導讀: 江蘇大學陳斌教授團隊自從1996年以來一直從事近紅外光譜分析技術(shù)在食品和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)快速檢測中的應用研究。
國產(chǎn)近紅外光譜儀器與應用發(fā)展“診斷”——訪江蘇大學陳斌教授
江蘇大學陳斌教授團隊自從1996年以來一直從事近紅外光譜分析技術(shù)在食品和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)快速檢測中的應用研究。日前，儀器信息網(wǎng)編輯采訪了陳斌教授，探討了國產(chǎn)近紅外光譜儀器發(fā)展的現(xiàn)狀。
近紅外光譜儀器已走過近50年的發(fā)展歷程，在這50年的時間里，儀器從設(shè)計到性能以及測量方法都發(fā)生了巨大的變化。近年來，近紅外光譜儀器的數(shù)字化程度不斷提高，配備功能強大的計算機和化學計量學分析軟件，使其得到更為廣泛的應用。尤其在歐美等發(fā)達*，近紅外光譜儀器已被視為品質(zhì)管理實驗中的儀器。
然而，在儀器硬件方面,我國雖然取得了一定成績,但與國際*水平相比還存在相當大的差距,例如儀器的主要核心部件還依賴于進口、用于測量不同類型樣品的附件不夠完善、光譜儀整體性能指標和智能化水平有待提高等。
江蘇大學陳斌教授團隊自從1996年以來一直從事近紅外光譜分析技術(shù)在食品和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)快速檢測中的應用研究。日前，儀器信息網(wǎng)編輯采訪了陳斌教授，探討了國產(chǎn)近紅外光譜儀器發(fā)展的現(xiàn)狀，陳斌教授直言了國產(chǎn)儀器與進口之間的差距、國產(chǎn)儀器發(fā)展存在的“瓶頸”，乃至未來發(fā)展方向等問題。
江蘇大學教授陳斌
國產(chǎn)近紅外光譜與進口相比仍有差距
1990年代開始，國內(nèi)也開始了一些近紅外光譜儀器的生產(chǎn)。經(jīng)過近30年的發(fā)展，目前國內(nèi)生產(chǎn)近紅外光譜儀的廠家越來越多，如聚光科技、北分瑞利、華夏科創(chuàng)、上海棱光、南京中地、凱元盛世、長光思博等。但是，陳斌認為，“上述這些企業(yè)生產(chǎn)的近紅外光譜儀器都未達到穩(wěn)定批量生產(chǎn)的水平，其主要原因并不是沒有批量生產(chǎn)的能力，而是所有生產(chǎn)企業(yè)都不具備批量生產(chǎn)的銷售量?！?/span>
“國產(chǎn)近紅外光譜儀器的穩(wěn)定性，特別是長期穩(wěn)定性與國外公司的儀器相比尚有很大的差距;信噪比也不盡人意;另外，近紅外光譜儀器在標準化、模型傳遞、物聯(lián)網(wǎng)、技術(shù)標準、應用示范等關(guān)鍵理論或技術(shù)方面，還急需加強研發(fā)。這些在近紅外光譜分析中*基礎(chǔ)的要求制約著國產(chǎn)儀器在實際生產(chǎn)中的應用。”陳斌說。
關(guān)于國產(chǎn)近紅外光譜儀器與進口儀器的差距，陳斌認為主要有以下幾個方面：
(1)國產(chǎn)近紅外光譜儀器長期穩(wěn)定性差、信噪比精度差、測量附件種類少、功能單一、軟件的人性化不夠理想，科研所等應用單位不愿接受國產(chǎn)近紅外光譜儀器;
(2)國產(chǎn)近紅外光譜儀器基本上還是采用傳統(tǒng)的一般光譜儀器的制造工藝，缺少一定的光學器件、電子元器件的篩選、配對檢測平臺，這些因素累積到整機上就造成了可靠性差、信噪比差，不能滿足近紅外光譜分析的一些基本要求;
(3)應用行業(yè)對近紅外光譜分析技術(shù)的理解不夠，儀器企業(yè)不具備針對用戶要求建立校正模型的能力，儀器使用人員基礎(chǔ)知識欠缺，不具備模型的二次開發(fā)能力。另外，進口儀器公司的銷售人員往往也是應用工程師，具備售前制定方案、售中指導建立校正模型、售后負責模型維護和儀器維護的能力;而國內(nèi)儀器公司的銷售人員與應用脫節(jié)，這些都制約著國產(chǎn)近紅外儀器市場份額的擴大。
生產(chǎn)積極性不高、標準制定嚴重滯后
2012年，我國召開了題為“我國近紅外光譜分析關(guān)鍵技術(shù)問題、應用與發(fā)展戰(zhàn)略”的香山科學會議，可見*對近紅外光譜儀器發(fā)展的重視。發(fā)現(xiàn)問題，才能解決問題，所以，首先需要找出國產(chǎn)近紅外光譜儀器發(fā)展中存些亟需突破的“瓶頸”;對于這些“瓶頸”，應該如何做，才能快速提高國產(chǎn)近紅外光譜儀器與應用的水平和規(guī)模?
關(guān)于國產(chǎn)近紅外光譜儀器發(fā)展中的“瓶頸”及其解決方法，陳斌認為：
(1)大多數(shù)科研人員和使用者理解不到位
近紅外光譜分析技術(shù)在國內(nèi)的研究工作已經(jīng)有了近30年的歷史，但是由于絕大多數(shù)處在實驗室研究階段，還有不少研究人員對其應用能力理解不到位，未能就充分發(fā)揮其特點進行研究，造成了重論文發(fā)表、輕實際應用;重提高預測精度的算法研究、輕檢測方法減少誤差研究的現(xiàn)象。一般的使用者對于近紅外光譜分析技術(shù)的實際應用理解不透徹，同時也不具備二次開發(fā)、二次應用的能力。這兩方面的原因使得國內(nèi)近紅外光譜分析技術(shù)暫時還不能廣泛推廣到生產(chǎn)實際中去。
(2)無模型就無法應用
近紅外光譜分析技術(shù)能否應用到生產(chǎn)實際的關(guān)鍵是要有穩(wěn)定、可靠的校正模型，模型建立的基礎(chǔ)是針對特定的物料、特定的檢測指標進行的。儀器生產(chǎn)企業(yè)需要事先做好基礎(chǔ)工作，才能保證用戶購買儀器后立即用于生產(chǎn)實際，但是一般的儀器生產(chǎn)商并不能同時具備化學分析與化學計量學的能力。解決這個問題的關(guān)鍵是需要廣大從事近紅外光譜技術(shù)研究的科研工作者起到橋梁的作用，扎扎實實為儀器生產(chǎn)企業(yè)、廣大的用戶建立大量的、實用的校正模型，同時還需要提供模型的維護。
(3)無批量就無質(zhì)量
儀器質(zhì)量的提高不是一朝一夕就能解決的，除了設(shè)計、每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量保證體系外，作為生產(chǎn)企業(yè)需要有一定生產(chǎn)批量的保證，才能積累大量的生產(chǎn)經(jīng)驗，才能改進制造工藝，才能建立必須的工藝過程檢測平臺，*終達到提高儀器的品質(zhì)的目的。因此，擴大近紅外光譜的應用范圍，提高國產(chǎn)儀器的市場占有率，就可以提高生產(chǎn)企業(yè)的積極性，進而提高儀器的品質(zhì)，這是一個相互制約的關(guān)系，反之，沒有市場占有率，空談國產(chǎn)儀器的質(zhì)量是無意義的。
(4)無標準就無法推廣
近紅外光譜分析技術(shù)是一種實用技術(shù)，只有在生產(chǎn)實際中得到很好的應用才是該技術(shù)的真正出路。要在行業(yè)中得到推廣，必須要得到政府職能部門的幫助。目前，近紅外光譜的*標準非常少，該技術(shù)還停留在企業(yè)內(nèi)部的質(zhì)量控制體系中，很多情況下得出的檢測數(shù)據(jù)不被行業(yè)認可。因此，盡快出臺相關(guān)*標準，得到行業(yè)的認可，才能擴大近紅外光譜分析技術(shù)的應用范圍。在這方面，行業(yè)協(xié)會、*學會大有可為，他們的工作對加快近紅外光譜儀器的國產(chǎn)化進程起著巨大的作用。
(5)加強分析技術(shù)的基礎(chǔ)研究
雖然經(jīng)過了科研工作者多年的努力，但是近紅外光譜分析技術(shù)存在的一些問題并沒有從根本上得到解決，許多時候還是靠經(jīng)驗或就事論事。如：在信息提取方面，如何評價某種光譜預處理效果的優(yōu)劣?至今尚未看到從理論上進行評價的*方法，還是僅僅通過后續(xù)的建模效果(在某種建模方法下)的比較得出采用何種預處理方法較好的結(jié)論，顯然這是一種“盲人摸象”的方法;在校正集樣品和預測集樣品劃分上，怎樣的劃分方法，怎樣的劃分比例，怎樣的數(shù)據(jù)范圍?等等問題的解決方法基本還是停留在經(jīng)驗的積累上……
類似的問題很多，需要廣大科研工作者做仔細的工作，如果還是停留在“采用某種*的儀器+某種光譜預處理方法+某種建模算法=解決某指標的檢測”這樣的試驗報告的形式上，對提高近紅外光譜技術(shù)的應用水平是沒有太大幫助的。
高端與并重，網(wǎng)絡(luò)化是方向
陳斌認為，目前近紅外光譜儀器正處在方興未艾的發(fā)展階段，綜合比較國外*儀器，以下幾個方面或許是近期國產(chǎn)近紅外光譜器發(fā)展的趨勢：
(1)傅立葉變換型依然是主流產(chǎn)品
目前研究型的近紅外光譜儀器基本都屬于傅立葉型，傅立葉變換硬件技術(shù)要求高，我國至今不能獨立開發(fā)生產(chǎn)該類儀器。國內(nèi)的傅立葉變換近紅外儀器市場份額95%以上被國外進口占有。
傅里葉變換型儀器由于采用激光定位，波長的穩(wěn)定性好、光譜分辨率高、光通量大，可以*限度地減少儀器之間的臺間差，在光譜標準化方面具有的優(yōu)越性，便于校正模型在多臺儀器之間轉(zhuǎn)移，甚至可以在不同公司的儀器間轉(zhuǎn)移。但是傅里葉變換型儀器的建模技術(shù)要求高，價格相對較高;使用對象主要集中在高校、研究所，以及有實力的行業(yè)(藥監(jiān)、煙草、出入境、石油、軍工等)。這類儀器的前期研發(fā)投入比較大，而且需要長時間的技術(shù)積累，其國產(chǎn)化需要有*政策支持，憑企業(yè)自身的力量發(fā)展則需要較長時間。
(2)小型化、化、便攜化是發(fā)展方向
為了滿足生產(chǎn)過程中各種需求，需要開發(fā)各式各樣的實用儀器，千萬不能采用“一機多用”的思維模式，這樣不但浪費了資源，也使得儀器不能面面兼顧，往往使得儀器不能工作在*工作點。
小型化——為了節(jié)省空間，便于在線安裝;
化——可以*限度提高儀器的性能，滿足特定內(nèi)容的檢測。生產(chǎn)過程中有許多環(huán)節(jié)只要檢測幾個參數(shù)，有時甚至只需要檢測一個參數(shù)，研發(fā)儀器無論是使用成本、檢測精度，還是穩(wěn)定性和可靠性都會得到大大的提高;
便攜化——滿足野外現(xiàn)場、突發(fā)事件的檢測，這類儀器不但要考慮儀器的基本指標，還到考慮能耗問題，特別是光源的能耗，同時還需考慮累積工作時間、抗振動、工作環(huán)境等。
(3)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)共享是儀器的內(nèi)容
為了降低儀器對使用者要求，為了使儀器能在各種環(huán)境下始終工作在*工作點上，從儀器方面來講，就是使儀器本身聰明起來，能主動適應使用者和環(huán)境的變化，儀器的智能化是所有分析儀器發(fā)展的*基本要求。
網(wǎng)絡(luò)儀器的出現(xiàn)使分析儀器從有形變成了無形，對于實驗室儀器已經(jīng)形成“固定場所使用的分析儀器+電腦+網(wǎng)絡(luò)=網(wǎng)絡(luò)儀器”的新概念;對于移動的、現(xiàn)場的便攜儀器也應該形成“移動式分析儀器+移動控制平臺+移動網(wǎng)絡(luò)=移動云儀器”的新概念。我們更希望出現(xiàn)“光譜傳感器+手機控制平臺+移動網(wǎng)絡(luò)=移動云光譜檢測系統(tǒng)”這樣的使用方便、簡潔的*儀器系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)儀器不但使得儀器的開發(fā)周期縮短，大大節(jié)約儀器的成本，也真正意義上達到了數(shù)據(jù)共享、資源共享和人才共享?？梢哉f從某種意義上講，分析儀器更需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，更需要云服務(wù)系統(tǒng);近紅外光譜分技術(shù)*需要網(wǎng)絡(luò)儀器，*需要移動云光譜檢測系統(tǒng)。
近紅外分析的特殊性(不是只學會使用儀器)，要求使用者都學會化學計量學是不現(xiàn)實的，數(shù)據(jù)共享是充分發(fā)揮近紅外儀器性能的*方案，可以能讓一位精通數(shù)據(jù)處理和光譜分析的高手遠程為異地一臺或多臺儀器的使用者提供及時準確地服務(wù)。
(4)團結(jié)、合作、互利、共贏的大聯(lián)合推動近紅外光譜分析技術(shù)的發(fā)展
近紅外光譜分析技術(shù)涉及到化學、數(shù)學、計算機應用、信號處理、物理光學、光譜儀器和行業(yè)*知識，所以這項技術(shù)的發(fā)展需要多方面的人才參與，希望大家能本著團結(jié)、合作、互利、共贏的共識，組成真正意義上的聯(lián)合研究團隊，才能在較短的時間內(nèi)，共同推動我國的近紅外光譜分析技術(shù)的快速發(fā)展，才能研發(fā)出適合國情的能個用于行業(yè)的近紅外光譜儀器，推動該技術(shù)的實用化研究的進程。
采訪編輯：劉豐秋
附錄：陳斌教授簡歷
陳斌，男，江蘇鎮(zhèn)江人，1960年6月生，教授，博士生導師。農(nóng)業(yè)機械學會收獲加工機械分會常務(wù)理事，第七、八屆儀器儀表學會分析儀器分會理事，儀器儀表學會光學儀器學會、物理光學儀器*委員會副主任委員、近紅外光譜*委員會理事，列屆近紅外光譜分析與應用大會學術(shù)委員會委員。
主要學經(jīng)歷：
1978年2月至1982年2月鎮(zhèn)江農(nóng)機學機械制造工藝、設(shè)備及自動化*本科學，獲得工學學士學位;
1986年9月至1990年7月江蘇工學農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏*碩士研究生學，獲得工學碩士學位;
1996年9月至2001年6月江蘇理工大學農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏*博士研究生學，獲得工學博士學位。
主要工作經(jīng)歷：
1983年9月，鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機械學，任助教;
1987年10月，江蘇工學，農(nóng)機學，任講師;
1996年7月，江蘇理工大學，農(nóng)機學，任副教授;
1997年7年，江蘇理工大學，農(nóng)機學，任碩士生導師;
2004年10月，江蘇大學，生物與環(huán)境學，任教授;
2005年12月，食品與生物工程學，任博士生導師。
1982年2月從鎮(zhèn)江農(nóng)機學畢業(yè)后留校從事教學和科研工作，從1986年來一直從事農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的光學檢測方法的研究，擔任本科和研究生的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損快速檢測、食品加工機械與設(shè)備、光電技術(shù)基礎(chǔ)、光譜分析、分析儀器等課程，其中《食品加工機械與設(shè)備》2008年獲*精品課程榮譽，2004年獲江蘇大學*課程教學成果獎，博士研究生階段的論文題目是《液態(tài)食品品質(zhì)的近紅外光譜分析技術(shù)》。工作以來從事過相關(guān)課題20余項，其中*自然科學基金3項，“863”項目1項，*教委博士基金2項，現(xiàn)主持*自然基金面上項目2項，江蘇省重大成果轉(zhuǎn)化項目1項，鎮(zhèn)江市科技項目3項，企業(yè)委托項目3項。近5年發(fā)表*作者的相關(guān)文章共計40余篇，其中被SCI收錄10篇，EI收錄18篇，主編*“11.5”，“12.5”規(guī)劃教材《食品加工機械與設(shè)備》2部，主編專著《食品與農(nóng)產(chǎn)品快速無損檢測新技術(shù)》1部。擁有實用*4項，申請發(fā)明2項，軟件著者權(quán)登記1項。
自1996年開始從事近紅外光譜分析技術(shù)在食品與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測中的應用研究，先后利用近紅外光譜分析技術(shù)檢測了谷物、調(diào)味品、植物油、飲料、紡織品等物料的主要品質(zhì)指標，2006年創(chuàng)辦了國內(nèi)*家近紅外光譜分析技術(shù)的*技術(shù)網(wǎng)站《近紅外光譜分析與儀器協(xié)作網(wǎng)(www.chinanir.com》，10年來在近紅外光譜分析技術(shù)的理論與應用研究的水平在國內(nèi)從事該技術(shù)研究的同行中得到大家的認可，作為學術(shù)委員會委員參加了*、二、三、四屆近紅外光譜分析技術(shù)學術(shù)研討會并做大會報告。目前的研究方向主要是食品與農(nóng)產(chǎn)品快速無損檢測技術(shù)和智能光譜分析儀器的研發(fā)，近5年來共指導研究生25余名，其中博士2名，食品科學與工程方向的碩士研究生22名，測試計量技術(shù)及儀器方向研究生6名。
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