谱分析技术、计算机技术和化学计量技术于一体的现代光谱分析技术。它使用了包括NIR分析仪、化学计量学软件和被测物质的各种性质或浓度分析模型成套分析技术等。用NIRS 技术进行检测的主要流程（图16-6）包括：收集具有代表性的样品，进行样品的光学数据采集；用标准的化学方法对样品进行化学成分测定；通过数学方法将光谱数据和检测的数据进行关联，将光谱数据进行转换，与化学测定值进行回归计算，然后得出定标方程，建立数据模型；分析未知样品时，先对待测样品进行扫描，根据光谱并利用建立的模型计算出待测样品的成分含量。
近红外光谱具有的优势为：①操作简单，无烦琐的前处理和化学反应过程；②不损伤样品，实现无损检测；③速度快，周期短；④效率高，对测试人员无专业化要求，且单人可完成多个化学指标的大量测试；⑤无污染，检测成本低；⑥随模型中优秀数据的积累，模型不断优化，测试精度不断提高，测试范围可以不断拓展。
但近红外光谱也有其固有的弱点，如：①由于物质在近红外区吸收弱，灵敏度较低，一般含量应> 0.1%；②建模工作难度大，需要有经验的专业人员和来源丰富的有代表性的样品，并配备精确的化学分析手段；③每一种模型只能适应一定的时间和空间范围，因此需要不断对模型进行维护，用户的技术也影响模型的使用效果。
近红外光谱用于定量分析远远不如紫外-可见光谱法。其原因是：
(1)红外谱图复杂，相邻峰重叠多，难以找到合适的检测峰。
(2)红外谱图峰形窄，光源强度低，检测器灵敏度低，因而必须使用较宽的狭缝。这些因素导致对比尔定律的偏离。
(3)红外测定时吸收池厚度不易确定，参比池难以消除吸收池、溶剂的影响。
定量分析依据是比尔定律，如果有标准样品，并且标准样品的吸收峰与其他成分的吸收峰重叠少时，可以采用标准曲线法进行分析，即配制不同含量的标准样品，测定数据点，作曲线。相关步骤可参考紫外-可见光谱定量分析的方法。
16.2.3.2近红外光谱仪
近红外光谱仪的种类有：
（1）棱镜和光栅光谱仪。色散型。它的单色器为棱镜或光栅，为单通道测量。
（2）傅里叶变换红外光谱仪。非色散型。其核心部分是一台双光束干涉仪。当仪器中的动镜移动时，经过干涉仪的两束相干光间的光程差改变，探测器所测得的光强随之变化，从而得到干涉图。经过傅里叶变换的数学运算后，可得到入射光的光谱。这种仪器的优点：①多通道测量，信噪比高。②光通量高，仪器灵敏度高。③波数值精确，可达0.01 cm-1。④增加动镜移动距离，分辨本领提高。⑤工作波段可从可见区延伸到毫米区，可实现远红外光谱的测定。
近红外光谱仪的工作原理是，如果样品的组成相同，则其光谱也相同，反之亦然。如果建立了光谱与待测参数之间的对应关系（称为分析模型），那么，只要测得样品的光谱，通过光谱和上述对应关系，就能很快得到所需要的质量参数数据。分析方法包括校正和预测两个过程。
（1）校正过程。收集一定量有代表性的样品（一般需要80个样品以上），在测量其光谱图的同时，测量各种相关参数，称之为参考数据。通过化学计量学对光谱进行处理，并与参考数据关联，建立光谱图和参考数据之间的应映射关系（模型）。建立模型常用多元线性回归法、主成分分析法、偏最小二乘法、人工神经网络法和拓扑法等。显然，模型所适用的范围越宽越好，但是模型的范围大小与建立模型所使用的校正方法有关，与待测的性质数据有关，还与测量所要求达到的分析精度范围有关。实际应用中，建立模型都是通过化学计量学软件实现的，并且有严格的规范（如ASTM-6500标准）。
（2）预测过程。首先使用近红外光谱仪测定待测样品的光谱图，通过软件自动对模型库进行检索，选择正确模型计算待测质量参数。对仪器定标，需要选择一组具有统计学意义的校正样品，样品至少25个以上。这组样品组分含量的范围应尽可能选到超过这种样品最高和最低含量。计算得到的定标方程不能直接用于测定未知样品，必须通过实际测量调整其准确度和可靠性。一般另用一组(15～20个)已知准确含量(标准值)的样品的标准值与仪器测定值进行统计检验，使仪器测定结果的误差符合要求。
16.2.3.3近红外光谱法在食品分析中的应用
有机物不同组分在近红外区各有不同吸收图谱，谷物和油料农作物一般都含有蛋白质、脂肪、糖、淀粉和纤维等有机成分，它们具有红外活性，即含有共价键、并在振动过程中伴随有偶极矩变化，在近红外区域有丰富的吸收光谱，每种成分都有特定的吸收特征，为近红外光谱定性定量分析提供了依据。
近红外光谱技术在20世纪50年代中后期首先被应用于农副产品的分析中，到1980年代中期，计算机技术的发展和化学计量学研究深入、仪器制造技术完善及测量信号数字化等，促进了近红外光谱分析法的发展。无损检测和分析操作绿色化，使NIRS成为1990年代最引人注目的光谱分析技术。
近红外定量分析技术最初(1965年)由美国Karl Norris等用于测定水分含量，如今在分析农产品和食品中的蛋白质、水分、脂肪、纤维、淀粉、氨基酸等营养成分方面已十分成熟，并在农产品品质评价、农产品安全检测、食品品质和加工过程监控中得到了广泛应用，现已成为美国谷物化学协会(AACC)、公职分析化学工作者协会(AOAC)、谷物化学协会(ICC)等机构的标准分析方法。
NIR在农业和食品方面的应用包括以下方面的分析测定。
（1）乳制品：蛋白质、乳糖、脂肪、乳酸、灰分、固型物、水分、酪蛋白测定。
（2）肉类、鱼类、蛋类：蛋白质、脂肪、含水量、盐分、热量、氨基酸、脂肪酸、纤维素以及新鲜及冷冻程度、产品种类、真伪鉴别。
（3）红酒：乙醇、含糖量、有机酸、含氮量、pH 值以及真伪鉴别。
（4）白酒：原料中的水分、淀粉、支链淀粉、pH 值和残糖测定。
（5）啤酒：大麦原料中水分、麦芽糖、啤酒中的乙醇和麦芽糖测定。
（6）饮料：咖啡因、葡萄糖、果糖、蔗糖、酸度、有机酸等以及真伪鉴别。
（7）咖啡：咖啡因、绿原酸、水分、产地鉴别、品质分级。
（8）面包、饼干：蛋白质、脂肪、水分、淀粉、面筋值测定。
（9）食用油、酱油：碘价、酸值、黄色素、红色素、黏度、盐、氮、酒精、乳酸、谷氨酸、葡萄糖测定。
（10）转基因食品：监测蛋白或DNA的变化以及标记基因的转变。
16.2.4荧光光谱分析法
16.2.4.1概述
荧光是物质吸收电磁辐射后受到激发，受激发原子或分子在去激发过程中再发射波长与激发辐射波长相同或不同的辐射。当激发光源停止辐照试样以后，再发射过程立刻停止，这种再发射的光称为荧光。
除了紫外光和可见光可能激发荧光外，其他的光如红外光、X射线也可能激发出荧光。这里介绍的荧光，是指物质在吸收紫外光和可见光后发出的波长较长的紫外荧光或可见荧光。
荧光光谱具有高灵敏度，因为：
（1）荧光辐射的波比激发光波长，测量到的荧光频率与入射光的频率不同。荧光在各个方向上都有发射，因此可以在与入射光成直角的方向上检测，如此，荧光不受来自激发光的本底的干扰，灵敏度大大高于紫外-可见吸收光谱，测量用的样品量很少，且测量方法简便。
（2）荧光光谱信息量较大。荧光光谱能提供较多的参数，例如激发谱、发射谱、峰位、峰强度、荧光寿命、荧光偏振度等。荧光光谱还可以检测一些紫外-可见吸收光谱检测不到的时间过程。紫外和可见荧光涉及的是电子能级之间的跃迁，荧光产生包括两个过程——吸收以及随之而来的发射。每个过程发生的时间与跃迁频率的倒数为同一时间量级(10~15 s)，但两个过程有时间延迟，大约为10~8 s，这段时间内分子处于激发态。激发态分子的寿命取决于辐射与非辐射的竞争。由于荧光有一定的寿命，因此可以检测一些时间过程与其寿命相当的过程。例如，生色团及其环境的变化在紫外可见吸收的10~15 s的过程中基本是静止不变的，因此无法用紫外可见吸收光谱检测，但可以用荧光光谱检测。
荧光光谱包括激发谱和发射谱两种。激发谱是荧光物质在不同波长的激发光作用下测得的某一波长处的荧光强度的变化情况，即不同波长激发光的相对效率；发射谱则是某一固定波长的激发光作用下荧光强度在不同波长处的分布情况，也就是荧光中不同波长光成分的相对强度。
由于激发态和基态有相似的振动能级分布，而且从基态的最低振动能级跃迁到第一电子激发态各振动能级的概率与由第一电子激发态的最低振动能级跃迁到基态各振动能级的几率也相近，因此吸收谱与发射谱呈镜象对称关系。
16.2.4.2原子荧光光谱分析法
16.2.4.2.1概述
原子荧光光谱分析法（AFS）是利用原子荧光谱线的波长和强度进行物质定性及定量分析方法，是介于原子发射光谱（AES）和原子吸收光谱（AAS）之间的光谱分析技术。其基本原理为原子蒸气吸收特征波长的光辐射后，原子被激发至高能级，再跃迁至低能级的过程中，原子所发射的光辐射称为原子荧光。原子荧光为光致发光，二次发光，激发光源停止时，再发射过程立即停止。对某一元素而言，原子吸收光辐射之后，根据跃迁过程中所涉及的能级不同，将发射出一组特征荧光谱线。由于在原子荧光光谱分析的实验条件下，大部分原子处于基态，而且能够激发的能级又取决于光源所发射的谱线，因而各元素的原子荧光谱线十分简单。根据所记录的荧光谱线的波长即可判断有哪些元素存在，这是定性分析的基础。原子荧光可分为 3类，即共振荧光、非共振荧光和敏化荧光，其中以共振原子荧光最强，在分析中应用最广。优点为：
（1）检出限低，灵敏度高。对Zn、Cd等元素有相当低的检出限，Zn为0.04 ng/cm3，Cd可达0.001 ng/cm3。由于原子荧光的辐射强度与激发光源成比例，采用新的高强度光源可进一步降低其检出限。现已有20多种元素低于原子吸收光谱法的检出限。
（2）干扰较少，谱线比较简单。非色散原子荧光分析仪，结构简单，价格便宜。
（3）标准曲线线性范围宽，可达3～5个数量级。
（4）可多元素同时测定。由于原子荧光是向空间各个方向发射的，比较容易制作多道仪器，因而能实现多元素同时测定。
16.2.4.2.2原子荧光光谱仪
原子荧光光谱仪可分为单道和多道两类，前者一次只能测量一个元素的荧光强度，后者一次可同时测量多个元素。
（1）辐射源：用于激发原子使其产生原子荧光。要求强度高，稳定性好。光源分连续光源和线光源。连续光源一般采用高压氙灯，功率可高达数百瓦。这种灯的测定灵敏度较低，光谱干扰较大，但是一个灯即可激发出各元素的荧光。常用的线光源为脉冲供电的空心阴极灯、无电极放电灯及70年代中期提出的可控温度梯度原子光谱灯。采用线光源时，测定某种元素需要配备该元素的光谱灯。可调染料激光也可作为辐射源，但短波部分能量不够。
（2）单色器：产生高纯单色光的装置，其作用为选出所需要测量的荧光谱线，排除其他光谱线的干扰。单色器有狭缝、色散元件（光栅或棱镜）和若干个反射镜或透镜所组成。使用单色器的仪器称为色散原子荧光光谱仪；不用单色器的仪器称为非色散原子荧光光谱仪。
（3）原子化器：将被测元素转化为原子蒸气的装置，可分为火焰原子化器和电热原子化器。火焰原子化器利用火焰使元素的化合物分解并生成原子蒸气，所用的火焰为空气-乙炔焰、氩-氢焰等。电热原子化器为利用电能产生原子蒸气的装置。电感耦合等离子焰也可作为原子化器，具有散射干扰少、荧光效率高的特点。
（4）检测器：测量原子荧光强度的装置，常用光电倍增管。它可将光能变为电能，荧光信号通过光电转换后被记录下来。
（5）显示装置：显示测量结果的装置，可以是电表、数字表、记录仪、打印机等。
荧光仪分为两类，色散型和非色散型。荧光仪与原子吸收仪相似，但光源与其他部件不在一条直线上，而是90度直角，而避免激发光源发射的辐射对原子荧光检测信号的影响。
