國際近紅外光譜技術的發展 （—）
2015-11-05
科普知識
國際近紅外光譜技術的發展 （—）
-及我怎樣走進近紅外的幾個小故事
龔偉
作者簡介：龔偉，女。1977年畢業于安徽大學化學系，1989年畢業于休斯敦大學化學系，獲分析化學博士學位，長期從事近紅外光譜NIR和化學計量學研究。先后就職于休斯敦大學化學系、Warner Lambert-Park Davis (現輝瑞)、Uniqema International、CRODA International等公司。曾擔任美國 NIR application Consultants Inc.主席、英國帝國化學工業公司（ICI）資深科學家等職務。國際分析實驗室管理人員協會（ALMA）等學術組織會員。現任江蘇大學客座教授，定居荷蘭鹿特丹。
近紅外光譜的發現
? ? 第一個發現紅外線光譜的人是原來的Hanoverian（羅馬帝國）人, 后來移民到英國的 Friedrich William Herschel。 他生于 1738 年11 月 15 日，卒于1822 年的8 月25 日。他多才多藝，是天文學家，也是個音樂家。但是他畢身從事的事業其實還是天文學，他在1774 年就建造了他自己的第一臺天文望遠鏡。1800 年 二月 11日，Friedrich William Herschel用了一個三角棱鏡使太陽光通過，分開了從藍光到紅光的各種光， 他在紅光的尾部放了一個溫度計，原意是控制室內溫度的。后來他很吃驚的發現從藍光到紅光溫度一直上升，紅光部份的溫度大大的超過可見光的溫度，他推理的結果就是在可見光外一定還有肉眼看不見的光。 這部份就是今天的紅外光區域，也正是這個實驗使Friedrich William Herschel意外的發現了紅外光譜。
? ? 隨著時間的推移，一晃一個半世紀過去了。在這個期間，人類開始并且逐漸地大量應用中紅外做研究， 因為它的各種化學管能團的特征吸收峰非常明顯，很適合做化合物的定性分析和部分的定量分析，比如過去分析部門常用的中紅外的標準工作曲線法就是個例子。從20 世紀開始，中紅外儀器已經成了每個研究機構的必備儀器。但是中紅外的應用并沒有將近紅外光譜部分包括進去，近紅外光譜 依然是一門沒有發展的技術，一個沉睡的巨人，一塊未開墾的處女地。
二十世紀國際近紅外光譜技術的發展
? ? 近紅外技術的覺醒開始在 二十世紀中葉。一般世界公認的“近紅外之父”是Dr. Karl ?H ?Norris。他當時在美聯邦的農業部門做研究工作。1949 年為了發展一個自動化雞蛋質量的分類的方法， 他用了可見光到短波長的近紅外光的部分來鑒別雞蛋，他發現了在750 nm的水的吸收峰。但是 由于當時對近紅外光譜的理解有限，他并沒有將蛋黃的顏色和水分的含量聯系起來考慮雞蛋的質量，這個發現也就擱下了，沒有深入下去。1962年，Hart and ?Golumbic 用了此波長成功測定了種子中的含水量。這些應用也是第一次確認近紅外光譜可以不破壞樣品，不需要樣品的預處理，可以測定固體樣品中某些含量。這才有了Trans-reflectance近紅外光譜的測定方法。與Dr. Karl Norris同時期為近紅外技術在農產品檢驗的發展上做了研究工作的還有， Dr. ?Prof. ?P . Williams, ?Dr. Prof. Fred McClure and and Dr. J. Shenk ?等。 ?當年他們把近紅外技術應用在的農產品檢測上的樣品有大豆，油料，小麥，食品，和羊毛等，而近紅外光譜最著名的應用則是用近紅外光譜儀測定小麥里的蛋白質。
? ? 1991 年8 月22日，我有幸參加了在蘇格蘭的Aberdeen舉行的世界第四屆近紅外光譜學術大會 （4th ICNIRS）。會議的主題是（Making light work） 我做為一個在近紅外領域剛剛起步的晚輩，懷著崇敬的心情向Dr. Karl Norris匯報了我在油料化學工業上的近紅外光譜的應用。請他看了我做的肥皂的近紅外光譜圖，說了我的分析和我的理解，請教了他幾個chemometrics 里所用的圖解，并與Dr. Karl Norris 合影留念（見照片1）。 Karl當時非常耐心的聽了我的說明，也很驚奇我能用剛剛上市的儀器 ? (NIRSystem 6500, 應用軟件還沒有出版) 打出光譜圖， 并且用了Unscrrambler ?(Chemometrics ) 軟件把結果給解讀了。后來我才知道，第一個NIRSystem 6500儀器的使用軟件是他親自編寫的，當時還沒有寫完！他也不知道，為了使用這臺新儀器， 我和當年在NIRSystem 6500 儀器公司做銷售后服務的資深工程師 Mr. Andre Van den Broeck ?(現任一個公司歐州地區總裁) 在實驗室奮斗了三天三夜才打出了第一張肥皂樣品的近紅外的光譜圖！
? ? 當時Dr. Karl Norris對我說， 能將近紅外用于化工分析他還不太了解， 因為他的專業是農產品分析。他給我留下的印象非常深刻， 他很謙虛，是一個很愿意聽取別人的見解，非常和藹可親和平易近人的科學家。在Dr. Karl Norris和他的同事工作的基礎上，他那一輩近紅外光譜應用的研究人員 當年做了很多開創性工作，他們當中我知道的有： Barnes, R.F.; ? Moore, J. E.；Wetzel, D. L.; Griffiths, P.; Davies, A.M.C.; ?Murray. I. ; ?Weyer, L.； Iwamoto, Mutsuo; Gold H.S.； Stark, Ed.; ?StarK, Karen; Siesler, H. W ; Batten, G.D. and Downey, Gerard. ; Brown, S. D. ; ?Buijs, H. ; Etc. 他們中有人至今還在繼續為近紅外事業做貢獻。
? ? 當年積極發展近紅外技術應用的除了農產品外，其它主要的領域還有，食品分析，飼料，高分子聚合物， 自然和合成纖維，制藥，化工，和石油化工等。
? ? 1992 年，在挪威的Haugesund, 由于我的近紅外論文（.Group information - an application of PCA/PLS）被接受并在第五屆近紅外光譜學術會議 (5th ICNIRS)上發言，當年的ICNIRS 的主席夫婦Dr. E. Stark 和Dr. K. Stark 和在我離開會場時追上了我，表示對我的論文的贊賞。 當時我們只做了短嶄的交談，后來因為常常在各種世界大會上見面，我們就成了長期的好朋友。在這次大會上有一件事是我終身難忘的。大會注冊報到的第一天，因為我能說比較流利的英語，許多參會的代表議論紛紛，有的說我是日本人，有的說我是韓國人， 也有的說我是香港人或是新加坡人或是臺灣人。我不能一一向大家說明。正好第二天我是第二個發言，我就穿上了旗袍。第一句話就是：很多人猜測我是哪里來的？我不是韓國人，也不是香港人或是新加坡人或是臺灣人，更不是日本人，她們沒有我的個子這么高,對嗎？我是中國大陸來的中國人，100%， 請看我的中裝旗袍！臺下熱烈的掌聲持續了2-3 分鐘。大會主席還為我拍下了照片。（請看照片2）可見外國人是非常尊重一個有國格和人格的人的。中國那時還剛剛改革開放， 我們是窮，但是孩子不能嫌棄母親，我們永遠是黃河的子孫，黃皮膚的中國人。
? ? 1994 年， 我也參加了在澳大利亞舉行的國際第六屆近紅外光譜學術會議（6th CNIRS）。向大會做了題為"Production control by Near Infrared spectroscopy" 的學術報告。這次也值得提起的一件事是，這是我第一次遇到來自中國的兩位做近紅外光譜應用的老師， 兩位都是當年中國農科所的研究員， 一位是吳秀琴先生（女）， 一位是金東銘先生。他們在大會要做的發言是用近紅外光譜來做蠶蛹的鑒別。吳老師很緊張，她的英語不大好，加上沒有做發言提要的幻燈片，（那時大會還不能用計算機的ppt做報告，要用幻燈機片）只帶來她的全文。當時Prof. Dr. G.D. Batten還要請她談一下中國近紅外的發展情況，吳老師很為難。我幫她給Prof. Dr. G.D. Batten解釋了要她對全中國近紅外情況做介紹比較困難，后來吳老師就沒有談這部分內容。當天晚上，我連夜幫她把全文的摘要加上她原來的部分內容做成了幻燈片。吳老師順利上臺做了報告。她們的工作是做的很成功的， 能用透射-漫反射近紅外光譜分辯出蠶蛹的雌雄， 受到大會的贊揚。?
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