说明：本文参与原创大赛仅为加强传播交流，让更多人发现近红外的魅力，不参与任何奖项评选！
启程，近红外！---遇见你，近红外，我无怨无悔
云南红河卷烟厂 王家俊
一、第一次遇见快检技术
记得，那是1994年初，我在学校任教已近十年，源于对现代仪器分析技术的兴趣，我来到红河卷烟厂生产部质检科工作，建厂不到十年的红河卷烟厂，发展十分迅速，企业领导特别重视国外先进技术的引进与开发应用，是年，厂里引进了一套荷兰生产的可用于测定烟草总糖、总氮、烟碱、氯、硝酸盐和铵盐的六通道全自动连续流动化学分析系统。当时，让我负责开发应用，分析系统投入使用后，我感到非常吃惊，测定烟草的主要化学成分比传统的湿性化学方法快十倍之多，分析效率获得了大幅提升，对烟草及其制品质检质控的需求发挥了重要的基础作用。该系统的成功应用，让我第一次感受到现代仪器分析技术的魅力，从进样到出具分析检测报告，全部由计算机控制，在很大程度上，把分析检测人员从繁琐的手工劳动中解放出来。由于该项分析技术具有快速、高效等优势，2002年国家烟草专卖局发布了流动法测定烟草及其制品化学成分的行业系列标准，对国内烟草行业普及应用连续流动分析技术发挥了积极的作用。回想起这一段经历，实话说，对我六年后开发应用近红外技术起到了良好的帮助和启发作用。
图1安装调试Skalar连续流动化学分析仪 云南红河卷烟厂 1994年
二、启程，近红外！
因工作之需，我离开了质检科被调到厂办从事行政工作，一晃六年过去了，实因我对行政事务、管理不感兴趣，加之挥之不去的兴趣爱好，一心想做点技术工作，于2001年下半年我又主动回到了厂技术中心，要求做一些现代分析技术的应用研究工作。幸运的是，我的要求得到了满足，技术中心领导告诉我，在1998年，云南烟草系统引进了一批近红外分析仪，至今没有用起来，我们中心的这台近红外也折腾了些时间，还再躺着，想想办法，听仪器厂商说，近红外不需要使用化学试剂，比较环保，把样品磨细，扫一扫，就可一次性快速检测多个成分，比连续流动化学分析仪还要快，厂里考虑要用烤烟的主要化学指标-烟碱来考核烤烟的收购质量，要求在收购现场快速把烤烟的主要化学指标测定出来，再结合外观质量综合评估烤烟品质。这种评价办法在国内烟草行业尚未实现，难点就是烟草的化学成分不能大批量快速检出，在速度上满足不了现场的实际需求。当时，了解到仪器是PE的傅里叶变换近红外（IdentiCheck FT-NIR，1997年生产），记得在八十年代的大学里，PE光谱仪是大学教授的奢侈品，做学生的只能看，不能摸，既然现在有那么好的仪器，就试试把！记得当时就是凭着兴趣爱好承担了这项开发工作。
在接受这项工作后，出于个人习惯，想预先调研一下近红外分析的技术、理论背景和发展动态，但遗憾的是，在农村县城，学术刊物、网络咨询比较贫乏，可阅读的仅是仪器带有的技术资料、用户指南和以前上大学时用过的一些化学教本，有关近红外分析技术方面的中文文献也很少，当时，梁逸曾、俞汝勤教授编写的化学计量学，如分析化学手册（第十分册）化学计量学，对指导我进行数据处理和近红外建模发挥了重要的作用，值得提及的是，徐光宪先生在50年代编著的《物质结构》（上、下），有关分子光谱理论及其应用的论述对我进行近红外光谱技术的应用研究也起到了重要的理论引导作用。无疑，研读大师经典十分必要！
图2 徐光宪先生编著的《物质结构》
在近红外的应用开发实践中，因近红外建模需要大量的代表性烤烟样品及其相应准确的参考性质数据。为此，厂原料部和质检科分别负责取样和测定参考数据，相关同事工作极为认真，付出了艰辛的劳动。在建模过程中，随着样品数量的不断增加，当时使用普通PC机和Quant+软件建模，由于计算机性能较弱，内存不足五百兆，经常出现浮点溢出死机，建模运算效率很低，加之IdentiCheckFT-NIR未配置采样均化技术，获取样品的光谱重性不理想，虽然取了近千个烟样，但实际进入校正集的样品大概仅有50%左右，近红外预测到底准不准，幸运的是，建立的总糖、烟碱、总氮和氯的近红外校正模型基本通过有效性验证。于2002年建立了现场近红外光谱实验室，近红外终于在收购现场付诸应用，通过对近红外预测结果与行业标准方法检测结果再次进行对比评估，近红外模型预测结果满足考核要求，近红外预测结果可直接进入烤烟收购考核系统，辅助评估烤烟收购质量，为原料外观质量评判与内在化学信息应用相结合的统一，提供了大量的数据支持。至此，近红外应用算是初见成效，冒了个泡！西南地区的不少烟草公司、工业企业闻风而至观摩了红河卷烟厂现场近红外光谱技术的应用情况，感到近红外检测速度的确快捷，有较好的应用前景。这里我们要感谢当时尼高利（Nicolet）近红外仪器的代理公司，他们的商业嗅觉让人佩服，参观了现场实验室后，也发现了一些应用中可以提升、改进的地方，同时愿为我方提供一台部新型号的FT-NIR Antaris Analyzer作为示范，并给予技术支持，承诺应用效果如果不理想，拉走！如果达到厂方预期，希望厂方留下，考虑到在国内烟草行业尚未有人用过，但有一点可以肯定，该机型在国际上获得过R&D金奖，仪器性能应有保障。在往后的一段时间里，我们一边使用IdentiCheckFT-NIR，一边开发Antaris Analyzer。最后使用下来，该机型的稳定性、采样技术及相应的软件系统的确让人满意，人机界面友好，操作简便，我方以最优厚的价格留下了该台仪器。
图3 红河卷烟厂近红外光谱实验室 2002年
最初的这一段近红外（基于PE近红外仪器）应用开发历程，至今记忆犹新。当时文献咨询匮乏，对近红外技术的理论背景以及化学计量学方法应用缺发深入了解，从仪器工作参数优化、校正样品选择，到对样品光谱数据的数学预处理的优化组合，花费了大量的时间，晚上加班成了一常事，有同事建议我，那么艰难，干脆收工算了，技术开发允许失败，其他几家烟草公司也没有弄出来。在建模过程中，对多维矢量数据的计算机处理简直让我着迷，兴趣一直在驱动着我，加之技术中心领导持续的支持和鼓励。随后，对数据处理的方法策略做了一些调整，建立的校正模型的预测效果越来越好，最终，校正模型通过了有效性验证。近红外在收购现场获得应用之后，经部门领导同意，在《光谱实验室》（第20卷 第2期）发表了“FT-NIR光谱分析技术测定烟草中总氮、总糖和烟碱”的文章，因文章使用了大量的实际数据，且具有良好的实用性，不少读者，特别是一些非烟草行业的读者纷纷来电，对校正样本选择、数据预处理、建模方法等进行了交流讨论，通过交流我发现了文章的不足之处，更重要的是，使我进一步认识到近红外应用于质检质控大有潜力可挖。
三、良师益友
正直对近红外应用研究碰到了各种理论问题，蹒跚而行之时，幸运的是我遇见了良师益友，找到了“家”。进行型NIR 实验室进入烤烟收购系统，辅助评估烤烟收购质量。在2003年，我到长沙出差，联系上了多年不见的杨家红教授，杨教授师承梁逸曾教授，熟悉化学计量学方法的计算机实现、计算机模式识别技术、网络技术等。随后，我厂技术中心邀请了梁逸曾、杨家红二位教授做了一场化学计量学方法应用、现代数据分析的报告，受益匪浅，特别是梁教授关于指纹图谱技术、模式识别方法、异常值诊断、多元数据分辨等，热情洋溢的讲演，至今，记忆深刻，对后来我们应用光谱指纹图谱技术和色谱指纹图谱技术进行原辅材料（如烤烟、香精香料和卷烟纸等）质量定性定量分析起到了良好的指导作用，也使我们进一步认识到化学计量学方法作为一种基于计算机技术的数据处理、提取有效信息的工具，对进一步发挥现代分析仪器的潜在价值有如虎添翼之作用。
图4 梁教授在红河卷烟厂讲课（左）；杨家红教授、梁逸曾教授和作者（右），2003年
在梁老师的引导下，我有幸参加了2004年在同济大学召开的亚洲化学计量学与生物信息学国际学术会议，并发表了“偏最小二乘法结合傅里叶变换近红外光谱同时测定卷烟焦油、烟碱和一氧化碳的释放量”的会议论文，此文虽然很一般，但对我步入学术圈子起到了重要的诱导作用，可能是由于个人兴趣所致，每做完一件事，都会写篇文章发表，总结一下自己的得失。因本人来自烟草行业，一个不太讨人喜欢的行业，所以，很少与人主动交流，在会场上，坐在我旁边的一位老师已注意到我的胸牌，问道：“看过你的文章，近红外在你们烟草企业用起来效果怎样？”，“快速实用，就是做预测模型太麻烦”。随后我们互相介绍交流了一下，就这样我认识袁洪福教授，这次会议让我眼界大开，结识了不少专家学者，正是他们，真可谓良师益友，对我后来进行近红外结合过程化学计量学方法在卷烟配方工艺过程质量监测评估中的应用研究，以及色谱、中红外光谱指纹图谱技术在香精香料质量分析、质量控制中的应用研究，给予了极大的帮助，在此，深表敬意！参加学术研讨会，也使我更进一步体会到学术交流与实际应用结合的重要性，作为企业技术人员了解基础理论研究的前沿动态，对指导企业应用研究少走弯路十分必要，这也是后来我比较热心于学术交流、学术研讨的重要缘由。
图5 红近红外会议论文稿样 2004
2006年10月28日，那是一个值得纪念的日子，全国第一届近红外光谱学术会议在北京西郊宾馆会议中心隆重举行，参会人员300余，在袁洪福老师的推荐下，我做了题为“近红外光谱技术在烟草领域中的应用与展望”大会报告，引起大家关注的是近四年我所做的工作，主要涉及到原辅材料、成品质检质控，以及物料的过程质量监测、稳定性评估等，会后，有不少专家给我提出非常有益的建议，如复杂环境下如何采集近红外光谱，如何控制光谱采集的质量，如何建立稳健的过程校正模型等等，这些建议让我受益至今。这次大会使我深受感动的是已八十余岁高龄的陆婉珍院士所做的报告“石科院从事近红外光谱分析研究的经历”，陆院士为推动我国近红外光谱技术的发展和应用、学术研究交流关怀备至，给予我们巨大的鞭策和鼓励。这是一次人数多，学术气氛活跃，讨论问题热烈的盛会，让我振奋，让我感到近红外光谱分析技术前景光明。2009年6月6日近红外光谱专业委员会成立，2014年9月23日近红外光谱分会成立，这说明了中国近红外光谱技术蓬勃发展，不断跃上新台阶，更具情感意义的是，我们找到了归属，找到了组织，有了“家”。
图6 陆婉珍院士（前）、袁洪福教授（后）2014年
三、在应用实践中前行
近红外应用初见成效，让我们尝到了快检技术的甜头，在2003年之后的十多年中，我们进一步拓展了应用研究的范围，从近红外到中红外，都进行了大胆的探索和尝试：
1、 近红外结合MSPC（多元统计过程控制）技术应用于复烤加工、卷烟生产过程质量表征及过程质量监测，弥补了以往使用单变量未充分利用多变量综合信息的不足；
2、 近红外与定性模式识别技术和定量校正技术相结合应用于卷烟产品和卷烟纸的质量控制；
3、 中红外光谱指纹图谱技术结合定性模式识别技术应用于香精香料质量控制；
4、 应用主成分分析、统计回归分析技术，对大量烤烟近红外光谱数据、主要化学成分数据以及烤烟品质属性进行挖掘，探讨烤烟成熟趋势与烤烟主要化学成分变化的相互关系。
以上几个方面的实际应用，特别是中红外光谱指纹图谱技术应用于香精香料质量控制，衡量香精香料质量的一致性收到了较好的效果，十多年的应用实践证明，近（中）红外光谱分析技术作为一种比较实用的快检技术，使以往长周期小批量样本的实验室湿性化学分析走向“绿色”的大批量的快速现场分析，是原料种植、加工，卷烟辅助材料（纸材、香精香料等）、卷烟产品质检质控和品质研究的重要技术手段之一。
图7 中红外光谱技术在香精香料质量控制中的应用 2013年
近红外应用了三五年后，为了使其应用流程标准规范，于2008年，我们编写了企业标准“QB/HY 0001-2008 烟草及烟草制品主要化学成分的测定 近红外漫反射光谱法”。因近红外快速之优势，得到了不少企业的青睐，不少同事给我很多积极的建议，为了便于近红外进一步推广、规范应用，让新用户少走弯路，能否把企业标准进一步升级，为此，我们单位联合了云南几家烟草企业和相关研究单位，通过总结多年的应用实践经验，在企标的基础上，起草两项地方标准，“DB 53T 497-2013 烟草及烟草制品 主要化学成分指标 近红外校正模型建立与验证导则”和“DB 53T 498-2013 烟草及烟草制品 主要化学成分指标的测定 近红外漫反射光谱法”。
说来也巧，我把编写地方标准的情况向学会袁洪福老师做了汇报交流，袁老师说既然你们在做地方标准，学会已正申报编写近红外国家标准，你要多出主意，我们一起把这个国标做好，这是学会的一桩大事。经过学会委员的精诚合作与努力，起草的国家标准“GB/T 29858-2013 分子光谱多元校正定量分析通则”，于2013年由国家质检总局和国家标准化委员发布。这个标准的发布，作为近红外建模与验证的指导原则，对进一步推广和普及近红外光谱分析技术在农业、医药、石化、食品和烟草领域中的应用，使近红外光谱法的应用走向规范，形成标准化的快速分析方法，具有重要的基础作用。
四、结语
近红外分技术应用至今，为企业带来了丰厚的经济效益，同时，也积累了丰富的数据资源，如何从这些数据资源中挖掘对企业有用的信息和有价值的知识，这将是值得研究的课题。随着，物联网、大数据、云计算技术的兴起，为近红外分析技术网络化搭建了优良的舞台，在这个舞台上，近红外，凭你天生的优势，你会表演的更精彩！
仪器信息网“仪友会”招募令
科学仪器品牌联合“仪器心得”征文活动
【生活中的仪器检测】有奖征文
LC-MS实验瓶颈的突破与优化
