从上世纪70年代末,我国近红外光谱分析技术在粮食和饲料领域的应用开始,经过近30年的发展,我国近红外分析学科获得了长足的进展,目前我国近红外光谱分析在农业、石化、制药、食品、烟草等众多领域的研究十分活跃,并且形成了包括科研、应用和仪器产业的完整体系。我国能够在近红外光谱技术研究领域取得这样突出的成绩,离不开国内各个科研团队长期以来的坚持和努力。

  2012年11月,在全国第四届近红外光谱学术会议召开期间,仪器信息网编辑特别采访了陈星旦院士“应用光谱”团队的成员:长春光机所卢启鹏研究员、中国计量学院金尚忠教授、暨南大学潘涛教授,他们多年来致力于近红外光谱仪器的开发,对于近红外光谱仪器的发展和市场需求有着自己的独到见解。

  近红外光谱仪器研制技术日臻成熟 市场推广面临重重困难

  Instrument:首先,请您们谈谈各自从事近红外光谱仪器研制的经历?

  卢启鹏研究员:上个世纪80年代末,国内进口了数十台近红外光谱仪器,但是由于软件模型不匹配,无法在中国开展应用,陈星旦院士便接手来解决这个问题,长春光机所也由此开始了近红外光谱仪器的研究。

  在陈星旦院士的带领下,“七五”国家科技攻关计划我们研究了用于粮食成分检测的近红外光谱仪,当时整台仪器都采用国产零部件装配,包括硫化铅检测器,这台仪器现在还在实验室;“八五”期间研制了用于饲料检测的仪器;“九五”期间由于国家整体形势的影响,对于科技投入减少,支持中断;到“十五”我们继续深入了对粮食成分检测仪器的研究。经过十几年的努力我们先后研制了“三代”滤光片型近红外漫反射光谱分析仪。

  金尚忠教授:1998年中国计量学院校庆时,王大珩先生、陈星旦院士建议我们组建近红外光谱团队,研制仪器并且产业化。最初我们研制了用于小麦蛋白质等分析的滤光片型近红外光谱仪;2008年我们推出了商品化的近红外面料分析仪,并由浙江纺织材料检测中心试用进行对外测试服务,并成立了一家光谱仪器公司:杭州星谱光电科技有限公司,但由于企业对近红外光谱仪的需求量不是很大,以及模型的适应性问题,推广方面的工作没有跟进。目前该公司主要还是做紫外可见光谱仪及其应用产品,包括防紫外线性能测试仪、LED光谱分析仪、光谱照度计等。

  潘涛教授:2004年我从日本回国,当时陈星旦院士正好在暨南大学成立“应用光谱”团队,需要化学计量学以及应用方法开发方面的人才,陈星旦院士让我来负责模型开发、软件系统建设方面的研究。在陈院士这个团队中,我给自己的研究定位是:面向仪器设计的光谱分析技术研究。

  Instrument:请介绍一下三位老师彼此间的合作和交流情况?

  潘涛教授:我们三个研究组一般会一起申报项目、一起研发仪器,因为同其他仪器分析技术相比,近红外光谱仪器研发和应用紧密合作的必要性尤为突出。在我们的合作中,卢老师和金老师擅长仪器硬件的开发,我主要是做前期方法开发,确定利用近红外光谱仪进行某类样品分析的可能性,以及仪器软件的开发。

  另外,每年我们都会组织召开一个小型的近红外光谱学术会议,会议长春、杭州、广州三地轮流举行。

  金尚忠教授:因为陈星旦院士的思路和想法都特别新颖,而且他十分关注农业、食品及医疗等领域的需求,我们的研究也是围绕这些领域的应用及仪器研发来开展,比如潘老师现研究遗传病的血液分析,而我们研究食品的荧光光谱分析、癌症诊断的拉曼光谱分析等,所以在生物医学领域的应用,我们的研究又联系在了一起。

  此外,在仪器产业化推向市场的过程中,我们三个研究组进行分工来调查南方市场和北方市场的需求。

  Instrument:请卢启鹏研究员和金尚忠教授谈谈研制近红外光谱仪的情况,及研发仪器的市场需求现状?

  卢启鹏研究员:我们研发的粮食成分检测仪器已经十分成熟,完全可以推向市场,在推广应用过程中,吉林辽宁两省政府也曾给了我们很大的支持,但是还是很难推广开。对此我们专门在吉林省做了调查,发现尽管近红外光谱仪器在粮食收购中是一个非常有力的工具,但是客户觉得仪器价格太贵,而且在粮食收购中,基本都采用了简单的人为判断方式,如用牙咬判断粮食的水分含量等。另外,农业领域的资金也不是很充裕,所以如果仪器便宜,客户也许可以接受,几万元一般就很难有市场。

  根据我们的了解,近红外光谱仪在农业领域的应用,主要不是粮食收购,而是在后加工的企业,因为粮食成分的含量和产出密切相关,所以企业会关注。国外近红外光谱仪在农业领域应用比较多的是美国和加拿大,这两个国家很早就有用近红外光谱仪进行粮食检测的标准,日本也有相应的行业标准,我国于今年年初制定了相关标准,有了标准,仪器的推广效果或许会好一些。

  金尚忠教授:我们研发了用于面料检测的光栅近红外光谱仪,光栅委托宁波的一家光栅公司帮助制作,采用了滨松公司256象元 InGaAs阵列探测器的芯片,我们自己研发了探测器的外围驱动及采样电路,整个探测器性能有了很大提升,仪器整体性能、稳定性也优于同类进口仪器,但在外观、软件界面、客户认可度等方面,我们还有待提高。

  另外,根据我国国情,我觉得近红外光谱仪的应用及模型的针对性可以局限于某个领域,如对于近红外面料检测,只要创建用于面料检测的模型,将目标客户定位于面料厂、服装厂,或服装商场销售部门就可以了。在浙江省,面料成分检测仪器是有较大的需求量,但因为面料检测的国家标准采用化学方法,精度要求优于1%,这样近红外光谱仪的推广就更难了。所以第一步我们先做到可以利用近红外光谱仪器进行面料分类,进一步的应用可以慢慢深入,面料分类的市场也很大,急需开发这方面的仪器设备。

  近红外光谱仪器市场前景广阔 国产仪器面临良好的发展机遇

  Instrument:我国近红外光谱仪器的发展面临着怎样的问题?

  金尚忠教授:近红外光谱仪器的研制从原理到核心问题,我们都进行了深入的研究,也积累了较好的经验。核心器件中光源、分光系统都已实现国产化。近红外光谱仪的探测器主要为硫化铅和InGaAs探测器,相对来说国产的硫化铅探测器性能还不错、民用的InGaAs探测器同国际水平相比还有一定的差距。

  但是当前国家对于近红外光谱仪器研制投入的资金相比其他仪器还是比较少,目前一个近红外仪器相关的项目最多也就百万元级的投入。而如果研制MEMS探测器或分光系统,做出一个关键元器件就要几百万元。同时由于市场还没有得到很好的开拓,所以我们也很难专心去研究近红外光谱仪,研究也断断续续。我们也想借这个机会呼吁一下,希望能加大在近红外光谱仪器研制方面的投入,集中力量协同创新,促进我国近红外光谱仪器的快速发展。

  卢启鹏研究员:另外,技术和应用的发展离不开标准,近红外光谱仪应用的市场非常大,但是由于标准没有建立起来,发展比较慢。我们研发仪器也要看有没有相关的标准,没有标准研制出的仪器则很难销售。但是有一个前提条件就是我们国家的仪器一定得跟上,否则市场又被进口仪器占领了。

  Instrument:国产近红外光谱仪器的发展前景?

  金尚忠教授:当前在我国主要是高校、科研院所购买近红外光谱仪器用于应用研究,而这些单位的采购经费比较充裕,通常都选用进口仪器。我认为只有在企业里推广,或涉及民生检测的迫切需求的增加,国产仪器才有可能打开市场。根据我们的市场调查和经验,一台仪器如果大于5万元,一般只有高校和研究所才会买。对于企业来说,他们希望价格能够在3万元以内,甚至1万元左右,这样国产仪器的价格优势就凸显出来了,当然可靠性是一定要保证的。

  潘涛教授:我认为小型、便携、专用的近红外光谱仪器研发一定是国产仪器发展的一个重要方向。进口近红外光谱仪主要是全波段型,造价也比较高。

  我和卢老师合作开发了一台土壤分析仪,只选择了几个特征波长,在建模中我们也考虑了哪几个波长组合比较稳定,这样仪器价格要比进口仪器便宜很多,使用维护也比较简单。

  卢启鹏研究员:我觉得国产仪器可以从一些定性或被测成分含量较高的应用领域开始推广,如农业领域对分析的精度要求可以低一些,这样仪器成本就能降下来,推广也相对容易一些。

  Instrument:我国近红外光谱仪器的市场前景?

  金尚忠教授:我认为近红外光谱仪器与应用市场在未来3-5年内,会有大的起色,因为吃穿用等民生需求的市场最大,也是近红外光谱仪最能发挥作用的领域,这种民用市场,我觉得国产仪器很有优势。我们通过两年多的市场调查,发现当前对近红外光谱仪器需求较大的行业,一个是饲料,一个是食用油;还有这两年国家药品打假的力度特别大,使得药品在线监测仪器、药品成分含量检验陆续会使用起来。另外还有化工行业,在线监测仪器的需求也很大,而近红外光谱仪正是过程控制的重要手段。此外大家对食品品质的要求也提高了,《预包装食品营养标签通则》将于2013年1月1日起实施,食品标签需要对营养成分进行标示,这将是一个很大的市场。

  后记

  在全国第四届近红外光谱学术会议中,笔者了解到随着我国经济的快速发展,针对药品、食品、粮食、饲料、生鲜肉、纺织品等重要民生物资的品质安全,迫切需要品质快速检测技术,这为我国近红外分析技术的应用提供了千载难逢的发展机遇。如何抓住机遇,发挥国产仪器在市场竞争中的优势,解决国家社会发展中的重大需求,服务民生,将是近红外光谱仪器科研团队及生产商们未来努力的重要方向。

  来源:仪器信息网