近紅外光譜(NIR)分析技術(shù)是分析化學(xué)領(lǐng)域迅猛發(fā)展的高新分析技術(shù),越來越引起國內(nèi)外分析專家的注目,在分析化學(xué)領(lǐng)域被譽(yù)為分析“巨人”,它的出現(xiàn)可以說帶來了又一次分析技術(shù)的革命。日本近紅外技術(shù)發(fā)展早于我國,日本近紅外技術(shù)的發(fā)展歷程以及現(xiàn)狀如何呢?日本近紅外技術(shù)的發(fā)展過程對我國近紅外技術(shù)的發(fā)展有何可借鑒的經(jīng)驗?zāi)?中日兩國在近紅外領(lǐng)域可有哪些合作呢?帶著這些問題,近日,儀器信息網(wǎng)采訪了日本近紅外研究會會長、亞洲近紅外協(xié)會主席河野澄夫教授,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)韓東海教授采訪時在座。
日本近紅外技術(shù)起源于美國
說起日本近紅外技術(shù)的起源,河野教授侃侃而談:“上世紀(jì)80年代初期,日本近紅外技術(shù)的開創(chuàng)者巖本睦夫在美國近紅外鼻祖Karl Norris的實驗室學(xué)習(xí)了一年,回國后開啟了日本近紅外技術(shù)的研究工作。巖本教授是日本食品綜合研究所非破壞檢測研究室(注:我國稱無損研究室)的第一任主任,因此非破壞檢測研究室也是日本近紅外技術(shù)的發(fā)祥地。為了便于日本近紅外技術(shù)的交流與傳播,巖本教授于1985年創(chuàng)建了一個論壇——‘無損檢測技術(shù)論壇’,此論壇每年召開一次,至今已召開了將近30屆了?!睅r本教授退休后,河野教授接替巖本教授成為無損檢測研究室第二任主任,目前河野教授也已從此研究室退休,并有了新的接班人。
近紅外技術(shù)是一種二次檢測技術(shù),這決定了大多數(shù)情況下近紅外技術(shù)不太適合作為國家標(biāo)準(zhǔn)來實施,因此目前近紅外技術(shù)多用于企業(yè)內(nèi)部的質(zhì)量控制。首先采用近紅外技術(shù)對原材料、生產(chǎn)中間品、產(chǎn)品等做檢測,如果檢測結(jié)果符合要求,再按照國家標(biāo)準(zhǔn)取樣進(jìn)行檢測。在日本,近紅外技術(shù)應(yīng)用最廣的領(lǐng)域也是工廠的內(nèi)部質(zhì)量控制。河野教授提到,日本某醬油廠采用近紅外技術(shù)測定醬油的全氮、鹽分、乙醇等指標(biāo)來控制醬油的品質(zhì)。
“與美國近紅外技術(shù)應(yīng)用從農(nóng)業(yè)領(lǐng)域到食品領(lǐng)域的發(fā)展路徑基本相同,日本近紅外技術(shù)的應(yīng)用也是先從農(nóng)業(yè)開始,后來發(fā)展到食品行業(yè),現(xiàn)在逐步擴(kuò)展到化工、纖維等領(lǐng)域,將來制藥可能成為日本近紅外應(yīng)用發(fā)展的一個重要方向。”河野教授說。
基礎(chǔ)研究是日本近紅外技術(shù)研究熱點
據(jù)河野教授介紹,與其他技術(shù)不同,近紅外技術(shù)一開始就是一項應(yīng)用型的技術(shù),而隨著近紅外技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛,很多研究者發(fā)現(xiàn)近紅外技術(shù)的基礎(chǔ)研究還很不足,因此有一些研究者開始對近紅外技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)研究。
“我的前輩巖本教授現(xiàn)在開始研究水。農(nóng)產(chǎn)品中大部分都是水,而且水對近紅外吸收很強(qiáng)烈,因此水在近紅外技術(shù)的基礎(chǔ)研究中很重要。但是現(xiàn)在對水的了解還不是很清楚,因此很多近紅外技術(shù)的基礎(chǔ)研究者開始關(guān)注水在近紅外技術(shù)中的作用”。
還有一個問題是,現(xiàn)在很多近紅外技術(shù)的研究是很好的,但是應(yīng)用起來卻很困難,主要原因在于精度不夠,而精度不夠的原因在于對精度的管理還沒有形成一個系統(tǒng)。河野教授比喻說,就像我們的計算機(jī)有一個CPU,CPU有一個WINDOWS系統(tǒng),WINDOWS系統(tǒng)就像一個大舞臺,舞臺上面搭建了office等很多的應(yīng)用軟件。而近紅外技術(shù)的這個大舞臺還沒有搭建好,因此雖然可能已有很多實際應(yīng)用,但有時候會顯得薄弱,后續(xù)管理肯定會有些問題??偠灾?,近紅外技術(shù)的基礎(chǔ)研究還不夠扎實。
近紅外技術(shù)的挑戰(zhàn)是無創(chuàng)檢測和儀器小型化
說起近紅外技術(shù)目前最大的挑戰(zhàn),兩位教授一致認(rèn)為,醫(yī)學(xué)上利用近紅外技術(shù)進(jìn)行無創(chuàng)檢測是一個重要的課題。
“近紅外技術(shù)因其對人體傷害小而被認(rèn)為是一項有優(yōu)勢的無創(chuàng)檢測技術(shù),尤其是對虛弱的個體如嬰兒等和較敏感的人體部位如腦部等,如能應(yīng)用近紅外技術(shù),則會大大提高醫(yī)學(xué)檢測的安全性”,韓教授說到。但目前,近紅外技術(shù)在人體健康檢測方面的研究還處于一個比較前期的狀態(tài),雖然研究者很多,有些研究者甚至已開展研究十幾年了,但是還不能形成定論。
“主要難點在于檢測成分含量低,樣品差異性大。以血糖檢測為例,首先人體血糖含量很低,而檢測方法都有自己的檢測限,這就對近紅外檢測方法提出很高的要求;其次,人體差異性很大,如皮膚厚度不同等,導(dǎo)致模型比較難建立,而且針對某個人建立的模型,對其他人同樣指標(biāo)的檢測就不適用?!焙右敖淌诮忉屨f。
近紅外技術(shù)的另一大發(fā)展需求是儀器小型化。河野教授舉例說,利用近紅外儀器檢測水果的成熟度在日本應(yīng)用是比較廣泛的,但是現(xiàn)在的便攜式儀器還是稍嫌笨重,使用不方便。如儀器能小到僅有一支鋼筆的體積,則將大大提高此類儀器使用的便捷性,可方便的檢測果樹上水果的成熟度。
還有一個應(yīng)用方向要求近紅外儀器小型化。隨著人們對自身了解需求的增加,一些小巧的科學(xué)儀器不斷面市,進(jìn)入人們的日常生活中。而皮膚老化原因的檢測可能會受到大眾的歡迎。皮膚老化主要是兩個原因,一是皮膚的自然老化,一是紫外線對皮膚的傷害造成的皮膚老化。利用近紅外技術(shù)可以判斷皮膚老化是哪種原因造成的,而此類儀器要真正得到大眾的接受,則需要近紅外儀器足夠小巧。
專注于模型建立
談到自己的研究課題,河野教授說,“除了前面提到的人體血糖檢測,我目前主要研究的課題還包括如何快速去除溫度對近紅外結(jié)果的影響和建立通用型的模型?!?/P>
溫度對近紅外測量結(jié)果有很大影響,而一般的處理方式是將溫度作為一個變量來建立模型。河野教授介紹說,目前其研究團(tuán)隊正尋找一種快速去除溫度對近紅外結(jié)果影響的方法,即通過找到對溫度比較敏感的波段,在模型建立時將此波段去除,從而快速去除溫度對近紅外結(jié)果的影響。
以水果為例,在近紅外技術(shù)應(yīng)用于水果檢測時,一種水果需要一個模型,有時候同種水果的不同品種也需要不同的模型。有些水果的測量方式不同,如橘子一般用透射模式來測量,桃子一般用反射模式來測量,這樣的水果很難建立通用型的模型。但是有些水果測量方式相同,如蘋果、梨等都采用的是反射模式,如果能建立通用型的模型,則近紅外技術(shù)應(yīng)用將更加方便。目前,河野教授也正在致力于這方面的研究。
中國成為近紅外儀器廠商布局亞洲的中心
提到近紅外技術(shù)在亞洲的發(fā)展情況,河野教授說“中國將是世界近紅外生產(chǎn)廠商未來業(yè)務(wù)布局的中心”。在亞洲地區(qū),近紅外技術(shù)發(fā)展較好的國家有日本、中國、韓國、泰國四國,有定期技術(shù)交流的是日本(每年一次技術(shù)交流會)、中國(兩年一次技術(shù)交流會),而且亞洲近紅外技術(shù)大會是在中國、韓國、日本、泰國輪流召開。近紅外處于發(fā)展期,對儀器需求較大的國家有中國、泰國、馬來西亞、菲律賓等。因此“各個近紅外廠家綜合考慮技術(shù)發(fā)展和技術(shù)需求,在亞洲布局中均以中國為中心,然后開始向周邊國家輻射。因此中國在亞洲近紅外技術(shù)發(fā)展中占有重要位置”。