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闵顺耕:我们的近红外——访中国农业大学闵顺耕教授

仪器信息网 2017/12/29 10:22:08 点击 3263 次
默克
[导读] 近期,闵顺耕一直在调研和营养健康相关的哪些指标是近红外可以“搞定”的,考虑如何将近红外小型化之后进入社区和家庭中去。“日常生活对分析仪器的需求越来越明显,这是社会发展必然的结果。而近红外最大的好处就是低成本,如德州仪器的微镜价格已经降到大约1000块钱左右一块;而且近红外用起来也比较方便,完全能用到家庭生活中去。”不过,闵顺耕也提到,我们不能指望一个近红外解决所有问题,可以配合其他光谱一起....

  闵顺耕,中国农业大学理学院应用化学系教授,博士生导师,主要研究领域:红外/近红外光谱、化学计量学、农产品品质与营养分析、农产品安全等。

  闵顺耕是中国仪器仪表学会近红外光谱分会副理事长,是中国近红外光谱事业的骨干力量。日前仪器信息网编辑采访了他,在采访过程中,闵顺耕常常这么说“我们的近红外”,可见其对近红外的热爱。

中国农业大学 闵顺耕教授

  闵顺耕1988年进入中国农业大学工作,成为了严衍禄教授团队的一员。严衍禄教授是国内最早开始近红外光谱分析的研究者之一。不过,因闵顺耕的研究生论文是液相色谱相关的,所以即使加入了严衍禄先生团队,一开始他还是继续做液相方面的研究工作。“我真正开始全面接触近红外实际上是在1995年。当时有两个机缘,一是1995年严先生承担了一个九五项目,以近红外光谱技术进行谷物品质分析;二是,1996年严先生团队与上海棱光公司合作研制国产近红外光谱仪器,因为是从仪器到软件都涉及,加上还有一些项目也在同时进行。说实在话,当时严先生的人手有点不够了,所以我就逐步加入到了近红外工作中。”

  “我能进入近红外领域应该感谢严先生的引导,同时还有两个人对我近红外研究有重要影响。第一位是我的硕士导师清华大学分析中心邓勃教授,他在我上研究生的时候让我选学了多元统计、线性规划与最优化方法两门课程;另一位是清华大学分析中心胡鑫尧教授,他教我“计算机在分析化学中的应用”,是我化学计量学的启蒙老师,这些数学知识为我后来从事近红外分析奠定了坚实的基础,对我深刻理解和应用近红外光谱分析方法有着重要的影响。”

  近红外,应用的技术!

  这么多年来,闵顺耕主要做近红外的应用研究,算法也做一些。虽说算法研究发了很多好文章,但是让他更加自豪的、更有成就感的还是这么多年来在应用方面的工作。“跟严先生最开始做的是烟草,如今也一直在做,虽然我不抽烟的,但是这么多年烟草的项目就没断过。”闵顺耕笑道。他还给我们讲了一个故事。烟草行业著名的“红大”烟叶,是中式卷烟企业竞相争夺的“宠儿”,其收购价格比其他品种烟叶的价格高;受利益的驱动,一些人或单位会掺杂非“红大”烟叶进来。为了解决烟叶掺假问题,该企业找到了闵顺耕。而闵顺耕就是采用了近红外光谱技术实现了烟叶品种的识别,保证了产品质量。

  闵顺耕讲述到,“与烟草种植企业的合作,早期主要为他们建模型、用近红外解决测量数据的问题。近年来,我更加关心近红外的数据与其他数据之间的关系,如研究土壤气候、生态以及施肥、用水等农业种植措施对烟草质量的影响。也即是说,不仅仅要测数据,而且要把数据利用起来。”

  近红外的特点决定了它的应用对象是需要同时检测大量样品的用户。所以,包括石化、材料等在内的医药化工,一定是一个大的用户群体;另外还有就是农业,包括粮食、油料、饲料等。“这些大方向是近红外的主战场。国内,饲料现在已经起步了,石油化工也一直用得不错。”

  不过,闵顺耕也补充到,“近红外应用过程中,还需要有一群‘有心人’,后续模型的维护工作是近外应用推广上的最大障碍。”这方面国外一些公司做的不错,闵顺耕介绍了福斯公司的成熟经验,他认为福斯的经验主要有两个,第一是硬件平台基本模块化,仪器的校正标准、制造标准都很规范;第二拥有一个通过自身积累、并不断维护而成的大数据库,在为用户服务的同时也可以赚钱,这是福斯最成功的地方。“福斯公司几十年如一日的做这件事情,数据逐步积累,越来越成熟,终会成为一个‘百年老店’”。

  闵顺耕认为,近红外仪器的成本包括三个:硬件、数据库及软件、售后服务,预算报价的时候要报这三块,光报一个硬件买回去会用不起来,而且软件及数据模型的价值应该更高。“近红外要在中国要用得好,如果企业负担不起建模和模型维护的费用,那唯有寄希望政府来做这个事情。如在粮食收购环节的优质优价、不同用途不同价格等应用的模型建立及维护,这也是对国家有利的事情。”

  仪器从“小”从“细”做起

  与其他做应用研究的专家不同,闵顺耕对仪器的原理、构造以及发展了解的比较细。“我是用仪器的,所以也特别关心仪器是怎么做的,关注什么样的仪器会好用。因为不同厂家的仪器存在着差异,这个差异对应用还蛮重要的。”闵顺耕在做玉米、豆粕研究时,曾经比较过多款小型近红外的测试结果,考察这些仪器能不能达到实际应用的要求。

  “国产近红外从硬件、软件上来看,功能都有、指标也都还行。”闵顺耕谈到国产近红外时说到,“不过,我们近红外有特别的地方,它很敏感,差一点点,测出的光谱结果就不一样。”他举了几个小例子,如,近红外测样时用到的样品杯的质量、一致性问题。测量时样品杯垫一层、两层或三层纸所得到的光谱都不一样,用同一个模型预测的话,差异很大。另外,样品杯底需要贴一个镜面,要求贴了这个镜面后测量的误差在一层纸误差之内。闵顺耕曾经提要求请厂商做30个杯子,镜面也按要求贴好了;但是上仪器测试,得到的光谱却千差万别。“细节问题实际上是一个生产标准、生产规范的问题,这方面国产仪器还需要继续提升。”

  还有,近红外仪器的液体池,单就液体杯放置到液体池中的操作动作,杯子有时是放直了的,有时候也可能放歪了一点点,那么误差就来了。“不要觉得随便拿一个杯子放上去、怎么放都差不多,实际的测量结果是不一样的。所以,厂家可以考虑得更细一些,如给杯子加一个掐头或弹簧片,把杯子‘挤住’,数据的重复性就会好很多。”

  “从我作为用户的角度来看,国产仪器厂商还是有很多东西需要掌握的,很多小地方、细节之处仍需完善。因为各个部件的误差集合起来,整机的误差就会放大。这还只是一个杯子,一台仪器一共得有多少个零件啊!”

  发展趋势,小型化进入社区和家庭

  谈到近红外仪器发展趋势的话题时,闵顺耕首先谈到了他对整个分析仪器发展方向的看法。由于加工技术和器件的发展,仪器小型化是一个必然的趋势。另外,从人类需求层面,就像现在出现了很多穿戴设备一样,可穿戴的仪器也纷纷出现。再有,如何把仪器做得更便宜,这也是一个大的发展趋势。

  “近红外仪器的小型化,我觉得技术上已经到了‘门槛’了,尤其是常规用途方面。”微机电加工及微镜技术等的日益成熟,出现了一些微型化仪器和器件,如法布里珀罗芯片已经做到了指甲盖大小,那么整机的小型化指日可待了,近来已经有一些公司推出了微型光谱仪。

  近期,闵顺耕一直在调研和营养健康相关的哪些指标是近红外可以“搞定”的,考虑如何将近红外小型化之后进入社区和家庭中去。“日常生活对分析仪器的需求越来越明显,这是社会发展必然的结果。而近红外最大的好处就是低成本,如德州仪器的微镜价格已经降到大约1000块钱左右一块;而且近红外用起来也比较方便,完全能用到家庭生活中去。”不过,闵顺耕也提到,我们不能指望一个近红外解决所有问题,可以配合其他的光谱一起。如在医院有很好应用的紫外可见分光光度法,都可以移植到家庭仪器中。

  “不是用来精准诊断,而是就人的健康状况随时进行报警、提醒,如你今天是不是缺水,是否需要多喝点水。或者,进行营养配方、营养管理和健康管理,可以给出你吃的每块肉的脂肪、蛋白准确含量。再或者,我们现在天天接触最多的‘喝的水’,如家里每天水龙头打开的时候,查查水合不合格。我觉得这都是仪器发展很重要的一个方面。”


  采访编辑:刘丰秋


[来源:仪器信息网]
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