閔順耕：我們的近紅外——訪中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)閔順耕教授

[導(dǎo)讀] 近期，閔順耕一直在調(diào)研和營(yíng)養(yǎng)健康相關(guān)的哪些指標(biāo)是近紅外可以“搞定”的，考慮如何將近紅外小型化之后進(jìn)入社區(qū)和家庭中去。“日常生活對(duì)分析儀器的需求越來(lái)越明顯，這是社會(huì)發(fā)展必然的結(jié)果。而近紅外最大的好處就是低成本，如德州儀器的微鏡價(jià)格已經(jīng)降到大約1000塊錢(qián)左右一塊；而且近紅外用起來(lái)也比較方便，完全能用到家庭生活中去。”不過(guò)，閔順耕也提到，我們不能指望一個(gè)近紅外解決所有問(wèn)題，可以配合其他光譜一起....

閔順耕，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域：紅外/近紅外光譜、化學(xué)計(jì)量學(xué)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)分析、農(nóng)產(chǎn)品安全等。

閔順耕是中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)近紅外光譜分會(huì)副理事長(zhǎng)，是中國(guó)近紅外光譜事業(yè)的骨干力量。日前儀器信息網(wǎng)編輯采訪了他，在采訪過(guò)程中，閔順耕常常這么說(shuō)“我們的近紅外”，可見(jiàn)其對(duì)近紅外的熱愛(ài)。

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 閔順耕教授

閔順耕1988年進(jìn)入中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工作，成為了嚴(yán)衍祿教授團(tuán)隊(duì)的一員。嚴(yán)衍祿教授是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)始近紅外光譜分析的研究者之一。不過(guò)，因閔順耕的研究生論文是液相色譜相關(guān)的，所以即使加入了嚴(yán)衍祿先生團(tuán)隊(duì)，一開(kāi)始他還是繼續(xù)做液相方面的研究工作。“我真正開(kāi)始全面接觸近紅外實(shí)際上是在1995年。當(dāng)時(shí)有兩個(gè)機(jī)緣，一是1995年嚴(yán)先生承擔(dān)了一個(gè)九五項(xiàng)目，以近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行谷物品質(zhì)分析；二是，1996年嚴(yán)先生團(tuán)隊(duì)與上海棱光公司合作研制國(guó)產(chǎn)近紅外光譜儀器，因?yàn)槭菑膬x器到軟件都涉及，加上還有一些項(xiàng)目也在同時(shí)進(jìn)行。說(shuō)實(shí)在話，當(dāng)時(shí)嚴(yán)先生的人手有點(diǎn)不夠了，所以我就逐步加入到了近紅外工作中。”

“我能進(jìn)入近紅外領(lǐng)域應(yīng)該感謝嚴(yán)先生的引導(dǎo)，同時(shí)還有兩個(gè)人對(duì)我近紅外研究有重要影響。第一位是我的碩士導(dǎo)師清華大學(xué)分析中心鄧勃教授，他在我上研究生的時(shí)候讓我選學(xué)了多元統(tǒng)計(jì)、線性規(guī)劃與最優(yōu)化方法兩門(mén)課程；另一位是清華大學(xué)分析中心胡鑫堯教授，他教我“計(jì)算機(jī)在分析化學(xué)中的應(yīng)用”，是我化學(xué)計(jì)量學(xué)的啟蒙老師，這些數(shù)學(xué)知識(shí)為我后來(lái)從事近紅外分析奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)我深刻理解和應(yīng)用近紅外光譜分析方法有著重要的影響。”

近紅外，應(yīng)用的技術(shù)!

這么多年來(lái)，閔順耕主要做近紅外的應(yīng)用研究，算法也做一些。雖說(shuō)算法研究發(fā)了很多好文章，但是讓他更加自豪的、更有成就感的還是這么多年來(lái)在應(yīng)用方面的工作。“跟嚴(yán)先生最開(kāi)始做的是煙草，如今也一直在做，雖然我不抽煙的，但是這么多年煙草的項(xiàng)目就沒(méi)斷過(guò)。”閔順耕笑道。他還給我們講了一個(gè)故事。煙草行業(yè)著名的“紅大”煙葉，是中式卷煙企業(yè)競(jìng)相爭(zhēng)奪的“寵兒”，其收購(gòu)價(jià)格比其他品種煙葉的價(jià)格高；受利益的驅(qū)動(dòng)，一些人或單位會(huì)摻雜非“紅大”煙葉進(jìn)來(lái)。為了解決煙葉摻假問(wèn)題，該企業(yè)找到了閔順耕。而閔順耕就是采用了近紅外光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煙葉品種的識(shí)別，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

閔順耕講述到，“與煙草種植企業(yè)的合作，早期主要為他們建模型、用近紅外解決測(cè)量數(shù)據(jù)的問(wèn)題。近年來(lái)，我更加關(guān)心近紅外的數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，如研究土壤氣候、生態(tài)以及施肥、用水等農(nóng)業(yè)種植措施對(duì)煙草質(zhì)量的影響。也即是說(shuō)，不僅僅要測(cè)數(shù)據(jù)，而且要把數(shù)據(jù)利用起來(lái)。”

近紅外的特點(diǎn)決定了它的應(yīng)用對(duì)象是需要同時(shí)檢測(cè)大量樣品的用戶。所以，包括石化、材料等在內(nèi)的醫(yī)藥化工，一定是一個(gè)大的用戶群體；另外還有就是農(nóng)業(yè)，包括糧食、油料、飼料等。“這些大方向是近紅外的主戰(zhàn)場(chǎng)。國(guó)內(nèi)，飼料現(xiàn)在已經(jīng)起步了，石油化工也一直用得不錯(cuò)。”

不過(guò)，閔順耕也補(bǔ)充到，“近紅外應(yīng)用過(guò)程中，還需要有一群‘有心人’，后續(xù)模型的維護(hù)工作是近外應(yīng)用推廣上的最大障礙。”這方面國(guó)外一些公司做的不錯(cuò)，閔順耕介紹了福斯公司的成熟經(jīng)驗(yàn)，他認(rèn)為福斯的經(jīng)驗(yàn)主要有兩個(gè)，第一是硬件平臺(tái)基本模塊化，儀器的校正標(biāo)準(zhǔn)、制造標(biāo)準(zhǔn)都很規(guī)范；第二擁有一個(gè)通過(guò)自身積累、并不斷維護(hù)而成的大數(shù)據(jù)庫(kù)，在為用戶服務(wù)的同時(shí)也可以賺錢(qián)，這是福斯最成功的地方。“福斯公司幾十年如一日的做這件事情，數(shù)據(jù)逐步積累，越來(lái)越成熟，終會(huì)成為一個(gè)‘百年老店’”。

閔順耕認(rèn)為，近紅外儀器的成本包括三個(gè)：硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件、售后服務(wù)，預(yù)算報(bào)價(jià)的時(shí)候要報(bào)這三塊，光報(bào)一個(gè)硬件買(mǎi)回去會(huì)用不起來(lái)，而且軟件及數(shù)據(jù)模型的價(jià)值應(yīng)該更高。“近紅外要在中國(guó)要用得好，如果企業(yè)負(fù)擔(dān)不起建模和模型維護(hù)的費(fèi)用，那唯有寄希望政府來(lái)做這個(gè)事情。如在糧食收購(gòu)環(huán)節(jié)的優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)、不同用途不同價(jià)格等應(yīng)用的模型建立及維護(hù)，這也是對(duì)國(guó)家有利的事情。”

儀器從“小”從“細(xì)”做起

與其他做應(yīng)用研究的專(zhuān)家不同，閔順耕對(duì)儀器的原理、構(gòu)造以及發(fā)展了解的比較細(xì)。“我是用儀器的，所以也特別關(guān)心儀器是怎么做的，關(guān)注什么樣的儀器會(huì)好用。因?yàn)椴煌瑥S家的儀器存在著差異，這個(gè)差異對(duì)應(yīng)用還蠻重要的。”閔順耕在做玉米、豆粕研究時(shí)，曾經(jīng)比較過(guò)多款小型近紅外的測(cè)試結(jié)果，考察這些儀器能不能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。

“國(guó)產(chǎn)近紅外從硬件、軟件上來(lái)看，功能都有、指標(biāo)也都還行。”閔順耕談到國(guó)產(chǎn)近紅外時(shí)說(shuō)到，“不過(guò)，我們近紅外有特別的地方，它很敏感，差一點(diǎn)點(diǎn)，測(cè)出的光譜結(jié)果就不一樣。”他舉了幾個(gè)小例子，如，近紅外測(cè)樣時(shí)用到的樣品杯的質(zhì)量、一致性問(wèn)題。測(cè)量時(shí)樣品杯墊一層、兩層或三層紙所得到的光譜都不一樣，用同一個(gè)模型預(yù)測(cè)的話，差異很大。另外，樣品杯底需要貼一個(gè)鏡面，要求貼了這個(gè)鏡面后測(cè)量的誤差在一層紙誤差之內(nèi)。閔順耕曾經(jīng)提要求請(qǐng)廠商做30個(gè)杯子，鏡面也按要求貼好了；但是上儀器測(cè)試，得到的光譜卻千差萬(wàn)別。“細(xì)節(jié)問(wèn)題實(shí)際上是一個(gè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)規(guī)范的問(wèn)題，這方面國(guó)產(chǎn)儀器還需要繼續(xù)提升。”

還有，近紅外儀器的液體池，單就液體杯放置到液體池中的操作動(dòng)作，杯子有時(shí)是放直了的，有時(shí)候也可能放歪了一點(diǎn)點(diǎn)，那么誤差就來(lái)了。“不要覺(jué)得隨便拿一個(gè)杯子放上去、怎么放都差不多，實(shí)際的測(cè)量結(jié)果是不一樣的。所以，廠家可以考慮得更細(xì)一些，如給杯子加一個(gè)掐頭或彈簧片，把杯子‘?dāng)D住’，數(shù)據(jù)的重復(fù)性就會(huì)好很多。”

“從我作為用戶的角度來(lái)看，國(guó)產(chǎn)儀器廠商還是有很多東西需要掌握的，很多小地方、細(xì)節(jié)之處仍需完善。因?yàn)楦鱾€(gè)部件的誤差集合起來(lái)，整機(jī)的誤差就會(huì)放大。這還只是一個(gè)杯子，一臺(tái)儀器一共得有多少個(gè)零件啊！”

發(fā)展趨勢(shì)，小型化進(jìn)入社區(qū)和家庭

談到近紅外儀器發(fā)展趨勢(shì)的話題時(shí)，閔順耕首先談到了他對(duì)整個(gè)分析儀器發(fā)展方向的看法。由于加工技術(shù)和器件的發(fā)展，儀器小型化是一個(gè)必然的趨勢(shì)。另外，從人類(lèi)需求層面，就像現(xiàn)在出現(xiàn)了很多穿戴設(shè)備一樣，可穿戴的儀器也紛紛出現(xiàn)。再有，如何把儀器做得更便宜，這也是一個(gè)大的發(fā)展趨勢(shì)。

“近紅外儀器的小型化，我覺(jué)得技術(shù)上已經(jīng)到了‘門(mén)檻’了，尤其是常規(guī)用途方面。”微機(jī)電加工及微鏡技術(shù)等的日益成熟，出現(xiàn)了一些微型化儀器和器件，如法布里珀羅芯片已經(jīng)做到了指甲蓋大小，那么整機(jī)的小型化指日可待了，近來(lái)已經(jīng)有一些公司推出了微型光譜儀。

近期，閔順耕一直在調(diào)研和營(yíng)養(yǎng)健康相關(guān)的哪些指標(biāo)是近紅外可以“搞定”的，考慮如何將近紅外小型化之后進(jìn)入社區(qū)和家庭中去。“日常生活對(duì)分析儀器的需求越來(lái)越明顯，這是社會(huì)發(fā)展必然的結(jié)果。而近紅外最大的好處就是低成本，如德州儀器的微鏡價(jià)格已經(jīng)降到大約1000塊錢(qián)左右一塊；而且近紅外用起來(lái)也比較方便，完全能用到家庭生活中去。”不過(guò)，閔順耕也提到，我們不能指望一個(gè)近紅外解決所有問(wèn)題，可以配合其他的光譜一起。如在醫(yī)院有很好應(yīng)用的紫外可見(jiàn)分光光度法，都可以移植到家庭儀器中。

“不是用來(lái)精準(zhǔn)診斷，而是就人的健康狀況隨時(shí)進(jìn)行報(bào)警、提醒，如你今天是不是缺水，是否需要多喝點(diǎn)水。或者，進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)配方、營(yíng)養(yǎng)管理和健康管理，可以給出你吃的每塊肉的脂肪、蛋白準(zhǔn)確含量。再或者，我們現(xiàn)在天天接觸最多的‘喝的水’，如家里每天水龍頭打開(kāi)的時(shí)候，查查水合不合格。我覺(jué)得這都是儀器發(fā)展很重要的一個(gè)方面。”