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从“沉睡”中醒来的近红外光谱技术

专家观点中国仪表网2007年07月05日 08:42人气:911

——访石油化工科学研究院陆婉珍院士

  作为一项迅速崛起的光谱分析技术,近红外光谱(Near-InfraredSpectroscopy,NIR)在分析测试领域中所起的作用正越来越引起人们的关注。中国科学院院士、石油化工科学研究院陆婉珍教授是最早在我国开展此方面研究的专家之一,是我国这一领域公认的学术带头人。

提问1:近红外光谱技术是近十几年内发展最快的仪器分析技术之一,能否请您谈谈这项技术发展如此快速的原因是什么?

陆院士:近红外是一个波段。这个波段内的吸收光谱很宽,不像中红外光谱那样。可是后来采用所谓的计量学,很快解决了这个问题,由此近红外光谱技术快速发展起来。每一项科学技术的发展都是一个从迂回到快速发展再到饱和的过程,这就是科技发展过程中所谓的S曲线。近红外光谱技术的发展经历了几次这样的S曲线

  第一次是由于一些简易型近红外光谱仪的出现和Norris等人所做的工作,掀起了一个应用的小高潮,主要应用于农副产品的分析。

  第二次是在80年代后期,计算机技术的迅速发展,带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展。通过化学计量学方法可以解决谱图扁宽、不好分的问题,这使人们重新认识了近红外光谱的价值,各种领域的应用研究陆续展开。

  第三次是由于光纤技术的介入,近红外在线分析技术得以发展。

  科学技术的发展都是这样,每出现一个可借鉴的新技术就推动其向前发展一步。对于什么技术的应用可以促进近红外技术的再次发展,是我们每个科研工作者应该思考的问题。最近出来一种新技术-MEMS,就是“微型加工”技术,应用这个技术,仪器可以做的非常小。MEMS的应用,有望推动近红外光谱分析技术的第四次发展。

提问2:近红外光谱技术是一种“三位一体”技术,这个特点使得国内技术具有一定优势,请您给大家详细讲解一下好吗?另外,针对这个优势,您对国产近红外光谱分析仪器的研制有什么建议?

陆院士:现代近红外光谱分析技术包括了近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三部分。所谓“三位一体”就是这三者的有机结合才能满足快速分析的技术要求,缺一不可。近红外光谱技术对于仪器国产化来说:

  第一,虽然该技术对仪器硬件的稳定性要求比较高,但是国产仪器经过努力是应该可以达到的。

  第二,相关软件并不复杂,我们完全有能力做。

  第三,建立模型需要很多数据,对于我们来说只是一个人力问题,我们也是有条件的。所以我们完全有条件发展这项技术。

  在很长一段时间里,我们和北京英贤仪器公司有合作。从英贤的发展情况来看,我认为主要受制于两个问题。第一个,也是最主要的一个,就是资金问题。他们是一个民营企业,当时的启动资金只有100万,虽然我们给了他们很多的便利,但是100万元还是显得捉襟见肘。要知道没有资金就没有办法雇用到高级人才,而仪器的研发制造是不能缺少高级人才的(陆院士在此一再强调是资金匮乏而不是人才匮乏)。第二个是理念的问题,“产学研”是一个很好的理念,但是实际上这后面还有一个很重要的“销”,我认为目前“销”这方面还存在着很多问题。但是这个理念的问题他们已经在工作中遇到了,已有所改善,所以我认为目前最重要的还是资金问题。我们一再呼吁国家能给予点支持,能够重视这个问题。我为什么说国家应该稍微介入一点呢?就像王大珩院士说的,仪器不上去,恐怕要影响国防,要影响我们很多别的新技术。例如,我国的农产品出口问题,没有质谱来检验,恐怕很难解决。最近,在你们网站上看到的消息:在重庆成立了几个专门做检测的公司(第三方实验室)。这是一个很重要的第三产业,对我们发展仪器工业很有利,我觉得我们中国应该鼓励这种公司的成立。

提问3:近红外光谱的应用领域有很多,但目前国内市场规模不大,您如何看待这一现象?国外的情况如何?您认为该技术在应用中的进一步推广急需解决的首要问题是什么?

陆院士:是的,目前它的市场不大。价钱是一个原因,这是一个经营理念的问题,仪器贵了卖不出去,卖不出去仪器就只能更贵,也是一个恶性循环。我曾建议英贤将仪器租出去,逐年收回成本,但是他们由于资金短缺,不能接纳这个办法。所以说实际上还是这个问题的重要性没有得到重视,资金问题还是需要解决的首要问题。当然,他们在资本运作上也还没有进入最成熟的阶段。<BR>国外市场方面的情况要比我们好。据我了解,石化领域的在线近红外分析应用已经相当多了。但是他们也认为要让老厂接受还是有困难的。我们现在的问题在哪里?实际上,用户花远比我们高的价钱去买外国的仪器,这也是有原因的,首先外国某些仪器的稳定性确实比我们的好,但同时大部分用户没有考虑后续维护的问题。

提问4:去年初,国家食品药品监督管理局(SFDA)通过招标的方式订购了总计超过300余台进口傅立叶变换近红外光谱仪,是不是也是出于国外仪器稳定性好的考虑?

陆院士:是的。药检是一个定性问题,比较好办。财政部当时加上后续的维护费,拨了共5亿人民币的资金,如果这5亿元能够用来发展我们自己的产品,国产近红外仪器的稳定性也能上去了(当然时间进度会有一些差异)。这个事情就是需要有很大的魄力。所以,中国仪器的问题还是重视不重视的问题,而5亿人民币对于我们的财政来说只是一个小数目。

提问5:您从1995年开始,组织开展以CCD为检测器的近红外光谱仪的研制,当时为什么选择这样的一个方向?这项研究目前已取得了哪些成果?您还进行了有关近红外的哪些研究,能介绍一下吗?

陆院士:选择这样的一个方向主要出于两个原因。第一,CCD最初是用在数码照相机上的,产量极大,仪器成本是没有问题的。第二就是近红外技术对仪器硬件的稳定性要求很高,CCD检测器没有移动部件,这个特点符合要求。可是CCD也有缺点,就是它的检测波长范围比较窄。<BR>目前这项研究已经商品化了。<BR>我们现在主要做近红外技术的应用研究,这项技术虽然是从农业上开始的,可是在石化领域发展得极快。我们也做过模型传递的研究工作,但是效果还不够明显。因为这项研究是要以仪器硬件为基础的,我们不是一个做硬件的单位,我们的人才也不是做硬件的人才,所以完全用软件来解决效果不是很好。现在,我们在软方法方面继续开展更为深入的研究工作,如汽油调合模型的传递等。

提问6:在您主编的《现代近红外光谱分析技术》第二版中(2007年1月),提到了一些已经颁布的ASTM标准方法,请问目前国内有哪些行业的相关检测标准是以近红外光谱分析技术为基础制定的?

陆院士:目前有一个有关饲料的国家标准,即饲料中水分、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、赖氨酸、蛋氨酸、快速测定近红外光谱法,标准号为GB/T18868-2002。标准的制定有助于这项技术的推广。近红外光谱是一种间接分析技术,目前,大家还是认为其进入相关标准比较困难,但进入标准是迟早的事情,这需要有一个过程。

提问7:对于未来近红外光谱技术的发展是趋向于在线分析?实验室分析?还是两者并重,请您进行一个评述好吗?

陆院士:我觉得是两者都在发展。我们当时在广州做汽油调合和重整的在线项目,都配备了实验室近红外分析仪,实验室先建立校正模型,然后再把模型传过去的,这部分投资可以很快回收回来。国际的发展趋势也是如此,实验室和在线几乎并重,但最近几年有些向在线分析倾斜,因为在线分析和过程控制结合可为工业带来非常可观的经济效益。

提问8:4月20日《快讯仪器》五周年座谈会上您对仪器国产化有许多独到的见解,能否请您就此问题进一步谈谈?

陆院士:对于这个问题,我觉得还是得到的支持不够。就是说,如果国家能够将部分用于购买进口仪器的资金投入到国产仪器的研发中,这方面的工作也许会做得更好。当然我理解,现在吃奶的孩子太多,不过我们国家已经注意到了这个问题。具体方面,我有两个问题想谈谈:

  一个就是我们军用的技术向民用转移,速度很慢。比如研究过很多军用技术的长春光机所,他们研究近红外技术比我们早得多,可是后来停掉了,其实这个技术当时再往民用方面转是很有益的。所以,我觉得军用和民用之间的技术交流如果能够得到进一步的加强,我们的科技也许可以发展得再快一点。希望你们网站能鼓励他们在不涉及国家秘密的范围内,多交流一些这方面的信息。这是对双方都有益的事,对他们来讲,他们的成果得到了应用,对我们来讲,我们也有了一个借鉴。

  另一个,就是现在的仪器行业有一个恶性循环,产品做的不好,就没有市场,没有市场就没有资金,就更没有办法发展你的产品。那么,谁能切断这个恶性循环?恐怕要靠我们的政府。我觉得政府不用出太多钱,恐怕出台些政策就可以了,比如关于仪器工业的税收,时间可以拉长一点;比如采购,可以多制定一些针对国产仪器的采购政策。

提问9:能否请您对我国仪器行业的整体水平做一个评价?

陆院士:对于国内的仪器厂商,我了解得不多,只知道以前的北分、上分、北光、北二光,现在的聚光、英贤、大连依利特、东西电子、普析通用等。按照他们现在的规模来讲,还是不足以与国外抗衡的。我们的家电行业可以与国外抗衡,它的规模很大,而且也出了不少人才、企业家。而仪器行业发展速度要慢得多,比如东西电子,他的发展方向是对的,产品多针对中低端市场,他们也非常努力,可是远没有达到像海尔那样的规模。企业没有达到一定规模的时候,没有力量在研发上投入很大。所以说在相当长一段时间内,仪器工业的创新还得依靠科研院所和企业的双方合作,还要产、学、研相结合。当然还有一种,就是企业的产品比较单一,但是越做越尖端,以取得竞争力。我所知道的,有色金属研究总院的空心阴极灯就是这样,这也是一个立足的办法。
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