近红外血定仪

近红外光谱之路：从零基础、认识、到热爱　　2008年7月8日，我很荣幸地进入了罗国安教授和王义明教授的研究团队。刚进入实验室，跟随博士后高荣、刘清飞等开展清开灵注射剂的二次开发研究，由师兄齐小城、师姐邓瑞琴等亲自指导，主要负责板蓝根部分的研究。由于自己才疏学浅，一切从零开始，系统的学习各种色谱仪、质谱仪等仪器操作，还跟随师兄师姐学习各种分析技术，其中就包括近红外光谱(NIR)技术--这是我第一次接触NIR。对我来说，打开了一扇全新的窗户，看到了一片全新的世界。刚刚开始，所以一无所知：啥玩意是近红外啊?近红外到底是干什么的呀?!特别感谢我的导师清华大学罗国安教授、王义明教授，他们拥有一个非常优秀的研究团队(图1)，给我们提供了一个理想的研究平台，指引了一个崭新的研究方向。图1 罗国安教授研究团队　　刚刚接触NIR，罗老师安排最紧要的，就是跟杨辉华教授系统学习NIR、自动化、化学计量学等相关知识。杨老师对NIR光谱的认识与理解及其见解，使我受益颇深，也使我逐渐认识到NIR的优势与特点。经过大约2个多月的强化补课，我算是摸到了NIR的门框。紧接着开展了一些有意义的实验室研究，比如国内外仪器的性能测试对比，实验室虚拟在线研究等。这些探索，开启了我对NIR的认识之门，使我慢慢地走向NIR研究之路。　　接下来的两项工作，使我真正意识到NIR这项技术的便利性。项目初期，尽管团队进行了极为详尽的设计与周密安排，但在实施过程中仍然出现了各种各样的情况，经过向多位专家请教，联合自动化、光谱仪公司等单位共同攻关，最终实现了整套在线系统的顺利运行。　　开展的项目之一，是吉林敖东延边药业股份有限公司与清华大学联合开展的，关于安神补脑液、血府逐瘀口服液两个品种的提取过程在线质量控制。其提取具有多个特点，如提取同时在两个车间进行，工艺分为水提与水蒸气蒸馏提取，两个品种均为大复方混提且两个车间投料处方有区别，工艺较复杂，色素沉积严重，等等。研究团队针对不同品种的特点，进行细致分析，筛查原因，确定解决思路，落实解决方案，协同敖东、申宜、英贤(聚光)等多家单位，最终完善了预处理设备、工艺现场改造、流通池清洁等多个环节的细节处理，并制定了相应的SOP，实现了提取过程的在线检测应用，并提供了生产状态、含量预判等多种功能。团队投入了大量的人力、时间扑倒这个项目上，记得有师兄说，“我一年300多天，至少有100天在敦化度过的，要是项目第一年就结婚，估计孩子现在都准备上幼儿园了”。冬季是我们常去敖东的时节，每天早上5点前起床，赶在5:30之前到达现场，开展一天的现场工作，往往一忙就到了下午5、6点以后了。车间内、露天温度一般在-20~40 oC游荡，剧烈的温度变化的确是真的酸爽，颇值得回味。夏季也是常去的，我们一般当成避暑，正好远离北京的热燥。图们江畔、六顶山腰的尼众道场-正觉寺，是个很好的休闲去处。同门们在北京习惯了晚睡，反而有些不适应略有时差的敦化生活。该项目于2011年7月顺利通过专家组验收，感谢陆婉珍院士、褚小立博士等各位近红外专家给与的大力支持!　　另外一个完整参与的项目，是神威药业有限公司的“中药注射剂全面质量控制及在清开灵、舒血宁和参麦注射液中的应用”项目。整个项目涉及到3个品种，6味药材，多个工艺环节。开展了中药注射剂先进制剂工艺单元信息化集成研究，构建了中药注射剂全过程近红外在线监控系统，解决了仪器分析和指纹图谱质量控制滞后于生产的难题。本项目以产品中间体NIR、指纹图谱数据库为基础，以光谱-色谱软件关联性技术为依托，实施中药注射剂生产工艺实时监测与网络控制技术，实现了网络集成化的中药注射剂工艺过程控制与现场管理。本项目于2010年12月顺利通过国家发改委组织的专家验收，被国家发改委认定为“中药制剂先进工艺集成及生产过程自动控制高技术产业化示范工程”，并获得了2014年度国家科学技术进步奖二等奖。鉴于此，学会邀请罗教授在2014年全国第五届近红外光谱学术会议做大会报告。图2为罗教授、王教授参加2014年全国第五届近红外光谱学术会议　　两个项目的成功实施，再加上之前团队的一个案例：“腰痛宁胶囊全过程多途径质量控制新技术及应用-近红外在线检测控制混合过程的均匀度研究”，显示出NIR技术作为一项快速检测技术的极大优势。慢慢地，我热爱上了这门技术，也逐渐主动深入地分析NIR技术的优势与劣势，思考如何使之更有效地服务于我们这个行业。或许可能，通过NIR技术的应用，我们可以使“传统的质量控制模式”转变为“在线质量分析与智能控制模式”，实现“传统中药工程基于工艺操作参数控制”转变为“现代中药生产基于产品质量控制”。　　博士毕业后，加入到中山大学南沙研究院南药集成制造与过程控制技术研究中心，与团队同仁搭建了一条具有中试规模的中药生产线，并搭配了在线近红外检测系统，主要针对中药提取物、柱层析、浓缩等多个环节开展过程分析，取得了较为理想的应用效果。　　2015年11月，调入广东药科大学中医药研究院(广东省代谢病中西医结合研究中心)，专门从事与光学/光谱学相关的研究，特别是继续开展基于近红外光谱技术的中药生产过程智能控制系统研究。同时接触了很多基于近红外光谱技术的生物医药设备，激发了我更浓厚的研究兴趣，团队也已开展了基于光谱技术的医学临床检验等方面的研究。欢迎各位专家莅临指导!　　自接触NIR以来，对这门技术，从零基础，到逐渐认识，再到现在的热爱。作为年轻后生，自己深感知识的匮乏，也迫切希望通过各种机会培训自己，不断向业内的各位专家学习，广泛的阅览与近红外光谱相关的各种书籍。特别推荐的是陆老师的《现代近红外光谱分析技术》，这是我近红外启蒙书!(当然，还有很多重要书刊，就不一一列举了。)求学期间直到现在，一直得到清华大学、南开大学、近红外光谱分会等单位和各位专家的指导，谢谢!也得到诸多分析仪器公司特别是近红外光谱仪公司的大力支持，使我在近红外这条路上走的越来越踏实。在做项目的过程中，认识了许许多多热衷于近红外的狂热分子们，与你们同行，真的是一件大大的幸事!希望与各位同道在学会领导的指领下，大踏步地走在近红外的阳光大道上。　　特别感谢褚老师建立的微信群，在微信群认识了N多高手，学到了很多知识。另外还有鲁杰群主的QQ群(328264040)，算是官方群吧，人员激增，大佬云集 还有“果品-西农”建立的QQ群(246287439)，后果品兄将群主资格转让给了本人，希望本群继续壮大。　　在日常的生活中，也一直在思考关于近红外的点点滴滴，总在思考，我们能够做些什么?!现在也正在承担着几个近红外光谱在线检测的应用研究，包括了制药行业的多个关键工艺节点。在近几年的摸索中，总是不自觉的把近红外技术纳入到各项研究过程中，总要试一下才安心。成则欣喜，不成则思。在研究过程中，也发现了许多好玩有趣的现象，在此就不一一介绍了。　　在这儿有个小小的建议，能不能把内部通讯《近红外光谱通讯》，逐渐做成学术期刊，做成国内“科普+学术”型的《近红外光谱杂志》?　　可能，自己把近红外当成了一项大杀器。有些时候，可能由于练功太猛，走火入魔了，面对别人其他技术上的咨询，我总是不经意间回应：“要不，试试近红外?”　　(2016年5月3日于广州)　　肖雪

p style=" text-align: left " 　　近红外(NIR)光谱是一种分子光谱，不仅体现了分子的结构和官能团等分子本身的特征，还体现了包括氢键在内的分子间或分子内相互作用。水分子在100 nm到100 μm的光谱区间都有吸收，在大部分光谱区域有很强的吸收，导致很多光谱技术难以用于水溶液体系或含水量较多的分析体系。但是在近红外光谱区间，水的吸收相对较弱。因此，近红外光谱技术可以测量水溶液体系或含水量较多的样品。同时由于水在化学结构上的特点，其近红外光谱极易受到扰动因素的影响，比如温度、压力或者溶质。当水分子周围环境改变时，近红外光谱也会随之发生变化，从变化的光谱中我们可以获取结构及相互作用的信息。所以近红外光谱为水及含水体系的研究提供了一种新的分析手段，通过水的光谱信息随扰动条件的变动可以建立新的分析方法。 br/ /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 300px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/29dd919c-5601-470f-91ed-83048cbc6358.jpg" title=" 579ba6a9-02f4-4ced-878f-9f5948cd9b8f.jpg" alt=" 579ba6a9-02f4-4ced-878f-9f5948cd9b8f.jpg" width=" 450" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong 南开大学化学学院 邵学广教授 /strong /p p 　　早在1925年，Collins sup [1] /sup 和Waggener sup [2] /sup 等分别研究了液态水的吸收光谱与温度的相关性，发现温度的改变会对水的吸收光谱产生明显的影响。随着温度的升高，水的吸收峰向高波数移动并且强度逐渐增强，说明液态水是由不同氢键结构的水分子组成的混合物。Inoue等 sup [3] /sup 研究了水的结构随压力的变化，发现当压力升高时，水的近红外吸收峰向低波数移动，说明水的氢键结构增强，结构化程度升高。除了外界环境对水结构的影响，溶质的加入也会使水的结构发生变化。Gowen等 sup [4] /sup 研究了不同温度下无机盐(NaCl、KCl、MgCl2和AlCl3)水溶液的近红外光谱，通过提取与水结构相关的特征光谱信息，分析了特征光谱随温度和离子浓度的变化。结果表明KCl和NaCl倾向于破坏水氢键网络结构中的氢键，而MgCl2和AlCl3倾向于促进水分子之间的氢键形成。Czarnecki sup [5] /sup 采用二维相关谱技术研究了N-甲基乙酰胺与水的相互作用，通过对水溶液的近红外光谱的分析，发现了水分子和两个N-甲基乙酰胺分子相互作用形成氢键的光谱特征。这些研究都表明当加入扰动条件(如温度，压力，溶质等)时，水的近红外光谱会发生明显变化，通过变化的水光谱，可以反映出结构的改变或水与溶质之间的相互作用。 /p p 　　2006年，Tsenkova sup [6] /sup 在研究了不同质量牛奶制品的近红外光谱特征的基础上首次提出了“水光谱组学(Aquaphotomics)”并开展了一系列研究工作。水光谱组学通过研究体系中水的光谱信息在温度和溶质(种类和含量)等扰动下产生的变化，了解不同物质及含量对水结构产生的影响，再通过水的结构推断溶质的结构与功能。研究结果表明，利用水的近红外光谱随扰动条件的变动不仅可以对疾病或异常状态进行无损诊断，而且还可以作为“镜子”反映溶质的动力学过程以及外部条件对溶液产生的影响。比如，利用水化层中水结构的信息实现了对大豆花叶病潜伏期的诊断 sup [7] /sup 、通过检测大熊猫尿液中的水的光谱判断了大熊猫是否处于发情期 sup [8] /sup ，另外，也发现了细菌的代谢物也对水的光谱有影响从而实现了对溶液中细菌含量的定量分析 sup [9] /sup 。 /p p 　　在我们的研究工作中，将水作为探针，利用水的结构对温度敏感的特点，利用温控近红外光谱技术，通过提取随温度变化的水光谱信息对溶质进行了结构和定量分析。在结构分析方面，首先研究了小分子溶质(如葡萄糖、寡肽、醇等)对水结构的影响。通过水在一级倍频区吸收带的变化，发现葡萄糖使水的有序结构增强，为解释糖类化合物在生物体系中的“保护作用”提供了新的依据 sup [10] /sup 。利用温度效应，研究了寡肽(五聚赖氨酸水、五聚天冬氨酸)水溶液的近红外光谱，利用独立成分分析提取了水的特征光谱信息，观察到寡肽与水的相互作用，发现寡肽的加入会使水的热稳定性增强，五聚赖氨酸水溶液中疏水水合占主导地位，水分子在氨基酸残基的烷基侧链周围形成“水笼” 而在五聚天冬氨酸水溶液中亲水水合为主要作用，水分子通过一个氢键与寡肽分子相结合。进一步说明水可以作为探针来研究分子间的相互作用 sup [11] /sup 。 /p p 　　除了小分子之外，大分子(比如蛋白质、高分子聚合物)与水的相互作用也一直是大家关心的问题。采用连续小波变换(CWT)提高近红外光谱的分辨率，通过分析人血清白蛋白(HSA)和水的光谱信息随温度的变化，研究了HSA二级结构的热变性过程，发现水结构变化可以反映HSA的展开过程 sup [12] /sup 。进一步将该方法应用于血清分析，结合蒙特卡罗-无信息变量消除法(MC-UVE)筛选出与蛋白质特征吸收相关的变量研究了不同水结构在蛋白质的热变性过程中的作用 sup [13] /sup 。应用二维相关光谱分析了不同温度下卵清蛋白水溶液的近红外光谱，研究了卵清蛋白受热形成凝胶的过程水的作用，结果表明，含有两个氢键的水结构变化能够很好的反映蛋白质的结构转变，并且在蛋白形成凝胶的过程中促进了凝胶结构的形成 sup [14] /sup 。采用高维算法NPCA研究了具有LCST行为的高分子聚合物聚(甲基丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯)(PDMAEMA)随温度升高聚集过程中水的作用，通过对水光谱的分析，得到了与聚合物链形成两个氢键的水分子(S2)在聚集过程中起到重要的桥联作用，当温度升高，桥联的S2氢键结构遭到破坏，高分子链发生聚集形成胶束，研究结果说明水可以作为研究聚合物聚集过程的探针 sup [15] /sup 。通过对水的温控近红外光谱进行分析，得到了水的光谱中容易受到温度影响的光谱变量，并发现所选变量可用于不同溶液的识别 sup [16] /sup 。同时，将水作为探针，采用PCA和二维相关光谱分析的方法分析了血清样品的近红外光谱，得到了与血清样品差异相关的水结构的特征光谱，并发现这种特征光谱与疾病之间的相关关系 sup [17] /sup 。 /p p 　　借助化学计量学方法提取水结构信息，对水溶液体系的定量分析开展了研究工作。在水-乙醇-丙醇体系中，温度和浓度的变动均会引起水光谱的变化，利用多级同时成分分析(MSCA)建立了两级模型，分别描述光谱与温度之间的定量关系(QSTR)和光谱与浓度之间的定量关系(QSCR)，实现了温度效应的定量描述和浓度的定量计算 sup [18,19] /sup 。提出并建立了互因子分析(MFA)方法，通过提取不同温度或不同浓度下水的吸收光谱中包含的“共同”光谱特征实现了温度或浓度的定量分析，成功应用于水溶液以及实际血清样品中葡萄糖的定量检测 sup [20] /sup 。这些研究成果都表明当施加一定的扰动因素时，水可以作为敏感的探针进行定量分析。 /p p 　　近红外水光谱组学为近红外光谱在生物和生命体系分析中应用开辟了新的领域，温控近红外光谱技术为近红外光谱的应用提供了新的思路，化学计量学为近红外光谱技术在实际复杂体系分析中的应用提供了技术手段。随着研究工作的不断深入，越来越多的水的近红外光谱特征将得到深度挖掘，成为探索和理解水在化学和生物过程中作用与功能的重要信息来源。 /p p 　 strong 　参考文献： /strong /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[1] J.R. Collins. Change in the infra-red absorption spectrum of water with temperature. Phys. Rev. 192. 26, 771-779. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[2] W.C. Waggener. Absorbance of liquid water and deuterium oxide between 0.6 and 1.8 microns. Anal. Chem. 1958, 30, 1569-1570. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[3] A. Inoue, K. Kojima, Y. Taniguchi, K. Suzuki. Near-infrared spectra of water and aqueous electrolyte solutions at high pressures. Solution Chem. 1984, 13, 811-823. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[4] A.A. Gowen, J.M. Amigo, R. Tsenkova. Characterisation of hydrogen bond perturbations in aqueous systems using aquaphotomics and multivariate curve resolution-alternating least squares. Anal. Chim. Acta 2013, 759, 8-20. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[5] M.A. Czarnecki, K.Z. Haufa. Effect of temperature and concentration on the structure of n-methylacetamide-water complexes: Near-infrared spectroscopic study. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 1015-1021. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[6] R. Tsenkova. Aquaphotomics and chambersburg. NIR news 2006, 17, 12-14. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[7] B. Jinendra, K. Tamaki, S. Kuroki, M. Vassileva, S.Yoshida, R. Tsenkova. Near infrared spectroscopy and aquaphotomics: Novel approach for rapid in vivo diagnosis of virus infected soybean. Biochem Biophys Res Commun. 2010, 397, 685-690. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[8] K. Kinoshita, M. Miyazaki, H. Morita, M. Vassileva, C.X. Tang, D.S. Li, O. Ishikawa, H. Kusunoki1, R. Tsenkova. Spectral pattern of urinary water as a biomarker of estrus in the giant panda. Sci. Rep. 2012, 2, 856. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[9] Y. Nakakimura, M. Vassileva, T. Stoyanchev, K. 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Phys. 2019, 21, 5780-5789. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[16] X.Y. Cui, J. Zhang, W.S. Cai, X.G. Shao. Selecting temperature-dependent variables in near-infrared spectra for aquaphotomics. Chemom. Intell. Lab. Syst. 2018, 183, 23-28. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[17] X.Y. Cui, Y.M. Yu, W.S. Cai, X.G. Shao. Water as a probe for serum-based diagnosis by temperature-dependent near-infrared spectroscopy. Talanta 2019, 204, 359-366. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[18] X.G. Shao, J. Kang, W.S. Cai. Quantitative determination by temperature dependent near-infrared spectra. Talanta 2010, 82, 1017-1021. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[19] J. Kang, W.S. Cai, X.G. Shao. Quantitative determination by temperature dependent near-infrared spectra: A further study. Talanta 2011, 85, 420-424. /span /p p span style=" font-family: " times=" " new=" " 　　[20] X.G. Shao, Y.M. Yu, X.Y. Cui, W.S. Cai. Mutual factor analysis for quantitative analysis by temperature dependent near infrared spectra. Talanta 2018, 183, 142-148. /span /p p style=" text-align: right " strong span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " （南开大学化学学院 邵学广、孙岩、崔晓宇） /span /strong /p

p 　　近年来，我国近红外光谱分析技术无论在基础研究还是应用方面都取得了长足进展。而且在近红外光谱分析技术研究的庞大人群中，总是能看到中国为数不多的化学计量学人身影。其中，南开大学教授、中国近红外光谱分会副理事长邵学广就是其中之一。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/579ba6a9-02f4-4ced-878f-9f5948cd9b8f.jpg" title=" 邵学广.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 南开大学教授 邵学广 /strong /p p 　　日前，仪器信息网编辑采访了邵学广，请他介绍了他走进化学计量学、走进近红外的历程，并发表了他对化学计量学和近红外发展趋势、以及限制近外应用推广难点等问题的看法，最后也谈到了如今热点的近红外大数据的发展前景。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 走进化学计量学，扎根化学计量学 /span /strong /p p 　　说起来，邵学广并不是学化学计量学专业出身。在读博士之前他学的是稀土化学应用专业，1992年博士毕业后选择了”小波变换”为未来研究方向，从此才进入了化学计量学领域。邵学广经常和学生们说起这段经历，一开始很艰苦，完全是照着书和手册自学。曾经有两篇有关小波变换的文献，邵学广每年都要看几遍，据他自己说，一直到5年后他自己写《化学信息学》一书的时候才真正读懂了这两篇文献。 /p p 　　当时邵学广决定写《化学信息学》完全是因为要开课却没现成的教材，没想到这本书成为了中国第一本关于化学信息学的书，目前已经出版3版。 /p p 　　为什么从小波变换开始，邵学广说到，“关于小波变换，1986年国际上其他领域已经有人开始使用，化学领域真正的第一篇文章发表在1992年。而1992年我正好刚刚参加工作需要寻找并确定今后的研究方向。那么，当时我觉得新提出来的小波变换会是一个很好的方向。”刚开始的5年多时间里其团队一直在做方法，并在各种光谱、色谱方面广泛尝试，结果证明这个方法的效果特别好，更加增强了邵学广的信心，从而这项工作邵学广一直坚持到现在。 /p p 　　除了小波变换，邵学广这些年主要研究工作包括免疫算法、化学因子分析、人工神经网络、遗传算法等算法，还包括分子模拟等理论化学计算方法研究。 /p p 　　“其实，我们实验室做的最有特色的是免疫算法，是我们独创的一种算法。”免疫算法主要用于色谱重叠组分信号解析，可以把单峰解出来。原来色谱分析10-20个成分的时候，需要用时30-40分钟。而用了免疫算法只需10多分钟进行分离，分离结束即直接就能够计算出来。如，40多个组分的农残分析只需10多分钟。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 结缘近红外，思考近红外 /strong /span /p p 　　近红外光谱的缺点之一是解释性差，峰很宽、很模糊。在计量学出现之前，近红外光谱一直没有得到很好的发展。“近红外和化学计量学是捆绑在一起的两种技术，可以说计量学的发展推动了近红外的发展 同样也可以说近红外给了化学计量学一个舞台，让它有了发挥作用的地方。” /p p 　　近年来，近红外光谱发展很快，而邵学广在近红外领域也已经做了将近20年。这期间他们尝试了不同的建模方法，也提出了自己独创的方法，同时还研究了另一个非常重要的问题，即建模样品的确定问题，发表了几十篇的论文。“近红外相关化学计量学方法的研究已经比较充分、成熟。尽管不能说哪种方法最好，但是有很多方法已经能够用了，想干什么事，基本上都可以做了。当然，更‘新鲜’的方法研究也是需要的，但是没有那么紧迫了。” /p p 　　关于近红外数据处理的发展趋势，邵学广认为，根据具体的行业需求进行开发，不做大而全的软件。如，我们之前与中检院合作开发的判别药品一致性的软件已经交付，得到的反馈还不错。另外，基于数据库的一些算法要实现标准化。邵学广认为，近红外数据处理的下一步方向是高光谱，因为如今的近红外光谱成像数据处理还有不太成熟的地方。 /p p 　　关于近外光谱分析技术应用与推广的难点，是邵学广常常思考的问题。首先，他提到的是“灵敏度”的局限。近红外方法灵敏度很低，很多微量成分不好分析，这是限制近红外光谱在科研领域应用推广的很大一个原因。怎么让近红外能测微量成分，邵学广已经研究7年多的时间了。邵学广承担基金委的一个重点项目就是研究这个问题，经过攻关2016年时检测限已经达到微克级别。近红外另一个缺点是结构分析能力差，在表征化合物结构方面远远弱于质谱或中红外光谱。这几年，邵学广从做水的光谱入手，花了很大力气力图从复杂的水结构中把不同结构的水分子光谱提取出来。水中水分子结构非常复杂，有单独的水分子、二个水分子结合、三个水分子结合、甚至更多。“希望大学、研究所更多人员加入到这方面的研究中来。” /p p 　　近红外光谱推广应用更多的限制来自于仪器之间的差异、测量之间的差异。邵学广这两年做了很多模型转移方面的研究工作，他认为仪器之间的差异基本上可以校正，不是太难。因为仪器之间差异是固定的，理论上也是可以校正的。邵学广指出，真正难点在于测量之间的差异，如，样品摆放位置、颗粒度大小等形态差异带来的光谱变化会导致测量结果变化，且理论上就没有解决方法，只能根据假设或一定的近似来修正。邵学广基于假定光谱和操作条件之间存在着某些我们不知道的关系，从而建立相应校正模型把这种关系预测出来。“这个校正模型使用的效果挺好，但是还缺少相应的理论依据。” /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 推应用发展，落地人才培养 /span /strong /p p 　　邵学广强调，“化学计量学专业人才的缺乏是近红外应用发展的主要难点。”从事化学计量学相关专业研究的人员较少，而且，化学计量学不是本科阶段必须学习的内容，研究生阶段开课的也不多。欧洲大学本科阶段已经在教学大纲中规定化学计量学为必学内容，其份量已经占到分析化学内容的四分之一。但在中国还没有这个要求。“这导致培养的相关人才太少，对化学计量学和近红外的发展限制相当大。” /p p 　　很多人提到化学计量学，会莫名的感觉有点“怕怕”。事实上，现在研究化学计量学的人虽然不算多，但是也很容易找到合作的人。另外，如今也有一些比较成熟的软件，即使不懂化学计量学原理，只要会用软件，也能解决问题。 /p p 　　现在，邵学广在南开大学本科阶段开设了计量学相关教学内容。而且，经常有外面学生来邵学广实验室学习，或者以项目合作的模式联合培养，时间不等，邵学广负责指导。再者，这几年邵学广的实验室也开发出了一些软件。像是具有使用便利等优点的小波变换算法，不但成为了邵学广实验室扣背景的标准方法，而且，邵学广表示，对于小波变换，内行人可以灵活设置参数，外行人不调整参数也能使用。所有这些都是邵学广在为实现“不应该让不懂计量学成为计量学和近红外应用的障碍”所做的努力。 /p p 　　由此延伸，邵学广谈到了近红外的人才培养问题，并强调“打好地基”的重要性。近红外研究人员不要只盯住应用去做，一方面要针对应用，但又不能完全是应用。特别是对年轻研究人员，要把基本理论“打”扎实了，等到去做应用的时候，应用方法、技术会非常稳固和牢靠。否则，很多技术不牢靠反而会导致应用失败。而且，糟糕的是，一旦失败，大家就会认为这个方法不好，实际上会阻碍了这个领域的发展。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 大数据推动近红外爆炸式增长 /strong /span /p p 　　如今“大数据”已经成为一个热词，邵学广也在多个场合说到，近红外的大数据时代已经来临。“与其他大数据相比，近红外光谱大数据有两个特点：数据量大、信息量大。”特别是成像光谱和高光谱，高光谱仪器的检测器和目前仪器所用的有所差异 而且常用的模型转移、数据处理等和原来传统光谱也有一些差别，所以，必须开发一些新的据分析方法。邵学广介绍到，“原来只是1-2000个数据点，现在一个高光谱数据量上万，可变量选择的方法范围很小。” /p p 　　此外，一条光谱所含信息丰富，除了化学信息，还包括物理信息，如硬度、大小、位置等，需要综合利用。在药品的真假判别时，往往是隔着包装测试的，包装材料的信息、药片压的实不实、药片的形状等物理信息都可以判别。“我们近红外不管是哪种信息，只要有这方面的信息，不用刻刻意强调是物理还是化学信息。” /p p 　　“从应用角度看，近红外大数据的价值，目前在于监控。”监控包括工业监控，甚至应用到“大街上”的空气质量等监控。“大数据来源于实时，也来源于长期实时数据的积累。对大数据进行相关分析、可视化分析，把数据和事件相关并从中总结出其规律性，比如说大型活动的人流等。数据更多的时候就可以根据已有数据建立模型，根据光谱信息预测后续发展。” /p p 　　“目前大数据研究还处于初级阶段，炒概念的多些，但各行各业都在用。”如，已有按大数据系统设计的药品数据库，把全国药监的数据集成在一个数据库中。在这个库的基础上建立模型，可用于市场调查、药品抽检等。“只需做一个光谱，上传到数据库，数据库就可根据模型判别药品的真假，并把结果反馈回移动终端。目前该数据库建设基本完成，相关技术均已成熟。”粮食领域也启动了类似项目，虽不涉及网络、无线通信，但也涉及数据库建设。可输入收购粮食样品的光谱来得到样品相关的湿度、蛋白质含量等各项参数。烟草行业的原料大数据系统、生产在线监控也已经做好。 /p p 　　“类似工作在许多行业都已经开展，但是真正投入使用的不多。”邵学广这样说到，“这些大数据系统的实际应用，不光是技术的问题，在于监管或被监管者是否想做。” /p p 　　不过，邵学广也指出，大数据的发展需要由应用需求驱动。像现在的物流、快递行业，需求太大了。而实验室对仪器中的大数据应用现在需求不强烈。但我们这些做研究工作的学者可提前做好方法。就过程分析而言，下一步一旦中国产品质量从产品检验控制转向过程控制，从政府层面推广过程控制，到那个时候，企业自然会来找，近红外光谱会有一个爆炸式增长。 /p p br/ /p