PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP NIR
I).1 KHÁI NIỆM
vùng cận hồng ngoại của quang phổ điện từ trải dài 780-2500 nm(12821 - 4000 cm
-1
).
do đó nó là một phần của quang phổ mà tồn tại giữa cuối đỏ trong quang phổ nhìn thấy
và bắt đầu của vùng hồng ngoại giữa. ứng dụng điển hình bao gồm dược phẩm, chẩn
đoán y tế (kể cả đường máu và phương pháp đo oxy), thực phẩm và kiểm soát chất
lượng nông hoá, và nghiên cứu quá trình đốt cháy, cũng như nghiên cứu khoa học thần
kinh nhận thức.
I).2 LỊCH SỬ
Herschel phát hiện ra năng lượng cận hồng ngoại vào thế kỷ 19, nhưng nó được ứng
dụng trong công nghiệp lần đầu tiên vào những năm 1950. Trong các ứng dụng đầu
tiên, NIR chỉ sử dụng như là một phần của các thiết bị quang học khác sử dụng các
bước sóng như tia cực tím (UV), ánh sáng có thể nhìn thấy (Vis), hoặc giữa hồng
ngoại (MIR). Trong những năm 1980, NIR đựơc sử dụng độc lập, việc áp dụng các
NIR đã được tập trung hơn vào phân tích hóa học. Với việc ra đời sợi quang ánh sáng
vào giữa năm 1980 và ứng dụng ánh sáng đơn sắc, vào đầu những năm 1990 phương
pháp NIR đã trở thành một công cụ mạnh mẽ cho nghiên cứu khoa học.
vùng bước sóng cận hồng ngoại đựoc chia thành hai khu vực: nm 780-1100 và 1.100-
2.500 nm. mặc dù được phát hiện khoảng 200 năm trước đây, nhưng tiềm năng của nó
chỉ được khai thác khoảng 30 năm gần đây. để phân tích chất lượng của các mẫu rắn,
quang phổ NIR được đo bằng cách phản xạ. phổ thường phức tạp với nhiều đỉnh
chồng chéo.
Trường ĐH Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Tiểu luận PT thực phẩm
Viện Công Nghệ Sinh Học & Thực Phẩm PP NIR và ứng dụng trong TP
I).3 LÝ THUYẾT
Quang phổ học có thể được định nghĩa là nghiên cứu sự tương tác của ánh sáng với
chất cần xác định.
Khu vực của quang phổ cận hồng ngoại là một phần của phổ rung động và bao gồm
một phần quang phổ giữa hồng ngoại.

tần số: ν
Các bước sóng: λ.
trong đó: λ= c / ν
phổ thu được bằng cách ghi lại cường độ của ánh sáng hấp thụ tần số (hoặc chiều dài
bước sóng) của ánh sáng tới. Trình bày phổ NIR đơn giản là bắt đầu bởi
mô hình cơ bản nhất của một phân tử dao động.
I).3.1 phân tử phân tử
I).3.1.1 Các bộ dao động điều hòa
Trong mô hình này rất đơn giản, chúng ta xem xét hai khối m
1
và m
2
nối với nhau bằng
một liên kết có lực không đổi bằng k .
GVHD: Nguyễn Hà Diệu Trang Trang 3
Trường ĐH Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Tiểu luận PT thực phẩm
Viện Công Nghệ Sinh Học & Thực Phẩm PP NIR và ứng dụng trong TP

Chúng ta tiếp tục giả định rằng liên kết theo định luật của Hooke, cho bởi:
f = - k (r - req)
Với: f : lực tác dụng lên hạt.
r: vị trí ban đầu
req: vị trí cân bằng.
Trong điều kiện này, đường cong năng lượng là parabol và đối xứng về vị trí
req cân bằng.
Năng lượng này được cho bởi:
E = k (r - req)
2
/ 2
Các tần số dao động tự nhiên của liên kết được cho bởi phương trình:

(3N-5 cho các phân tử tuyến tính).
Tuy nhiên, tất cả các liên kết nguyên tử không có khả năng hấp thụ năng lượng ánh
sáng hồng ngoại, ngay cả khi tần số của ánh sáng là giống tần số của liên kết.
Chỉ có kết nối đó là thời điểm điện dao động lưỡng cực là "hoạt động trong vùng hồng
ngoại ".
Ví dụ về dao động nguyên tử: các chuỗi hydrocarbon (hình)
mỗi chế độ tương ứng với tần số riêng và tần số cơ bản, một số khác liên kết với các
sóng âm.
Một phần của một chuỗi các chế độ rung động và những liên kết khác . Những kết quả
tương tác bởi sự xuất hiện của các sóng kết hợp. Các sóng như vậy xuất hiện ở tần số
mà chính nó là sự kết hợp tuyến tính cơ bản của một dải tần.
GVHD: Nguyễn Hà Diệu Trang Trang 5
Trường ĐH Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Tiểu luận PT thực phẩm
Viện Công Nghệ Sinh Học & Thực Phẩm PP NIR và ứng dụng trong TP
Ví dụ: nếu các tần số hai chế độ đang hình thành một sự kết hợp
đại diện bởi ν1và ν2 là tần số sóng kết hợp được cho bởi:
ν
comb
αν
1
+ = βν
2
Trong đó α và β là các số nguyên (thường là 1, 2 hoặc 3).
Vì vậy, khi sóng, kết hợp các dao động xuất hiện ở tần số cao hơn các sóng cơ bản.
Các vùng quang phổ NIR là tên miền dao động và dao động của sóng kết hợp(hình 3)
Các nhóm chất hóa học có một sự hấp thụ trong khu vực NIR chủ yếu H- X, trong đó
X tương ứng với các nguyên tử oxy carbon, hoặc nitơ, và H là bắt các nguyên tử
hydro.
Nhìn chung khó để giải thích quang phổ NIR của chúng trong vùng hồng ngoại.
NIR tương đương của họ trong khu vực giữa hồng ngoại. Tuy nhiên quang phổ cận

- Nguồn ánh sáng.
- Hệ thống phân tách ánh sáng đa sắc theo bước sóng ( lăng kính hay cách tử).
- Hệ thống nhận tín hiệu.
- Bộ phận xử lý tín hiệu.
Nguyên lý của máy đo quang phổ cận hồng ngoại 2 chùm tia : ngồn sáng(1) phát ra
chùm tia cận hồng ngoại với mọi tần số nằm trong vùng khảo sát. Chùm tia sáng này
được chia thành 2 phần: một phần chiếu vào mẫu, phần còn lại đi qua môi trường đo (
dung môi). Bộ phận tạo đơn sắc(2) sẽ tách từng tần số để đưa qua bộ phận phân tích
(detector)(3). Detector sẽ so sánh cường độ hai chùm tia để cho ra những tín hiệu có
GVHD: Nguyễn Hà Diệu Trang Trang 7
Trường ĐH Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Tiểu luận PT thực phẩm
Viện Công Nghệ Sinh Học & Thực Phẩm PP NIR và ứng dụng trong TP
cường độ tỷ lệ với phần bức xạ bị hấp thụ bởi mẫu. bộ phận ghi(4) sẽ nhận tín hiệu
điện do detector cung cấp dưới dạng những đường cong phụ thuộc vào % bức xạ
truyền qua vào số song cm
-
.
Nguồn sáng:
Trong quang phổ cận hồng ngoại nguồn sáng thường là đèn Volfram-Halogen,
đèn LED.
Nguồn sáng volfram thường được gọi là nóng sáng, vì chúng phát ra ánh sáng
khi bị đun nóng bởi năng lượng điện. Dây tóc của các bóng đèn hiện đại thường làm
bằng volfram, một kim loại có hiệu suất phát sáng tương đối hiệu quả khi bị đun nóng
điện trở bằng dòng điện. Các đèn nóng sáng hiện đại có nguồn gốc từ đèn hồ quang
carbon
Nguồn sáng là một bóng đèn volfram-halogen. Có thể bao gồm 3-20 bộ lọc ánh
sáng. Phương pháp này được ứng dung nhều trong phân tích, các thiết bị ngày càng đa
dạng có thể tạo ra các bộ lọc phù hợp nhất đối với những phân tích cụ thể.
Ánh sáng từ các đèn volfram-halogen tạo thành một chùm tia song song chiếu
sáng vào mẫu.

sang bộ phận tín hiệu.
Các bức xạ cận hồng ngoại có cường độ năng lượng thấp nên thường được sử
dụng detector nhiệt dựa trên hiệu ứng nhiệt để phát hiện tất cả các vùng song cận hồng
ngoại. ở đây detector đã biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện. dòng điện này có
cường độ rất nhỏ, đồng thời luôn thay đổi, phụ thuộc và cường độ tia sáng bị hấp thụ
nhiều hay ít mà dòng điện có cường độ mạnh hay yếu.
GVHD: Nguyễn Hà Diệu Trang Trang 9
Trường ĐH Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Tiểu luận PT thực phẩm
Viện Công Nghệ Sinh Học & Thực Phẩm PP NIR và ứng dụng trong TP
Nhờ bộ phận khuyết đại tiếp theo mà dòng điện được mạnh lên nhiều lần để
truyền tín hiệu sang bộ phận tự ghi, vẽ lên bản phổ hoặc đưa vào máy tính xử lý số liệu
rồi in ra phổ.
Bộ phận xử lý số liệu:
Nhận được thông tin tương ứng với bước sóng khác nhau. Các tín hiệu được ghi
lại bằng cách sử dụng một bộ phận cảm biến. Một hệ thống mã hóa được sử dụng để
có được quang phổ từ các tín hiệu khi đo. Cuối cùng bộ cảm biến quang của quang
phổ kế có thể ghi lại độc lập sự hấp thụ ánh sáng ở bước sóng cụ thể.
I).5.1.2 Máy quang phổ cận hồng ngoại biến đổi Fourier:
máy quang phổ cận hồng ngoại biến đổi Fourier gồm các bộ phận chính sau:
nguồn sáng
giao thoa kế
detector
bộ phận xử lý dữ liệu
Biến đổi Fourier ngày nay có thể cạnh tranh với các thiết bị tương tự trong các
ứng dụng công nghiệp.
Đặc điểm chính của thiết bị này là sự giao thoa Michelson (Hình).
GVHD: Nguyễn Hà Diệu Trang Trang 10
Trường ĐH Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Tiểu luận PT thực phẩm
Viện Công Nghệ Sinh Học & Thực Phẩm PP NIR và ứng dụng trong TP
Trong hệ thống này, chùm ánh sáng có thể đi theo hai đường quang học khác

sáng nhìn thấy được (400nm – 1100nm).
Dardenne và Féménias (1999) đã sử dụng phương pháp này để phân tích hàm lượng
chất khô của thức ăn thô, tươi sau thu hoạch, xác định chất khô được khoảng 1%.
Nguồn sáng:
Nguồn sáng cho quang phổ cận hồng ngoại biến đổi Fourier cũng là đèn volfram-
halogen và đèn LED.
Giao thoa kế:
Gồm một gương cố định, một gương di động và bộ tách quang. Bộ tách quang được
chế tạo từ một số vật liệu khác nhau, mỗi vật liệu được sử dụng cho một vùng giới hạn
bước sóng: Si thạch anh, Si/CaF
2
.
Detector:
Nguyên tắc cơ bản của detector là khi một photon đập vào mặt của một chất rắn sẽ làm
bật ra các electron, sau đó các electron này chuyển động và đập vào bề mặt chất rắn và
làm bật ra electron với số lượng lớn hơn nhiều lần, chất rắn đo phải là những chất bán
dẫn.
Một số chất bán dẫn làm detector: PbS(N
2
), Diod Si.
Xử lý dữ liệu :
Ghi nhận những thông tin tương ứng với bước sóng khác nhau. Các tín hiệu được ghi
lại bằng cách sử dụng một bộ phận cảm biến. Một hệ thống mã hóa được sử dụng để
GVHD: Nguyễn Hà Diệu Trang Trang 12
Trường ĐH Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Tiểu luận PT thực phẩm
Viện Công Nghệ Sinh Học & Thực Phẩm PP NIR và ứng dụng trong TP
có được quang phổ từ các tín hiệu khi đo. Và đưa ra giãn đồ sóng cùng với các số liệu
cụ thể.
 Máy phổ cận hồng ngoại biến đổi Fourier thuận tiện hơn máy phổ hồng ngoại
thường. Việc dùng giao thoa kế cho phép làm khe sáng rộng hơn do đó lượng ánh sáng

Ứng dụng vào các ngành công nghiệp dược phẩm, thực phẩm và thức ăn chăn nuôi,
công nghiệp Sơn và công nghiệp hóa chất.
Thiết bị cung cấp nhiều đầu dò và vật chứ mẫu khác nhau mang đến nhiều lựa chọn
cho khách hàng như : đầu dò đâm sâu vào bao bì nguyên liệu, đầu dò đâm vào dung
dịch lỏng, các dạng chứa đĩa petri, chai vials, thuốc viên, bao bì, cuvet,
Những ưu điểm của model NIRFlex N-500 :
- Kiểm tra nhanh trong vài giây cho kết quả chính xác.
- Công suất : là lựa chọn tối ưu cho những yêu cầu kiểm tra mẫu trên 20 mẫu/
ngày.
- 5 loại đầu dò khác nhau, kiểm tra hơn 10 chỉ tiêu khác nhau.
- Cho kết quả xác thực và đáng tin cậy.
- Được thiết kế kinh tế.
- Thích hợp cho môi trường - Không sử dụng hóa chất để xử lý mẫu.
- An toàn - không có phản ứng hóa học.
- Hiệu quả - khởi động 1 lần duy nhất trong ngày.
- Đa năng - đo lường cùng một lúc nhiều chỉ tiêu trên cùng một mẫu.
GVHD: Nguyễn Hà Diệu Trang Trang 15
Trường ĐH Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Tiểu luận PT thực phẩm
Viện Công Nghệ Sinh Học & Thực Phẩm PP NIR và ứng dụng trong TP
I).6 NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI XỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP NGÀY
I).6.1 Ưu điểm:
Phương pháp này giúp kiểm soát chất lượng định kỳ.
Phân tích được hoàn thành trong 40 giây hoặc ít hơn.
Phương pháp này là thích hợp cho việc phân tích các mẫu lớn, vì ánh sáng cận hồng
ngoại có thể xuyên qua hơn so với ánh sáng hồng ngoại.
I).6.2 Nhược điểm:
Nó chỉ cho kết quả chính xác cao đối với các mẫu đồng nhất, các mẫu không đồng
nhất thường kết qủa có sai lệch khác nhau.
NIR thường cho kết quả đối với chất rắn, lỏng tốt hơn so với các chất phản xạ.
Ví dụ để xác định hàm lượng chất béo ta phải chuẩn bị mẫu trước, như xay nhuyễn

phương trình hiệu chỉnh phức tạp hơn dự đoán, lượng nước trong thực phẩm.
Việc đo độ ẩm bằng pp NIR có thể chính xác như là phương pháp tham khảo
đối với hầu hết các sản phẩm đồng nhất, chẳng hạn như bột, nhưng có thể thay đổi tùy
theo sản phẩm không đồng nhất được đem đi nghiên cứu.
Các kết quả khi đo từng nguyên liệu riêng chính xác hơn so với hỗn hợp phức
tạp. Độ ẩm đo được có thể bị sai lệch 0,15-0,8% tùy thuộc vào thực phẩm đem phân
tích.
II).1.2 Protein :
Phổ NIR của các protein là phức tạp và khó để giải thích.
Các protein có đặc tính hấp thu các bước sóng đến 1523, 1600 nm, 2050 và
2180 nm. Các bứoc sóng tại 2180 nm thường được sử dụng trong phân tích protein.
( Osborne và cộng sự (1993)).
Ví dụ : về phương trình dự đoán protein trong bột mì:
%pr = 12,68 + 493,7*A
2180
- 323,1*A
2100
- 243,4*A
1680
A
2180
là độ hấp thụ tại 2180 nm.
323,1 * A
2100
là yếu tố cần thiết cho phản ánh quang phổ của tinh bột, có thể bao
gồm các dải hấp thụ của protein đến 2180 nm.
Việc hấp thụ ở 1680 nm như một cơ sở tham chiếu của quang phổ.
Phân tích các sản phẩm protein đơn giản như bột là rất chính xác. Tuy nhiên đối với
các chất không đồng nhất và thức ăn với các thành phần hỗn hợp nó có sai lệch 0,16-
0,45%.

+ Xác định hàm lượng tro, béo, xơ, đạm, ẩm, phospho trong bột cá và thức ăn gia
súc.
+ Xác định hàm lượng béo trong chocolate và kem, sữa chua.
GVHD: Nguyễn Hà Diệu Trang Trang 18
Trường ĐH Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh Tiểu luận PT thực phẩm
Viện Công Nghệ Sinh Học & Thực Phẩm PP NIR và ứng dụng trong TP
+ Xác định hàm lượng béo, đạm, nước, acid béo bão hòa, acid béo không bão hòa
trong sữa.
+ Xác định hàm lượng béo, đạm, ẩm trong thịt, thịt bò, thịt bê, thịt heo, thịt gà,
+ Xác định hàm lượng tro, béo, ẩm, đạm và thành phần amylose trong gạo.
- Công nghiệp dược phẩm :
+ Xác định mức độ este hóa của acid acetic trong benzyl alcohol.
+ Xác định hàm lượng nước còn dư sau khi sấy khô lạnh
+ Xác định hàm lượng nước trong dung môi
+ Xác định hàm lượng acid nitric trong dẫn xuất pyridine
- Công nghiệp Hóa chất :
+ Xác định hàm lượng chất keo trong hỗn hợp dung môi (40-50%)
+ Xác định hàm lượng nước trong polymer phân tán
+ Xác định mức độ este hóa trong hóa chất công nghiệp
+ Xác định hàm lượng cyanamide trong dung môi (10-60%)
II).2 Dinh dưỡng:
phương pháp NIR thường xác định được các giá trị dinh dưỡng tiêu chuẩn của thực
phẩm như tiêu hóa chất hữu cơ hoặc năng lượng .
Dự đoán các hàm lượng sử dụng là tuyến tính và được dựa trên phương trình có dạng:
Giá trị dinh dưỡng = hằng số + α [protein] + β [lipid] + δ [carbohydrates] +
Trong đó α, β, δ là các hệ số
Từ NIR để xác định các thành phần riêng lẻ, có thể sử dụng phương pháp phân tích để
đánh giá giá trị dinh dưỡng của nguyên vật liệu hoặc hỗn hợp nghiên cứu.
Một số nghiên cứu công bố đã được thực hiện đầu tiên để dự đoán mỗi thành phần
sau đó áp dụng một mô hình tuyến tính mới để xác định giá trị dinh dưỡng của