闵顺耕：我们的近红外——访中国农业大学闵顺耕教授

[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。”