近红外光谱大有可为 新技术未来可期——北京ICNIRS2021会议圆满落幕

一曲悠扬动听的中国民歌《茉莉花》拉开了北京第20届国际近红外光谱大会（ICNIRS2021）的序幕。2021年10月18-21日，来自29个国家的约316位代表以网络会议的形式参加了此次大会。中国仪器仪表学会近红外光谱分会理事长袁洪福教授、国际近红外光谱学会主席Tom Fearn教授和中国仪器仪表学会秘书长张彤先生分别致辞，然后会议以口头报告和线上墙报的形式进行了交流。其中大会邀请报告（plenary lecture）5场，获奖报告2场，口头报告（oral presentation）66场，墙报（poster）111篇。口头报告分为7个会议单元（session），主题分别是光谱理论与化学计量学，仪器，水光谱组学，农业、食品和林业，药物与化学，生物医学、环境和fNIR，PAT与成像等。

本届Karl Norris奖获得者，日本关西学院大学Yukihiro Ozaki教授，带来了题为“NIR spectroscopy - what a wonderful world!”的报告。Ozaki教授指出“近红外光谱是一份意外的惊喜（serendipity）”。回顾历史、展望未来，从Herschel最早意外发现不可见的红外辐射，然后到近红外光谱技术引入分析化学，再到化学计量学在近红外光谱中的应用，历史前进的每一步都充满意外的惊喜。Tomas Hirschfeld奖获得者，来自比利时的Vincent Baeten博士，带来了题为“The treachery of NIRS applications: authentic or not?”的报告，介绍了近红外光谱技术在掺假饲料检测中的应用，强调了近红外光谱技术在工业生产中的重要作用。

在仪器相关领域，大会安排了一场题为“The ever-shrinking spectrometer: new technologies and applications”的报告，报告者介绍了小型光谱仪的发展，着重阐述了手提式仪器的类型和功能，并展望微小型光谱仪今后在医疗健康和生活中发挥重要作用，可广泛应用于头发检测、皮肤检测、运动监控手表、智能牙刷和智能马桶等。另一场报告题为“Current status and future trends in sensor miniaturization”，报告者比较了台式和微型近红外光谱仪的区别。对于微型光谱仪的改进与提升，光纤技术、检测器的发展和化学计量学（2D-COS、ANN等）的应用等进行阐述。未来微小型仪器将走向智能化设计的道路，更广泛应用于复杂样品分析。在本研究方向还有十多场口头报告，分别介绍了小型仪器和手持仪器的软硬件设计以及在混合气体分析、水果品质鉴别、肉质分析、牛奶分析等方面的应用。仪器的小型化、微型化一直是一个重要的发展方向，但目前微型仪器的稳定性、可靠性、大规模应用上都有很多挑战性难题。此外，很多研究工作仅仅是直接使用商用仪器开展工作，自主开发设计仪器的研究工作很少，基于新原理的微小型仪器也还没有出现。

化学计量学一直是历届近红外光谱会议的讨论热点。会议安排了一场题为“Modeling in near-infrared spectroscopy: chemometric studies”的报告。报告介绍了化学计量学在近红光谱分析中的重要地位，并介绍了光谱信号预处理（CWT）、变量选择（MC-UVE、RT等）和建模方法，同时对稳健模型的建立提出了建议。报告着重讲述了利用温控近红外光谱技术结合化学计量学方法，可通过提取随温度变化的水光谱信息，从而理解水结构的复杂性以及将水作为探针可以探测溶液或生物体系中分子的定量信息和结构变化。还有多场化学计量学方面的报告，研究内容涉及了变量选择、模型转移和各种定性定量模型的建模方法，对扩展近红外光谱的应用范围和改善模型具有重要作用，但方法的种类较多，对使用者经验要求较高，某些方法难以被广泛推广使用。发展具有实用性的普适性化学计量学方法以及已有方法的推广应用是今后需要努力的方向之一。

水光谱组学作为近红外光谱的特色应用，连续两届安排了独立的会议单元，本次会议安排了5场口头报告。来自日本神户大学的Tsenkova教授进行了题为“Aquaphotomics as an innovative science and technological platform”的报告。全面地介绍了水光谱组学的前世今生和应用优势，并强调了利用水的光谱信息可进行疾病诊断以及在活体无损光谱检测过程中的重要应用；来自美国的报告者利用近红外水光谱组学对牛鼻分泌物进行检测，介绍了该技术在牛呼吸道合胞病毒（BRSV）感染诊断中的应用；来自日本神户大学的Muncan助理教授介绍了水光谱组学作为近红外光谱生物测量技术的基础，水光谱模式（spectral pattern）是所有生物分子协同作用的表现，因此利用水光谱组学可建立一种新的简单、快速、无损的生物测量方法；来自山东大学和南开大学的两位博士生分别进行了报告。他们介绍的内容包括：基于近红外水光谱组学的知识，研究了乙醇对蛋白质结构变化的影响，发现乙醇分子对蛋白质的变性过程有促进作用。利用温控近红外光谱技术结合高斯拟合方法获取溶液中的水结构信息。提出了九种不同氢键结构的水结构，利用分子动力学模拟对结果进行了验证，并且利用高斯拟合得到了九种水结构的光谱信息，为水结构的研究提供了更多信息。

过程分析技术（PAT）和成像技术是本次会议的重要主题之一，会议邀请报告的主题是“Real-time and on-site quality control by miniature near-infrared spectroscopy: science meets every-day-life”。报告介绍了微型光谱仪在实时在线的质量监控中的重要作用，例如检测香料、橄榄油等食品是否掺假、在勘探现场进行实时土壤分析等。会议中还有多篇与高光谱成像技术相关的报告，分别介绍了高光谱技术在黄油饼干、牛奶、鱼卵、植物油等分析中应用。高光谱所采集的数据是一个三维矩阵，同时包含了二维空间图像数据和光谱数据，因此发展高维数据的处理方法非常关键。高光谱技术是获取综合信息的高效手段，但高光谱的测量及数据处理技术仍需要进一步发展。

作为近红外光谱技术的重要应用领域，农业、食品和林业方面安排了两场大会邀请报告，题目分别是“Advances in hyperspectral imaging technology for food quality and safety detection and control”和“NIR spectroscopy methods for nondestructive quality analysis of oilseeds and edible oils”。前者强调了高光谱成像技术在食品质量和安全检测中的重要作用，介绍了该技术在鱼产品、鸡肉、猪肉、水果、面粉等产品分析中的应用，例如柑橘类水果病害、草莓损伤检测、西红柿成熟度、鱼产品新鲜度等。后者主要介绍了近红外光谱在农业生产的重要作用，强调了近红外光谱技术在油籽和食用油的检测分析上的应用。在本研究方向有20多场口头报告，分别介绍了近红外光谱在土壤、木材、农作物、食品、饮料以及相关产品分析中的应用。在这些研究工作中，“实用性”是最突出的特点，研究工作者从需求入手，深入分析了所研究对象的特性，针对这些特性设计了更适用的仪器或测量方法。

此外，还有一些有趣的研究内容令大家印象深刻。会议安排了一场题为“Near-infrared observation of Mg(OH)2 dehydration and MgO hydration”的口头报告，报告从自热小火锅中的发热包吸水发热的反应机理引入，通过研究Mg(OH)2脱水过程和MgO水合过程中水与MgO的相互作用，揭示了水的OH基团与MgO之间的氢键在反应中具有重要的作用。有关生物医学的口头报告有2场，分别利用近红外光谱技术快速检测红细胞中的疟原虫、胆囊疾病患者的胆汁检测。近红外光谱技术已经开始在医学领域发挥作用，逐步实现准确控制药物中的有效成分含量、精准医疗、个性化给药等。

在21日的会议闭幕式上，宣布了ICNIR2025的举办权花落意大利。本次会议还评选了6位优秀墙报奖，值得我们学习。本次会议首次采用线上墙报的形式，参会人员采用录制视频的形式为大家展示墙报，直观的图像和图表展示主要内容，再配以简洁明了的讲解说明，让大家快速了解研究内容。此外，线上墙报不受展示时间的限制，大家可以在网上多次观看。

本次国际近红外会议利用网络平台进行在线直播，由于考虑到时差问题，每天的报告时间只有3个小时，整个会议日程非常紧凑。虽然参会代表只能通过网络会议的形式与大家见面，但大家可以在问答区和聊天区进行发言和提问。通过你来我往的网上互动，线上会议成为了全世界各地参会者沟通交流的高效平台。高铁上、宾馆里、甚至是饭桌上，都可以聆听专家们的报告，进行学术交流，这是传统线下会议所达不到的效果。

在中国民乐《喜洋洋》的欢快乐声中， ICNIRS2021（北京）会议宣告圆满落幕。第21届ICNIRS会议将在奥地利因斯布鲁克举办，让我们一起期待在美丽的阿尔卑斯山相聚！

（南开大学化学学院 邵学广 段潮舒 孙岩）