红外线检测技术与应用（推荐8篇）
从下图可以看出，当物体温度较低时，光谱辐射发射量较小，主要以不可见的红外光进行辐射，其红外辐射主要集中在长波红外（8～12μm）;当温度升高时，光谱辐射发射量迅速变大，辐射的峰值波长会向短波方向移动，在中波红外（3～5μm）的辐射会增强。
由此可知，树木燃烧时，火焰中心温度升高发出较强的中波红外辐射，周围随着温度的逐渐下降则发出大量的长波红外，且遵从普朗克辐射定律：
S（λ）=■■=■■ （1）
式（1）中S（λ）为辐射度;λ为辐射波长;T为黑体温度;h，c，k，c1，c2为常数。
对式（1）的S（λ）求微商最大值，得到维恩位移定律：
T×λmax=2897。8Kμm （2）
黑体温度T和辐射峰值波长λmax成反比，即温度愈高，辐射峰值的波长愈小。
由式（2）对式（1）求整个波谱区的积分，得到单位面积辐射通量S：
S=σT4 （3）
式（3）中σ=5。6693×10—3，即斯蒂芬—波尔兹曼定律。
黑体的全波长辐射通量S与辐射温度T的4次方成正比。
也就是说即使地表的任一小块面积的温度升高，都会引起辐射的较大增加。
根据不同火焰温度与辐射强度的关系，建立对应关系如表1所示。
4 防林火灾应用
超、特高压架空输电线路通常处于高山峻岭的丛林密集区，林区燃烧时主要的辐射源是火焰和具有较高温度的碳化物等，其产生的火焰温度达500～1200℃，辐射的波长范围为0。8～80μm，峰值波长为2～6μm，辐射能量约为1。43W/m2;而未发生燃烧的林区及地被物发出的辐射称为背景辐射，其温度一般在—40～+60℃，辐射波长在1。5～30μm，辐射能量约为0。0173W/m2。
因此，架空输电线路的防林火灾能根据其背景和燃烧区的温度差异与辐射差异，进行监控、识别、捕捉，起到事故前的灾害预警作用。
红外图像信息火灾识别技术，对具有动态变化特征的烟火图像能进行扑捉。
通过分析扑捉到的图像中辐射强度、火焰温度来提前预知是否发生火情;通过扑捉到的像素点所构成的区域统计该疑似火焰区域的面积，提前预知火灾发生后可能影响到的面积。
下图3为全天候森林火情自动识别系统构架，其所使用的在线监测装置就是基于这种原理。
利用红外探测技术，通过计算机对输电线路的背景物的辐射能量进行监控、分析、识别、捕捉、预警，替代传统的人工视觉识别与告警。
该系统主要是由视频图像采集部分、红外测温报警系统、智能数字转台、网络图像视频编/解码服务器、基站智能管控系统、图像综合分析单元和中央综合控管平台等构成，通过采用现有的可见光摄像机，不仅白天能拍摄到清晰的图像，在应用红外热成像原理后，不受夜晚和恶劣天气影响，也能拍摄到森林比较清晰的图像，并结合可见光图像和红外热图像的观测方式，达到全天候24小时监测森林火情，发出声光报警。
目前该系统已在部分城市的森林防火中开展应用。
5 结束语
根据红外光波的辐射特性，在全天候森林火情自动识别系统的应用技术基础上，结合输电线路杆塔处于林区较高点的特点，可运用下面三种红外探测技术来预防林火灾对输电线路造成灾害：
①检测高于正常环境温度的火点，工作波段为1～3μm;②检测相对背景的高温点，工作波段为3～5μm或8～12μm;③检测火灾前期产生的烟雾，工作波段为可见光。
通过检测不同波长对应的烟雾、高温、火点，对出现异常情况但尚未发生火灾的BC阶段进行重点关注与现场排除，对燃烧初起阶段的CD阶段进行紧急扑救，对火灾阶段的DE阶段进行火势观察，提前做好输电线路负荷的转移和电网系统的调配，保证电网安全稳定运行。
参考文献：
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[5]刘永平。红外技术在煤矿井下测温和测气中的应用[J]。红外技术，（7）。
1 红外探测与控制的基本原理
1.1 红外辐射以及近红外光波谱
在《红外辐射、红外期间与典型应用》[1]中, 对红外辐射的本质、基本规律以及传输性进行了全面论述。红外辐射也被称为红外线或红外光, 是一种电磁波。红外光谱又称分子振动转动光谱, 属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时分子吸收其中一些频率的辐射使振转能级从基态跃迁到激发态相应于这些区域的透射光强减弱记录百分透过率T%对波数或波长的曲线。
为何要将红外探测/遥控的光源选择采用近红外光, 主要理由如下:
光电二极管、光敏三极管大都采用硅 (Si) 半导体材料一般用于制作接收器件, 它的接收峰值波长为780~1550nm, 即管子对波长为780~1550nm的红外光的探测灵敏度最高。
采用GaAs、AlGaInAsP等半导体材料制作的红外发光二极管 (英文缩写为IRED) , 作为红外光发射器件。它的发射波长是880~1700nm, 由于它与硅 (Si) 光电接受器件 (包括发光二极管、光敏三极管) 的响应波长相匹配, 所以能使探测灵敏度和工作效率提高。
1.2 红外光接收系统及红外发射方式的基本组成[2]
得到红外发光二级管的近红外光是相当方便的。红外线发光二极管是由PN结构成的注入电流型发光元件, 以及加上一定的正向偏置电压, 就可以得到特定波长的近红外光。另外, 除了电流驱动方式外, 红外线发光二极管还有交流电流驱动和脉动电流驱动两种方式等。在红外测量、检测及较简单的红外光通信等电路中主要采用交流电流驱动方式。调制频率、调制带宽是红外光通信 (包括红外激光通信) 的重要通讯指标。对红外发光二极管图 (a) 恒定直流驱动, 即平均发射方式, 在红外探测/遥控系统中一般不采用, 一般会采用脉动电流驱动, 即脉冲式红外光发射方式。如图 (b) 所示。
使用直流供电电源直接驱动的发光二极管, 所得到恒定的红外光, 即平均发射方式。此红外发光二极管的功率一般较小 (大都小于100m W) , 而这种方式的功耗又比较大, 并且它的抗干扰能力比较差。所以在红外探测/遥控系统中一般不采用。
那么为了提高红外探测/遥控系统的使用距离, 并且又不能让红外发射管过载呢?
在红外探测/遥控系统中, 会采用调制载波脉冲发射或者脉冲发射方式。
调制载波脉冲发射或者脉冲发射方式, 可以提高系统的有效使用距离, 可以减小红外发射管的平均功率, 并且对红外探测或遥控系统的抗干扰能力有了大大的提高。
图 (a) 所示为红外光发射电路, 编码波形产生器发出脉冲信号, 经驱动放大器放大后, 再去驱动红外光二极管, 使其产生并发出发射出一系列的等幅红外光脉冲信号。脉冲编码信号的发射可提高发射效率, 并有效的降低功耗。
图 (b) 所示为红外接收电路, 光电探测器 (红外光二极管或光敏三极管) 用来接收红外脉冲信号, 并将其转换为相应的电信号。当接收光电管在没有红外信号被收到时, 光电管中流过的电流只有很小的“暗电流”, 无电脉冲信号输出;当有红外光脉冲信号被接收到时, 光电管内阻急剧下降, 电流增大, 并在负载电阻上得到相应的电脉冲信号, 再将得到的电信号由高增益电压放大器放大, 经过整流滤波电路, 得到输出为正极性脉冲信号, 通过触发电路 (如双稳态触发器) , 使触发器可靠动作, 并可得到规范的控制信号, 能使执行器件动作。执行器件可以是继电器、音响电路或可控硅件等其他器件。
2 红外线检测关键要素
红外检测的距离影响:当距离较远时应加长焦镜头, 加上7度和1 2度镜头后基本上能够满足要求。根据实际使用, l2度镜头有效距离大约在20-30m, 7度镜头有效距离大约控制在40m内来使用。
红外检测的天气影响:使用热成像技术测试应尽量避免较严重的雨、雪、雾等天气。仪器选用时应有大气条件的修正模式, 要将大气中的, 温度和相对湿度、测量距离等参数, 补偿到仪器中进行修正。
红外检测受被测物体材料反射率的影响:在实际测量中必须设置不同被测物体的反射率。 (可参考下列数值选取:金属导线及金属连接选0.9, 带漆部位金属类选0.94, 瓷套类选0.92) 。将这个参数考虑到检测中, 尽量减少误差。
3 红外探测与控制的实际应用项目
红外探测与控制技术目前在很多方面都有应用, 主要应用于以下几个方面:
1) 绝缘子的检测应用
绝缘子的内部缺陷检测缺乏手段, 曾发生多起接头脆断、过热及绝缘子闪落故障, 结果造成导线掉线。复合绝缘子出现内部缺陷后, 一般都出现了由于局部放电, 造成该部位温度升高, 红外线检测技术能够及时准确的发现该类型缺陷[2]。
《架空送电线路运行规程》规定, 悬式绝缘子[4]绝缘电阻小于5OOMΩ为劣质绝缘子, 当劣质绝缘子为低绝缘电阻值时, 它的发热大干正常绝缘子的发热功率, 其温度升高程度比正常绝缘子高, 这样利用红外检测, 热检测技术就可以有效的分辨出伪劣了。
2) 红外线检测装置在石灰矿仓自动除尘控制中的应用
选矿厂在石灰矿仓的除尘控制和碎矿厂房中的除尘控制方式两种不同。除尘设备的开停可有两种控制方式:一、由操作人员根据主设备的使用情况, 人为控制除尘设备的启停;二、除尘设备随主设备一起启停。在石灰矿仓的除尘控制中, 控制要求是不同的, 只有在运送石灰的车辆进行倾卸石灰的操作间时, 才需要开除尘设备[4]。利用红外探测技术, 检测车辆是否进入倾卸, 来控制除尘设备启停。
4 红外探测与控制实际应用实例
下面我们就介绍一下红外线检测装置在石灰矿仓自动除尘控制中的应用[5]:
选矿厂在石灰矿仓的除尘控制和碎矿厂房中的除尘控制方式两种不同。除尘设备的开停可有两种控制方式:一、由操作人员根据主设备的使用情况, 人为控制除尘设备的启停;二、除尘设备随主设备一起启停。在石灰矿仓的除尘控制中, 控制要求是不同的, 只有在运送石灰的车辆进行倾卸石灰的操作间时, 才需要开除尘设备[4]。利用红外探测技术, 检测车辆是否进入倾卸, 来控制除尘设备启停。
控制系统原理如下:
提高检测装置的抗干扰性能, 是使用红外线作为检测手段的关键问题。因此, 我们在发送端采用脉冲编码, 发送红外信号。当接收端接收到红外信号后, 再对其解码放大[6]。解码放大后的信号送入逻辑识别与控制电路判定, 若信号符合规定的设定则输出控制信号至输出驱动电路, 控制除尘设备的启停。原理框图见图3。
摘要：红外探测与控制技术已应用到生产的各个行业和人们日常生活的许多方面。该文详细论述了红外探测与控制的基本原理以及影响红外线检测的主要因素, 并列举了它们在项目中的实际应用以及常用的一些红外探测仪器和设备。最后介绍了一个红外探测与控制的应用实例。
关键词：红外光波谱,红外探测与控制,检测项目,红外探测仪器
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关键词：远红外技术；食品工程；应用；进展
TS205
随着工业和科学技术的高度发展， 能源的需求矛盾日益加深。在目前世界能源短缺的情况下， 发展高效的干燥技术， 对国民经济的发展具有十分重要的意义。远红外辐射加热技术是近20年发展起来的一门高效、节能同时又符合环保要求的新型无污染加热技术。
一、远红外技术在食品工程中的应用
1.远红外技术在肉制品中的应用。远红外技术具有表面加热的性能， 可以用于烘烤肉制品。如鱼、猪肉的油炸、烤制等，经过远红外加热使得食物内外表面的水分均匀一致， 口感好。用远红外对制作肉饼进行了研究。通过用中波红外线和远波红外线的比较实验， 得出用远红外能更快地升高肉饼的中心温度， 而且在加热加工中不依赖肉饼中的脂肪含量。同时， 减少了肉饼的表面由于温度过高而引起的碳化， 减少了加热时间，与其它方式相比节能约55%。
2.在农产品中的应用。中国是一个农业大国，在土地面积逐渐减少的情况下，粮食产量仍逐年递增。但粮食收获季节性强，若遇阴雨天气，将造成丰产不丰收的结果。谷物干燥时，如果干燥速度过快，内部水分来不及向外部扩散，容易产生爆腰，降低粮食品质。针对种子干燥的特殊要求，在深入研究种子的干燥条件的基础上，开发低温远红外干燥技术是保证种子品质、提高干燥效率的有效方法。在谷物热加工方面，莫斯科国立食品工业大学与一些企业联合开发了高温红外热加工工艺，强化加热过程，缩短加热时间。另外，对于农作物的杀虫、灭卵和灭菌，最常用的方法是通入有毒气体，如氧化乙烯、氧化丙烯以及氧化乙烯和溴甲烷的混合气体。但使用这些有毒气体会带来一系列潜在的安全问题，而采用远红外干燥技术不仅节约了费用和劳力，而且减少了药物的污染程度，避免了因剧毒药物而引起人身事故的可能性。
3.在食品机械中的应用。随着科技水平的提高， 各类食品机械、农产品加工机械等表面涂饰物的干燥工艺水平和质量要求也不断提高， 油漆的品种也愈来愈多。涂料大多用有机、高分子化合物配制而成， 在远红外区有着强烈的吸收带， 所以采用远红外辐射技术进行涂料的干燥和硬化， 在降低能耗、提高效率和产品质量方面都大大超过传统的方法。采用远红辐射技术还能改造老设备， 挖掘生产的潜力。如在热元件外涂一层远红外涂料， 即使其它条件不变， 也能收到一定的效果。另外， 食品生产机械一般都是处在高温高压状态下， 其金属加工的热处理工序对整机有非常大的影响。如焊后的应力消除就是不可缺少的工序， 否则在高压情况下， 由于内应力的作用， 可能发生裂伤而造成严重的后果。但是不论焊前预热还是焊后消除应力， 都必须有足够的热量。过去的焊前预热主要采用乙炔火焰、电热、工频感应加热方式， 火焰喷射方式会改变材质的性能， 电热效率不高， 工频感应法设备又比较复杂， 而利用远红外加热技术无上述缺点， 还有用电省、占地面积小等优点。
二、展望
虽然远红外技术在食品工业中有了广泛的应用， 但是远红外技术本身也存在着一些不足，为此提出远红外技术发展方向应从以下几方面来考虑：
1.远红外加热效果的好坏与其发射元件有着重要的关系， 远红外的发射元件由原来的金属管发展到现在的碳化硅加热， 发射效率明显提高， 但其发射频谱仍处于一种广谱状态， 虽然这种广频谱对普通食品较适合， 因为普通的食品在红外线区一般都有大量的吸收带， 但对那些在红外线区内吸收带较窄的特种物质， 其热效率就偏低， 为此在发射元件上， 如何发射或控制其发射频谱需进一步研究。
2.远红外设备中辐射元件的排列与烘道结构好坏， 直接影响到加热效率和高低和被加热产品的质量，一种良好的设计应该是在加热器内红外線强度分布均匀无死角， 加热速度快、无红外线或热泄漏， 设备结构简单、装卸方便、使用寿命长。
3.虽然到目前为止已获悉部分物质的红外吸收光谱带， 但这都是对单一纯净分析的结果。食品有其多样性与复杂性， 各物质的混合或结合是否为带来其吸收频谱的改变未有研究， 食品红外光谱数据库有待建立。
随着工业和科学技术的高度发展， 能源的需求矛盾日益加深， 具有节能特性的远红外技术受到了高度的重视， 在当前我国电力十分紧张的情况下， 远红外加热水平的提高， 在节能和提高加热干燥物质量的方面具有十分重要的意义， 这一技术在食品加工业中的应用也将越来越广泛。
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作 者：曹艳 吴晓曦 CAO Yan WU Xiaoxi 作者单位：曹艳,CAO Yan(长沙航空职业技术学院,湖南,长沙,410124;湖南大学机械与汽车工程学院,湖南,长沙,410082)
吴晓曦,WU Xiaoxi(长沙航空职业技术学院,湖南,长沙,410124)
刊 名：长沙航空职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF CHANGSHA AERONAUTICAL VOCATIONAL AND TECHNICAL COLLEGE年，卷(期)：8(3)分类号：V267+.4关键词：红外无损检测 飞机探伤 应用
被动红外技术在监狱安全工作中的运用主要是在特定的区域安装被动红外入侵探测器以防止人进入或越过被禁止的区域。被动红外入侵探测器全称是被动红外移动探测器。它由热传感器、信号处理器和电源组成。
研究表明，一切温度高于绝对零度的物体都向外界辐射能量，人体的温度为36摄氏度，大部分辐射功率集中在8-12um的波段范围。当人体在探测范围内移动时，引起接收到的红外辐射电平变化，即可产生报警。被动红外探头是靠探测人体发射的红外线而进行工作的，设备本身并不发射红外光。所以辐射敏感组件对波长10um左右的红外辐射必须敏感。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在他的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的控制。红外感应源通常采用热释电组件，这种电组件在接收了红外辐射时就会向外释放电荷，经检测处理后发出报警信号。一旦人入侵探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，经信号处理而报警。
红外线报警器有两种：一种是单波束报警器，它采用反射反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射聚集在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5°以下，但作用距离较远，最长可达百米，因此又称为直线远距离控制型被动红外探测器，适合保卫狭长的走廊和通道，以及封锁门窗和围墙；另一种报警器是多束型，波束宽70-1200，它采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采用红外塑料透镜——多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜
是用特殊塑料一次成型，若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同的方向上呈多个单波束状态，组成立体扇形感热区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较多，下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐射干扰。多波束型警戒视场角比单波束型大得多，水平场角可以大于90°，垂直视场角最大也可以达到90°，但作用距离近，多为6-10米。这种报警器的透镜都在内部设置热释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。
被动红外探测器有很多优点，因此监狱运用这项技术能极大地减轻干警的工作压力，做到全方位，全天候的监控，弥补了纯粹利用人监控的很多局限性。
1.本身不发射任何类型的辐射，器件功耗很小。被动红外探测器本身不发射任何辐射，因此它所要求的电源很少，监狱安装的探测器不会对监狱用电要求造成任何负担，也正是因为这样，使得这项技术的使用不会受太大的地域限制，缺点、限电的地区也可以很好的应用。甚至在短时间的停电时，监狱也可以依靠自身的发电机供应电源，不会因为突然的断电给监狱造成太大的安全隐患。
2.隐蔽性强。被动红外探测器本身器件较小，其安装不会受空间的限制。同时，由于它这一特点，使它隐蔽性极强。由于探测器自身的限制，它不能安装太高或太远，因此犯人完全有可能接触到。但该探测器隐蔽性强，可以避免遭受不法分子的故意遮挡或破坏，保证其
正常工作。
3.价格低廉。今年来，国家实行“监企”分离政策，监狱本身没有其他额外的收入，仅靠政府拨款维持日常的开支，这就要求监狱将有限的资金发挥其最大的效能来提升监狱的安全技术等级。被动红外探测器是一种很普遍安防技术，其性价比极高。因此便于监狱大规模地采购，以此来提高监狱的安防技术水平。
被动红外探测技术以其效能高、价格低的特点赢得了很多监狱的亲睐，使其普遍应用于各个监狱的安防系统中。但是也由于其本身的特点，它的使用有极大的局限性。
1.容易受到各种热源、光源的干扰。被动红外探测器有时会受到一些自然环境的干扰，例如白光的干扰。虽然该探测器对白光有很强的抑制功能，但毕竟不是100%的抑制。
2.穿透力差，易被遮挡。红外线由于其波长决定了它的穿透力相对较弱，遇到大型的障碍，如屏风等物品，会使其效能大打折扣。
3.易受射频辐射干扰。当同一个地方有两个或以上的探测器时，它们之间有可能会因为同时的触发而引发相互干扰。另外冷热通风口和冷热源均有可能引起探测器的误报。
4.环境温度和人体温度接近时，探测灵敏度会下降甚至失灵。
鉴于被动红外探测器会出现以上的情况，使得我们在安装、使用该探测器时不能随心所欲。既要防止漏报，又要减少误报，因此必须选择正确的探测器和安装方法、安装地点。
1.挂式探测器不能安装太低。为了防止小动物对按测器的干扰，以及环境对探测器灵敏度的影响，壁挂式探测器安装高度一般为2.0-2.2米高度。
2.不宜面对玻璃窗。白光及玻璃窗户外的太阳光对红外探测器极有可能会产生干扰。另外，窗外的人流、流动车辆等也会对其构成干扰。
3.不宜正对冷热通风口。被动红外探测器感应作用是与温度的变化具有密切的关系，冷热通风口和冷热源都有可能引起误报，有些低性能的探测器，有时通过门窗的空气对流也会造成误报。
4.不宜正对摆动的大型物体。大型物体的大幅度摆动课瞬间引起探测区域的突然气流变化，同样可能引起误报。
5.避开大型物件的阻挡。因为红外线穿透力较弱，遇到大型的障碍物后不能很好地对人体进行探测。
6.避免同一空间装两个或以上的探测器。相同的两个或多个探测器之间由于同时触发会产生相互干扰。
7.安装位置与室内行走线呈一定夹角。探测器对于径向移动的反应最不敏感而对切线方向的移动最为敏感。
8.因地制宜，选择合适的探测器。根据地形，看是选择单波束还是多波束的探头，根据使用地点，选择室外型还是室内型。受地形限制太大的可以选用壁挂式的探测器。
监狱的安全防范技术是一项系统的、复杂的大工程，我们必须做
过度接触紫外线，会烧伤皮肤，或引起老年性白内障，甚至引起皮肤癌等。但适量的紫外线对人体却有许多好处：
杀菌消毒人体的表皮中分布着一种基底细胞，这种细胞含有“黑色素原” 是一种酪氨酸物质 ，在紫外线的作用下，“黑色素原”变为黑色，沉着于被晒的皮肤表面，使皮肤呈均匀的黑褐色。这就是日光晒黑皮肤的重要原因。这种沉着的色素可吸收较多的光能，迅速转变为热能，并刺激汗腺分泌而散热。晒太阳能杀死皮肤上的细菌，预防疖疮、毛囊炎等皮肤病。室内常进阳光，勤晒被褥，可减少疾病的传播。
促进钙磷代谢人体皮肤中含有固醇类物质，这种物质经阳光中的紫外线照射可变为维生素D。维生素D进人血液后改善钙、磷的代谢，有抗佝偻病、骨软化和老年骨质疏松的作用。
增强机体的免疫能力阳光中紫外线的照射，能刺激机体的造血机能，使红血球的数量增多，血色素增加，改善红细胞质量，改善肌肉的活动状态，还能降低血压、血糖、胆固醇、增加机体免疫能力，促进机体细胞吸氧能力和新陈代谢，减轻气喘病和关节疼痛，舒筋活血，增强体质。
那么，应在什么时间接受紫外线？盛夏时11－17时不宜接受阳光晒，因为这段时间红外线太强，一般能达到每分钟每立方米1.5卡以上，所产生的温度是37℃－45℃。春秋季节7－10点，或15－16点，这段时间，阳光中紫外线强，红外线弱。
虽然紫外线过量对人体造成伤害，但人体的健康成长又离不开紫外线。皮肤中7-脱氢胆固醇经光照射转变成维生素D3，维生素D3对维持人体细胞内外钙离子浓度，调节钙磷代谢具有重要的生理功能。在日照不足的国家，婴幼儿的佝偻病和成人的骨质软化和骨质疏松症的发病多，婴儿的茁壮成长离不开适量的日光浴，人体需要适量的紫外线，因此，适量的光照还是必要的。
在红光以外的、肉眼看不见的、具有热效应的光线称为红外线。
是波长比可见光还要长,肉眼看不见的光段,红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于18发现，又称为红外热辐射,太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.75～
1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm 之间。
真正的红外线夜视仪是光电倍增管成像，与望远镜原理全完不同，白天不能使用，价格昂贵且需电源才能工作。
紫外线的波长短于红外线，红外线在可见光波段红光外侧，紫外线在可见光波段紫光外测。红外线主要是热作用，可以用于加热，对红外线强度的探测也可以用于识别物体。紫外线可以利用其波长短、频率高、能量大的特点进行杀菌、化学催化等工作
红外线在家庭生活中已逐渐占据地位，所谓家电中红外线技术的应用，是指它通过特殊的`设计将煤气燃烧所产生的热量转化为无焰燃烧红外线热所辐射传递，由于燃烧方式与传统机理上的革命，使红外线具有普通燃气灶所无可比拟的显著优势：高效节能，环保健康，洁净卫生，安全可靠。就像微波炉，微波炉又称微波烤箱，顾名思义，是一种利用微波辐射来加热食品的烤箱，在炉子的上方侧面装有磁电管，通电后产生微波，微波穿通食物，使食物内分子产生高温振荡、摩擦生热。微波炉比一般烤箱烹制更快捷，并带有温度调控系统和定
时器。还有一种长波红外线，穿透皮肤的深度一般在0.05―1毫米，最多穿透3―5毫米，而短波红外线穿透力强，一般在1厘米。短波红外线如不加防护对人体的眼睛有伤害，可使晶体混浊，蛋白质变化。由于远红外线具有较好的热效应，会引起一系列的生理效应。如：
1、改善人体微循环；2、提高免疫力，提高机体血液中吞噬细胞的吞噬功能，从而提高人体的免疫力和抗病能力；3、具有消炎、消肿的作用；4、有活血镇痛的作用；5、激活生物大分了的活性，活化组织细胞。就像现在市场上的中脉远弘保健内衣就是利用这个原理。 紫外线，实在光谱的紫端以外，它主要有化学作用和荧光作用，以及生理作用，在化学上它能起一些很专业的用，例如使颜料、涂料固化，还有光刻这都是利用紫外线来进行；在厨房、医院里，我们常常能够见到一种用来杀菌的灯，那就是利用紫外线的生理作用，紫外线的杀菌效果是非常强的，下图是紫外线对常见细菌病毒的杀菌效率（辐射强度：30000?W/cm2）；
在商场中常见的验钞灯，则是利用紫外线能使荧光物质发光，在钱票或商标的某些位置用荧光物质印上标记，在紫外线下识别这些标记，这是一种很有效的防伪标志。在夏季的时候我们都会涂上防晒霜，可是防晒霜为什么有的需要在出门前十几分钟涂呢？为什么大家感觉防晒霜很油呢？那么我们说防晒有两种，一种是化学防晒，涂上防晒霜后，和皮肤和空气发生化学反应，形成一层膜，去将紫外线吸收，这种会对皮肤有所损伤，所以我们要选择物理防晒，可以即搽即出门，是通过反射紫外线达到防晒效果，而为什么要防晒呢？因为在夏季阳光中紫外线中的uvb增强，很容易造成肌肤老化，晒伤，从而无法还原
随着科学技术的发展，红外线和紫外线家会有越来越多的新功能被发现，将会有更多红外线和紫外线设备制造出来为人们造福。
红外线会使人体受到照射的部位温度升高，血管扩张，血液流动加快，皮肤和组织的营养状况得到改善。同时，还能调整睡眠节律，提升食欲，促进细胞增生，令人心情舒畅。
紫外线能有效地杀灭细菌、病毒，增强免疫能力，可促进机体对钙、磷等微量元素的吸收利用，有利于骨骼的生长发育，防止佝偻病出现。不过，过强的紫外线，将削弱机体的抗病能力，导致皮肤癌的发生。
仪器分析
一定强度和波长的紫外线，照射物质（部分物质需要加入荧光染料）时，会物质元素发出荧光(光致发光)，根据荧光的颜色，即可判断出该元素的含量。如铅，汞等重金属，农药残留物等都可用此种方法检测。日光灯就是利用这种原理。
?黑光灯（紫外线灯）诱虫
大部分昆虫的复眼对365nm紫外线特别敏感，在晚上，点燃一只紫外线灯，对昆虫来说犹如光明世界一样。
?人体保健照射
280～320nm的紫外线称为保健紫外线。
照射皮肤后，使皮肤内的7－脱氢麦角胆固醇，转化为维生素D3和D2，防止佝偻病和职业病（矿工等）。
市面已有保健型紫外线灯供应。
?油烟氧化－光解氧化技术
用紫外光来改变其油脂的分子链，同时这种紫外光与空气中的氧反应后产生臭氧，将油脂分子冷燃生成二氧化碳和水，油烟中的有机物被光解氧化，异味也随之消除。
?光触酶（二氧化钛）
在建筑材料或家用电器材料表面加入（或涂覆）少量的纳米级二氧化钛粉末，在使用过程中，可以吸附挥发性有机物VOC （如甲醛、苯，甲苯、乙醇、氯仿等 ），用紫外线照射后可分解这些有机物。
何谓远红外线？
太阳光线大致可分为可见光及不可见光。可见光经三棱镜後会折射出紫、蓝、青、绿、黄、橙、红颜色来。红光外侧的光线是不可见光，波长由0.76-1000微米，称为红外光。当中4- 400微米的波长称为远红外光（线），其中90%的波长介乎8-14微米，科学家称之为生命光线，因为这段波长的光线，与人体发射出来的热能波长相近，同时具备了渗透性、分子共振性，能促进动物及植物的生长。
远红外线有何作用？
远红外线作用于人体能够迅速地被人体皮肤组织吸收，从而引起组成人体细胞的原子和分子的共振，形成热效应，促使皮肤和皮下组织的温度上升，并使重金属粒子、食品中的有毒物质、引起疲劳和老化的乳酸、游离脂肪酸、皮下脂肪、导致高血压的钠离子、以及导致疼痛的尿酸等等妨碍新陈代谢的障碍全部清除干净，重新使组织复活。另外，皮肤腺活化后，积存在毛细血管孔中的外来残余物，就能够不必经过肾脏，而直接从皮肤和汗水一起排出体外，可避免增加肾脏负担。所以远红外线对于血液循环和微循环障碍引起的多种疾病均具有改善和防治作用。
红外线夜视仪是光电倍增管成像，与望远镜原理全完不同，白天不能使用，价格昂贵且需电源才能工作。
紫外线对人体的伤害
在炎热的夏季，太阳光所含有的紫外线对人体的照射是难以避免的。过量的日光紫外线照射可对人体的皮肤、眼睛、免疫系统等造成伤害。紫外线能破坏人体皮肤细胞，导致皱纹、色斑，使皮肤未老先衰，严重时产生日光性皮炎及晒伤，或皮肤和黏膜的日光性角化症，引起癌变。眼睛是紫外线的敏感器官，紫外线能对晶状体造成损伤，是老年性白内障致病因素之一。
在骄阳似火的夏季，上午10时至下午3时，阳光中的紫外线强度最强，室外活动应避开这段时间，以免紫外线对人体的伤害，即使需要在这段时间户外活动，也不要忘记撑遮阳伞，戴遮阳帽或遮阳镜，使用有正规厂家生产的护肤素和防晒霜，并尽量着白色或浅色衣服，以减轻紫外线照射，对人体造成不必要的损伤。
虽然紫外线过量对人体造成伤害，但人体的健康成长又离不开紫外线。皮肤中7-脱氢胆固醇经光照射转变成维生素D3，维生素D3对维持人体细胞内外钙离子浓度，调节钙磷代谢具有重要的生理功能。在日照不足的国家，婴幼儿的佝偻病和成人的骨质软化和骨质疏松症的发病多，婴儿的茁壮成长离不开适量的日光浴，人体需要适量的紫外线，因此，适量的光照还是必要的。
红外线的应用事例
夜视仪――――探测人体热量，红外线成像
测距仪――――以红外线作为载波的一种测量距离的精密仪器
理疗机――――使用远红外线的热效应治疗
热寻的导弹――跟踪飞机尾部热量的导弹，著名的美国响尾蛇
红外线是波长比可见光长的电磁波，波长在770纳米至1毫米之间，在光谱上位于红色光外侧。具有很强热效应，并易于被物体吸收，通常被作为热源。透过云雾能力比可见光强。在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途。 高温杀菌，红外线夜视仪，监控设备，手机的红外口，宾馆的房门卡，汽车、电视机的遥控器、洗手池的红外感应
在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（－273℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。
近红外线或称短波红外线，波长0.76～1.5微米，穿入人体组织较深,约5～10毫米；远红外线或称长波红外线，波长1.5～400微米，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于2毫米。
【红外线的物理特性】
1.有热效应 2.穿透云雾的能力强
过度接触紫外线，会烧伤皮肤，或引起老年性白内障，甚至引起皮肤癌等。但适量的紫外线对人体却有许多好处：
杀菌消毒人体的表皮中分布着一种基底细胞，这种细胞含有“黑色素原” 是一种酪氨酸物质 ，在紫外线的作用下，“黑色素原”变为黑色，沉着于被晒的皮肤表面，使皮肤呈均匀的黑褐色。这就是日光晒黑皮肤的重要原因。这种沉着的色素可吸收较多的光能，迅速转变为热能，并刺激汗腺分泌而散热。晒太阳能杀死皮肤上的细菌，预防疖疮、毛囊炎等皮肤病。室内常进阳光，勤晒被褥，可减少疾病的传播。
促进钙磷代谢人体皮肤中含有固醇类物质，这种物质经阳光中的紫外线照射可变为维生素D。维生素D进人血液后改善钙、磷的代谢，有抗佝偻病、骨软化和老年骨质疏松的作用。
增强机体的免疫能力阳光中紫外线的照射，能刺激机体的造血机能，使红血球的数量增多，血色素增加，改善红细胞质量，改善肌肉的活动状态，还能降低血压、血糖、胆固醇、增加机体免疫能力，促进机体细胞吸氧能力和新陈代谢，减轻气喘病和关节疼痛，舒筋活血，增强体质。
那么，应在什么时间接受紫外线？盛夏时11－17时不宜接受阳光晒，因为这段时间红外线太强，一般能达到每分钟每立方米1.5卡以上，所产生的温度是37℃－45℃。春秋季节7－10点，或15－16点，这段时间，阳光中紫外线强，红外线弱。
紫外线对人体的伤害
在炎热的夏季，太阳光所含有的紫外线对人体的照射是难以避免的。过量的日光紫外线照射可对人体的皮肤、眼睛、免疫系统等造成伤害。紫外线能破坏人体皮肤细胞，导致皱纹、色斑，使皮肤未老先衰，严重时产生日光性皮炎及晒伤，或皮肤和黏膜的日光性角化症，引起癌变。眼睛是紫外线的敏感器官，紫外线能对晶状体造成损伤，是老年性白内障致病因素
之一。
在骄阳似火的夏季，上午10时至下午3时，阳光中的紫外线强度最强，室外活动应避开这段时间，以免紫外线对人体的伤害，即使需要在这段时间户外活动，也不要忘记撑遮阳伞，戴遮阳帽或遮阳镜，使用有正规厂家生产的护肤素和防晒霜，并尽量着白色或浅色衣服，以减轻紫外线照射，对人体造成不必要的损伤。
虽然紫外线过量对人体造成伤害，但人体的健康成长又离不开紫外线。皮肤中7-脱氢胆固醇经光照射转变成维生素D3，维生素D3对维持人体细胞内外钙离子浓度，调节钙磷代谢具有重要的生理功能。在日照不足的国家，婴幼儿的佝偻病和成人的骨质软化和骨质疏松症的发病多，婴儿的茁壮成长离不开适量的日光浴，人体需要适量的紫外线，因此，适量的光照还是必要的。
红外线(Infrared rays)是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射(Infrared radiation)。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为0.75～1.50μm之间；中红外线，波长为1.50～6.0μm之间；远红外线，波长为6.0～l000μm 之间。近年来，由于检测设备的完善及研究的深入，人们对红外线的物理性能及其生物学效应有了比较全面的认识，获得了许多进展。红外线特别是远红外线已被广泛运用在医疗保健产业中，与日常生活有关的各种红外线产品也大量出现。本文在此主要对红外线的生物学效应机理及其临床应用研究的现况进行介绍。
一、红外线生物学效应的机理
红外线是一种电磁波，当它通过放射方式辐射到物体时，被物体吸收的辐射能传递给物体内的原子、分子等粒子，使这些粒子发生不规则运动，引起物体的升温作用，称为远红外线的一次效应，也称为增温效应。产生一次效应的同时，物体也随之发生其他的化学、物理等改变，这称之为物体吸收远红外线辐射后产生的二次效应，也称为继发效应。
关键词：近红外,食品,应用,展望
彭珍华*杨凡王仕兴
Yang Fan Wang Shixing
1 近红外光谱技术概述
近红外光谱分析技术是20世纪90年代发展起来的一项以无损检测为优势的分析技术。它作为一种现代光谱技术,是电子、光谱分析、计算机和化学计量学等技术的集合体,在近红外光波长范围内,特定的原子群(如水分、脂肪、蛋白质等)均有其相应的特征吸收,而且符合比尔定律,因此,可以通过测定样品对某一特殊波长光的吸收值,来计算对应原子群(成分)的聚集度(含量)。近红外光谱特征性强,提供结构信息丰富,普适性强,对一些特异试样还可以不破坏原样品,并可对微量样品进行测试,因此它不仅是化合物结构研究强有力的工具,也是分析鉴定的有效方法。近些年,随着仪器制造技术、新的光谱理论和光谱分析方法的发展,特别是化学计量学的深入研究和广泛使用,促进近红外光谱分析技术的飞速发展。
analysis of testing technology,since it has accurate and simple,quick,and does not destroy samples,it has been widely applied in many fi elds,such as identify the food ingredients food type,tracing the different product source,detection residues and many other applications.This paper investigated and prospected the application and development of near infrared spectroscopy technique in all aspects of food fi eld.
近红外技术应用于食品安全领域的时间虽然不算太长,但它在鉴定食品中有害物质化合物结构方面所具有的突出优点,使得近红外光谱技术在食品安全检测中的应用越来越广泛。
2 近红外光谱技术在食品成分定性鉴别方面的应用
2.1 食品的真伪、品质鉴别
近红外光谱分析技术以其自身的优点成为食品质量分析方面一种首选技术,将红外光谱技术应用于食品掺假鉴别是现阶段的研究热点。食品掺假严重影响食品安全和品质,利用近红外光谱分析技术对食品进行内在品质检测及掺假判别,具有重要的理论价值和广阔的市场应用前景。李红莲等[1]人利用近红外光谱技术结合小波变换和模式识别技术可快速、准确地鉴别花生油的真伪及掺假成分,该方法对花生油的真伪鉴别准确率达到100%,而且能测定伪品花生油掺假量并在掺假量大于20%时鉴定掺假植物油种类。
郭海霞等[2]人利用近红外光谱技术建立基于独立主成分分析和BP神经网络相结合的葡萄酒真伪鉴别模型,对样品的预测识别率达到100%,为葡萄酒真伪的快速无损判别提供一种新的方法。
樊玉霞等[3]人利用可见/近红外光谱技术,结合联合区间偏最小二乘法(si PLS)-支持向量机(SVM)定量分析方法,对猪肉的主要品质指标(肌内脂肪、蛋白质、水分含量)的快速检测进行研究。
近年来,国内外学者先后利用近红外光谱方法定量分析干茶叶中茶多酚和氨基酸等成分含量,吴瑞梅等[4]人利用近红外光谱技术,结合联合区间偏最小二乘法(si PLS)-遗传算法(GA)检测绿茶茶汤滋味品质,为茶叶品质快速检测提供理论依据。
2.2 食品产地溯源
建立健全的食品追溯体系是保证食品质量安全、增强消费者食品安全信心的基本步骤之一,食品产地溯源是其非常重要的组成部分,它不仅有利于实施产地保护,确保公平竞争,而且在食品安全事件发生时能及时找到源头,并采取相应的措施。近红外光谱技术作为一种快速无损绿色分析检测技术,已被成熟应用于酒、肉、油脂及中药材品种等诸多方面的原产地域性鉴定判别。
建立有效的葡萄酒原产地鉴别方法是规范葡萄酒地理标志认证的关键技术。刘巍等[5]人探讨近红外光谱技术在中国原产地葡萄酒产地鉴别中的应用,并建立昌黎、烟台和沙城的干红葡萄酒样品Fisher判别模型,通过原始样本和留一交叉验证对预测模型进行验证,准确率分别为90.0%和86.7%,可以满足定性判别的要求。
孙淑敏等[6]人对来自3个牧区及2个农区共99份羊肉样品进行近红外光谱扫描,利用主成分分析结合线性判别分析(PCA-LDA),以及偏最小二乘判别分析法(PLS-DA)对光谱数据进行分析,建立羊肉产地来源的定性判别模型。5个地区羊肉的近红外光谱有显著差异,PCA-LDA法对5个地域来源样本的判别正确率为91.2%。此结果表明,近红外光谱结合化学计量学方法可以作为羊肉产地溯源的一种有效手段。
陈永明等[7]人应用近红外光谱技术快速无损鉴别橄榄油产地。采用近红外光谱仪获取3种不同产地的橄榄油各30个样本的光谱,利用全局搜索算法-遗传算法提取特征波长,运用主成分分析法建立校正模型。结果表明,主成分累计达99.13%对不同产地的橄榄油有很好的聚类作用,对30个未知橄榄油产地进行预测,准确率达100%。该方法能快速无损地检测橄榄油产地,同时也为其它油类产地鉴别提供参考。
韩明霞等[8]人应用近红外光谱法和二维相关光谱技术对3种产地的葛根样进行分析鉴定。结果表明:不同产地葛根红外光谱(一级鉴定)和二阶导数谱(二级鉴定)具有一定的相似度,在二维相关谱图上,3种产地的葛根形成的峰簇位置和数量不同,可以进行产地鉴别。对于不同产地葛根的分析,近红外光谱法的三级鉴定是一种有效和快速的鉴定方法。
2.3 食品的品种、品牌鉴别
有时同一食品品种的不同食品品牌间口感、品质等方面差别较大,因此,为提高食品品质,通过近红外手段来进行品种鉴别愈显重要。钟艳萍等[9]人提出蜂蜜品种及真伪定性鉴别的新方法。在12000~4000 cm-1范围采集荆条蜜、槐花蜜、油菜蜜和掺假蜜的近红外光谱,结合一阶导、多元散射校正及变量标准化3种方法对光谱进行预处理,以主成分分析结合马氏距离判别法,在不同谱区建立蜂蜜品种及真伪定性鉴别模型。研究发现6100~5700 cm-1谱区为最佳建模波段,品种判别正确率达90%以上,真伪鉴别正确率为93.10%。
可乐是一种碳酸饮料,主要成分包括糖、碳酸水、焦糖、磷酸、咖啡因及多种添加物。不同厂家生产的可乐配方存在差异。裘正军等[10]人采用便携式光谱仪对3种不同品牌的可乐进行光谱分析,用平均平滑法和标准归一化方法对样本数据进行预处理,再用主成分分析法对光谱数据进行聚类分析,并获得不同品牌可乐中各主要成分的数据。结果表明,预测准确率为100%,成功实现可乐品牌快速、准确的鉴别。
随着转基因技术在农业生产中的广泛应用,转基因食品的安全性逐渐引起人们的关注,转基因食品检测及鉴别技术也逐渐成为研究热点。谢丽娟等[11]人利用不同检测器在可见/近红外光谱范围内,结合光谱预处理和化学计量学方法,对转基因番茄叶和非转基因番茄叶进行分类。利用可见/近红外光谱技术快速无损鉴别航天育种番茄品种,采用偏最小二乘法对光谱特征信息进行提取,与神经网络结合建立番茄品种的鉴别模型,鉴别正确率分别达到95.6%和97.8%,为航天育种番茄品种的快速无损鉴别提供新的方法。
2.4 食品年份鉴定
食品贮藏期鉴定对于食品安全及食品消费公平性具有重要的意义。粮食在贮藏过程中,蛋白质、多糖结构在不同时期会发生变化,近红外光谱方法在粮食陈化鉴定方面具有方便、快速的优点。刘飞等[12]人利用傅里叶变换红外光谱法研究不同储藏时间的小麦与红豆,结果显示,同一种不同年份产的样品光谱相似,但吸收强度比都存在着差异,随着贮藏时间增加,2种粮食的近红外光谱表现出一些变化规律。
随着蜂花粉贮存时间的延长,营养成分会随着时间的推移而逐渐减少,相应的保健效果也会有所降低。金航峰等[13]人采用可见/近红外光谱技术对常温下蜂花粉贮存时间进行检测。结果表明,运用全光谱数据作为输入变量建立最小支持向量机(KS-SVM)的可见-近红外光谱技术可以快速、无损地检测常温下蜂花粉的贮存时间,研究结果为蜂花粉新鲜度的检测提供工具。
宁井铭等[14]人对不同陈化年份普洱生茶和熟茶的近红外光谱特征进行分析,发现普洱茶的陈化程度和红外特征谱的1120~1570cm-1和400~853cm-1 2个波数间吸收峰的强度和峰形密切相关,研究结果为普洱茶年份的快速鉴别提供一种简便、快捷的方法。
近年来随着人民生活水平的不断提高,白酒消费在食品消费中所占的比重也越来越大,白酒尤其是高端白酒的质量及年份鉴别显得尤为重要。由于不同年份白酒其储存时间不一样,其所含微量物质成分会发生变化,对于催成老熟的年份酒,其物质也会发生变化,这种变化会在近红外光谱谱图上表现出较大差异。姜安等[15]人建立傅里叶变换红外光谱结合支持向量机分类方法,这是白酒分析鉴定的有效方法,能快速有效地对白酒香型、等级和年份进行鉴别,该算法可以实现白酒分析鉴定方法的智能化和信息化,已成功应用于白酒红外光谱自动分析。
3 近红外光谱技术在食品成分定量检测方面的应用
3.1 食品中营养成分检测
食品的成分复杂,传统分析方法样品制备及前处理过程比较繁琐,通常无法实现在线无损检测,近红外光谱法不仅可以对食品的真伪进行鉴别,还可以对不同种类、不同类型的食品或食品成分进行定量分析。
扬帆等[16]人应用便携式近红外光谱分析仪对苹果进行无损检测,运用等距映射(Kermel Isomap)结合广义回归神经网络(GRNN)的方法分别建立苹果酸度和抗坏血酸定量分析模型,结果表明便携式近红外光谱分析仪可以用于水果的酸度和抗坏血酸含量的准确测定。
余丽娟等[17]人以酸水解法提取食品中脂肪酸,用傅里叶变换-近红外光谱技术对反式脂肪酸特征峰定量测定,回收率达到89.26%~106.51%,相对标准偏差2.29%,该方法能有效地用于食品中反式脂肪酸含量的测定。
腐乳中各组分常规分析,测定方法繁琐费时,有时由于背景的干扰,难以及时准确地得出分析数据,李慧等[18]人应用傅里叶变换近红外光谱技术,建立腐乳中总酸、蛋白质和水分的分析模型,可以代替常规分析方法。近红外光谱技术不仅用于豆制品工业中原材料相关成分的检测,也为生产管理与豆制品品质评价体系的建立提供重要技术支持。
3.2 食品中添加剂及有毒有害成分检测
近年来,食品及食品添加剂安全卫生项目检测日渐受到进口国的重视,食品添加剂限量规定已逐步演化为非关税技术堡垒,近红外光谱法是研究食品添加剂的有效分析方法。王文波等[19]人采用近红外光谱法对样品中酰胺进行定量分析,利用1642.39cm-1处酰胺中C=O双键伸缩振动的特征吸收峰,选择硫氰酸钾作为内标物,以朗伯-比尔定律为理论依据,建立近红外光谱法测定柠檬酸壬基酚聚氧乙烯醚单酯二乙醇酰胺含量的方法。倪昕路等[20]人运用傅里叶变换近红外光谱对山梨酸钾和苯甲酸钠2种防腐剂进行定性分析,结合高效色谱对其定量。
食品中蛋白质含量的检测方法普遍采用的是凯氏定氮法,但其消解过程复杂,另外还可能无法排除一些非法添加物的干扰,不法分子通过添加伪蛋白氮干扰蛋白质含量的测定。袁石林等[21]人以液态奶为原料,通过添加不同含量的三聚氰胺而制备的样本,探讨利用可见/近红外光谱技术对牛奶中三聚氰胺含量的检测分析方法。采用PLS和LS-SVM方法建立相应的模型,并对40个独立的样本进行预测与比较。PLS模型的预测相关系数(R2)为0.9174,预测标准误差(RMSEP)为0.0304。LS-SVM模型的预测相关系数(R2)为0.9109,预测标准误差(RMSEP)为0.0467。结果表明应用可见/近红外光谱技术对牛奶中三聚氰胺含量的检测是可行的。刘小莉等[22]人利用傅里叶近红外光谱能较准确、快速地鉴定鱼粉中是否掺杂三聚氰胺并定量预测其含量。
李亮等[23]人利用傅里叶变换近红外光谱仪对分别掺有植物奶油、植物蛋自、淀粉的牛奶样品进行扫描,光谱数据利用PLS法进行处理,预测掺假奶各掺假物质的含量,检测结果准确可靠,为其他掺假牛奶的识别分析提供一种新途径,也为原料奶质量评价与控制提供一种快速、准确的方法。
农药残留污染是影响食品安全的主要因素之一,特别是蔬菜中由于使用高毒农药或禁用农药而引起中毒事件时有发生。随着近红外光谱检测技术应用领域逐渐扩大,已逐步扩展到在农药残留尤其是有机磷残留检测方面。如:有机磷农药毒死蜱是目前全世界生产和销售最大的杀虫剂品种之一,用于粮食、果树、蔬菜和其他经济作物及地下害虫的防治。刘翠玲等[24]人基于近红外光谱方法对菠菜中农药残留量定量分析进行研究,结果表明,近红外光谱法对分析模拟溶液中毒死蜱及菠菜萃取溶液中毒死蜱样本均取得良好的预测效果。
周向阳等[25]人采用傅里叶变换近红外光光谱法对十字花科、旋药科、菊科、伞形花科、苋科等20余种叶菜类中有机磷农药残留的鉴别进行系统研究,以农药甲胺磷为主要研究对象,结合其他3种高、中、低毒有机磷进行分析测试,讨论各种蔬菜样品谱图的差异,利用含磷基团在倍频区的特征吸收,采用差谱技术、导数预处理等进行指认,为有机磷农药残留的快速分析提供可能。陈菁菁等[26]人采用滤纸农药干燥样品进行近红外光谱透射测定,能够较好地检测农药的浓度,实现对微量有机磷农药毒死蜱的快速检测。
沈飞等[27]人则是以近红外光谱分析技术直接用于痕量农药辛硫磷的定量检测。将待测样品与硅胶混合,硅胶作为吸附剂富集待测农药化合物,然后直接采集其漫反射光谱。用偏最小二乘(PLS)回归方法建立模型,结果表明利用硅胶作为待测样品吸附剂的预处理方法,可以有效降低近红外光谱分析技术的检测限,在食品样品农药残留含量检测中有实际应用价值。
3.3 食品中微生物检测
近红外光谱不仅反映微生物细胞壁、细胞膜、细胞质甚至细胞核中的蛋白质、多糖、脂质、核酸及其大分子、水分等混合成分的分子震动信息,而且能敏锐地探测分子基团及其周围环境的变化[28]。通过测定微生物近红外光谱图即可获得微生物及其生物大分子结构的信息,用于鉴别微生物的种类、微生物的状态。找出不同微生物图谱间的细微差别,确定不同微生物的特征谱峰和图谱带,为细菌、酵母菌和其他微生物的判别、分类、鉴定和大范围筛选提供依据[29]。
慈云祥等[30]人对酵母菌、大肠杆菌、谷氨酸菌和金黄色葡萄球菌的红外光谱进行研究,结果表明这几种菌的红外光谱呈现出显著的差异性。
蜡样芽孢杆菌是引起食物中毒的常见病原菌,食品中过量的蜡样芽孢杆菌产生致吐肠毒素和致腹泻肠毒素,引起人胃肠功能紊乱。万佳蓉等[31]人采用傅里叶变换红外光谱非破坏性地分析蜡样芽孢杆菌,结果表明,根据二阶导数光谱特征吸收峰可区分蜡样芽孢杆菌细胞的荚膜、芽孢、贮能物质等特殊结果物质。
王磊等[32]人采用改良的热水酚法提取革兰氏阴性食源性致病菌中的脂多糖,并通过对提取的脂多糖红外光谱图谱全波段与特征区段的分析,结合分级聚类分析(HCA),建立一种基于红外光谱技术的革兰氏阴性食源性致病菌的鉴别方法,并区分不同种属的微生物、致病与非致病性食源性致病菌。而且还能将同种、不同分离株的食源性致病菌归类聚合,可用于食源性致病菌的快速筛选研究。
另外,近红外光谱技术结合化学计量学、差谱技术、谱图压缩数据库、网络传输等红外光谱软件技术可以实现食品生产、加工中微生物的实时在线监测,缩短检测时间,提高生产效率。
3.4 食品无损检测及生产过程质量控制
食品品质无损检测是指在不破坏食品外形的前提下,进行外形、着色度、糖度、酸度、水分、坚实度、可溶性固形物含量和农药残留度等参数的测量。近年来,近红外光谱分析技术用于食品中的淀粉、可溶性固形物含量、油分、糖度、水分、干物质、酸度、硬度、果蔬内部缺陷(如霉心病、褐变果、内部褐变)、成熟度和采收期等指标的无损检测,大大提高食品检测效率,降低检测成本。闫李慧等[33]人、韩东海等[34]人及吴迪等[35]人分别对面粉的水分、腐乳白坯硬度及奶粉的脂肪含量进行无损检测。
食品和农产品加工过程中的成分分析、品质检测以及在线品质监测与控制,是质量管理和市场选择的需要。试验条件如大气环境、人为操作对试验结果都会引起偏差,这需要检测出温度、湿度、聚合条件、反应条件等条件对试验结果的影响,从而建立补偿方程或采取其他措施消除或尽量减弱其影响。国内外很多专家学者在温度对农作物种植方面影响方面做相关研究,如王韬等[36]以42个不同品种的大豆为实验材料,用2台光谱仪分别独立测定样品在5种温度下的近红外光谱图,利用PLS回归法建立适应温度变化的近红外光谱定量分析模型,并取得较好的预测效果。王加华等[37]人研究温度变化(2~42℃)对苹果近红外漫反射光谱图的影响,采用剔除温度变量法和内校正法补偿温度对模型的影响,提高预测精度。研究表明,温度对苹果近红外光谱图影响呈非线性变化,剔除温度变量法和内校正法可用于补偿温度对模型的影响,提高模型预测精度。
周莹等[38]人分析湿度对水果近红外光谱图的影响,对20个水果样本的近红外光谱图进行比较,在不同湿度下测定背景,结果表明湿度对水果近红外光谱图影响不显著。
4 展望
【关键词】红外热像；运动效果；运动损伤
1红外技术应用于运动效果的评估
1.1红外技术用于整体代谢状态的评估在评估运动效果时，红外技术避免了血肌酸激酶等测试的创伤性，同时突破了肌电测试的肌群局限性。由于运动效果作用于人体各功能系统，孤立的单个部位检测不能为系统性检测提供准确数据。红外技术通过实时、动态地测定人体各组织血流的分布、流速及体温变化，以反映运动时的代谢状态。
远红外技术测定温度变化后，以冷色和暖色表示低温和高温。在运动的不同阶段，人体三大供能系统交替运作。三大供能系统功率不同，红外图像因各系统散热量的差异而出现颜色变化。比较训练前后定点红外图像，从而得知人体各供能系统的作用时间，以评估和监测运动训练效果[1]。
红外技术还可客观地估测血肌氧的变化。由于氧合血红蛋白和还原血红蛋白对不同波长的近红外光具有不同的吸收光谱，利用该特点可监测运动强度对于氧供给和氧消耗情况的影响。当运动负荷增大时，总血红蛋白的浓度上升，肌氧饱和度降低；当运动停止后，总血红红蛋白浓度和肌氧饱和度都出现快速上升[2]。通过该数据的测定，可定量评估肌肉组织的有氧代谢能力。由于个体的差异性，相同运动负荷可出现不同的肌氧下降水平。丁海曙利用近红外光谱比较田径运动员和青年健康男子的肌氧水平时发现，运动员肌氧下降水平明显地低于非运动员。李岳等人通过近红外光谱测定静脉血氧饱和度时发现，运动能力强者比运动能力弱者血氧饱和度高。
1.2红外技术用于局部肌肉运动效果评估随着运动负荷的增加，局部运动肌的血流量增多、温度升高，则红外热图上表现为升温。而没有得到运动的肌肉在红外热图上变化不明显。如张栋等人对俯卧撑红外热图观察时，发现胸大肌、斜方肌有明显升温，三角肌部分升温，而肱二头肌无明显升温；证实俯卧撑能够集中锻炼胸大肌与斜方肌。但是，随着运动时间的延长，局部肌肉收缩强度逐渐增大，运动肌肉的血流受到限制，红外热像图上则表示为温度的下降。当血流持续减少时，氧供无法满足局部组织的需求，随之进行无氧代谢；通过测定运动肌有氧能力可预测运动效果。
此外，红外技术还可指导运动员选择最适合的发力部位。如金超等人通过计算双手持重物向前上方时上躯体温度差与运动量之间的关系，得出运动初期肱二头肌及三角肌体表温度升高的结论。利用特定肌群与温度的关系，可得出获得最大运动效能的锻炼方式，以指导运动员进行发力位置和平衡度的调整。
2红外技术应用于运动损伤
2.1红外技术用于运动损伤的诊断红外图像动态地反映了身体各部位的新陈代谢情况，任何细微的的变化都会与以呈现。炎症和充血初期的病理变化都可在红外图像上得以体现，而这些是传统影像技术无法企及的。观察红外热图上局部温度的升高或降低，可准确判断出病理部位的损伤时间和程度。例如，急性炎癥的病灶处为高温，而慢性炎症灶处则温度较低。这是由于炎症损伤初期局部代谢旺盛，血流增多，则图像表现为高温。而后期肌化黏连、局部血管损伤或收缩，血流灌注减少，导致血循环下降。而慢性炎症灶发生急性发作时则为高低温交错。
2.2红外技术用于运动损伤的治疗机体吸收红外线所产生的热效应，不仅会使局部组织温度升高，细胞通透性发生改变。还可松弛肌肉，扩张血管，增加血流量使血液循环加快，新陈代谢旺盛，加强组织营养，增强机体再生能力。红外的电磁波特性使其能够穿过机体表层，进入由细胞、组织和器官所组成的生物场；使得免疫器官和细胞的活性提高，增强免疫应答反射作用。因此，红外可被应用于促进机体伤口愈合。
局部热反应还可刺激末梢感觉神经，使其调节自律神经系统，对神经系统的疼痛起治疗作用。临床已证实红外线可缓解骨关节周围组织损伤，跟骨骨刺综合征所引起的静态及动态局部疼痛。
研究表明，红外可使病变局部的吞噬细胞、淋巴细胞、免疫球蛋白等增加，起到排出渗出物、消肿的作用，并抑制交感活性，从而起到消炎、镇痛等作用。朱良艳等人对神经炎类和骨关节类疾病患者进行红外照射治疗，结果显示红外线对神经炎及炎性疼痛具有明显的缓解作用，且红外照射使皮肤炎症区的愈合加快。
3 讨论
作为一项新的技术，医用红外技术有许多优点，为疾病的诊断和治疗带来新的思路。首先，红外技术可实时、动态和无创地评估整体和局部运动效能，将生理代谢过程以直观的图像表现出来以指导运动训练。其次，相较于传统的影像技术，红外技术在运动损伤的诊断过程中可以更早获得病灶的变化情况。而在运动损伤的治疗方面，红外技术显示出其他影像技术所没有的治疗性。
但与此同时，红外技术还有许多不足之处。其一，红外技术的非接触性，使得外界环境的干扰因素很容易影响数据的精确度。当环境的温度、湿度、操作背景灯发生变化时，诊断则会出现假阴性或假阳性。当环境温度超过或等于皮肤温度时，人体就无法进行正常的辐射、传导和对流散热活动，这必然影响检测结果。
参考文献
［1］刘志远,房磊.红外热像技术在体育训练领域的应用.吉林农业科技学院学报,2010,19(4):89-91
［2］徐国栋,刘明,陈刚.肌氧含量的近红外无损检测及其与气体交换率的对比研究.航天医学与医学工程,2005,18(1):28-31
作者简介：叶晨，女，针推七年制专业
