近红外(NIR)光谱作为一种过程分析技术(PAT),已成功和广泛地用于科学研究和生产过程控制等领域,充分显示了 NIR分析技术的快速、无损和同时测定物质多种物化性质等优点,因此,研究拓展其应用范围,具有重要的实际意义。另外,NIR光谱分析是基于比尔定律,即光谱分别与光程和被测组分浓度呈线性关系。然而,实际上,采集的NIR光谱信号是被测组分光谱分量与共存组分的叠加。对于存在着物态变化的化学反应(如环氧固化)和含水量高的复杂体系,除共存组分影响外,形态变化也对光谱带来严重影响,使NIR信号中冗余信息和特征信息更加混杂,使用常用的光谱预处理方法,难以从中分离出所需的特征信息。还有,NIR定量分析大多采用偏最小二乘法(PLS)建立多元分析模型,存在着工作量大、耗时长、成本高等问题,阻碍了 NIR技术进行大规模应用。针对上述的需求及问题,本文进行了有关方法及应用研究,主要研究内容与结果如下:1、NIR光谱用于环氧固化反应过程及机理的研究。固化温度和胺类固化剂氨基反应活性会影响环氧固化产物的三维网络结构,进而影响环氧树脂的性能。因此,研究环氧固化过程中伯胺和仲胺的反应活性及动力学,对固化机理深入理解与产品质量控制具有重要意义。本文提出了一种通过连续采集固化过程中物料的NIR光谱(简称过程光谱),结合角向量和多元曲线分辨(MCR)等,测定环氧固化过程中伯胺和仲胺反应活性及动力学的方法。以双酚A型环氧树脂(E51)和间苯二甲胺(MXDA)反应体系为研究对象,分别在不同固化温度(50、60、70、80、90℃)进行树脂制备。在线连续采集反应物料的过程光谱。伯胺和仲胺在6700-6330 cm-1区间有特征吸收,且二者谱带交叠严重。对过程光谱进行求导、取绝对值预处理后,将过程光谱转化为角向量,以消除反应过程中物态变化对光谱的干扰。然后使用多元曲线分辨方法处理过程光谱,得到伯胺和仲胺浓度随反应时间变化曲线。根据该曲线计算伯胺和仲胺转化率曲线及转化速率曲线。研究结果表明,环氧固化反应动力学在反应初期遵循自催化Kamal模型,在玻璃化后遵循结合扩散因子的修正模型;在环氧固化过程中伯胺和仲胺反应活性是不同的,二者之间存在着竞争反应,可用k2(SA)/k2(PA)表示其竞争能力;伯胺和仲胺反应活性随固化温度变化,固化温度超过60℃后,k2(SA/k2(PA)明显增加,对形成的树脂网络结构影响显著。2、NIR光谱测定生产过程中谷胱甘肽(GSH)含量的方法研究。GSH是一种具有生理功能的活性多肽物质,其浓度已作为细胞功能和活力的高度敏感指标,用于癌症等多种疾病的临床诊断。GSH还用于生产药物、食品添加剂、护肤品等产品,其需求量逐年呈快速上升趋势。GSH是通过酶催化反应制备的,通常,依据产物浓度进行生产过程质量控制。传统分析方法费时,不能满足过程质控的即时需求,即时测定GSH含量,已成为实际生产中亟待解决的重要问题。为此,本文提出了一种即时测定生产过程中GSH含量的新方法。采用近红外光谱结合多种光谱处理和PLS多元校正等手段,建立了测定GSH含量的多元校正模型,其SEC、SEP和RPD分别为0.222、0.224和6.29,达到了实际生产质控需求的精度,成功地解决了 GSH生产过程分析的问题。3、消除水分干扰和免建模的NIR分析方法探索。水对NIR有很强的吸收,对于以水为主要共存组分的反应体系,如何消除水对被测组分测定的影响,在NIR光谱分析中具有挑战性。另外,建模涉及大量样本收集和参考数据测定,周期长,成本高,一直困扰着NIR大规模应用。针对上述问题,本文以混合氨基酸和GSH水溶液为研究对象,通过离散小波变换(DWT)对光谱信号进行分解与重构,消除环境和水分引起的基线漂移,并通过主成分分析(PCA)结合投影算法从混合光谱信号中提取出反应产物GSH的特征信息,建立了吸光度与反应产物浓度的工作曲线,实现了反应产物含量测定,尝试解决上述问题。