近紅外研究在日本的前世、今生與未來

　　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(yàn)?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(huì)會(huì)長、亞洲近紅外協(xié)會(huì)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(shí)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KarlNorris的實(shí)驗(yàn)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(gè)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。”巖本教授退休后，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(shí)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(gè)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(diǎn)

　　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(xiàng)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(gè)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(gè)系統(tǒng)。河野教授比喻說，就像我們的計(jì)算機(jī)有一個(gè)CPU，CPU有一個(gè)WINDOWS系統(tǒng)，WINDOWS系統(tǒng)就像一個(gè)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(gè)大舞臺還沒有搭建好，因此雖然可能已有很多實(shí)際應(yīng)用，但有時(shí)候會(huì)顯得薄弱，后續(xù)管理肯定會(huì)有些問題。總而言之，近紅外技術(shù)的基礎(chǔ)研究還不夠扎實(shí)。

　　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(gè)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(xiàng)有優(yōu)勢的無創(chuàng)檢測技術(shù)，尤其是對虛弱的個(gè)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(huì)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(gè)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(diǎn)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(gè)人建立的模型，對其他人同樣指標(biāo)的檢測就不適用。”河野教授解釋說。

　　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(gè)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(huì)受到大眾的歡迎。皮膚老化主要是兩個(gè)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。”

　　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(gè)變量來建立模型。河野教授介紹說，目前其研究團(tuán)隊(duì)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(shí)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(shí)，一種水果需要一個(gè)模型，有時(shí)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(huì))、中國(兩年一次技術(shù)交流會(huì))，而且亞洲近紅外技術(shù)大會(huì)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(gè)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”。