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            多位中國學者的研究工作閃耀近紅外國際舞臺

            儀器信息網 2019/09/30 10:29:01 點擊 1057 次
            默克工藝
            [導讀] 2019年9月16-20日,兩年一次的國際近紅外大會(ICNIRS)在澳大利亞黃金海岸召開,吸引了來自36個國家的347位代表參加,其中參會的中國學者有30多位。

              儀器信息網訊 2019年9月16-20日,兩年一次的國際近紅外大會(ICNIRS)在澳大利亞黃金海岸召開,吸引了來自36個國家的347位代表參加,其中參會的中國學者有30多位。

              本次會議報告的安排涉及了近紅外技術應用的各個方面,包括乳制品、食品科學/食品安全、飲料、農業、林業、糧食谷物、地質勘探、農殘、化學計量學、水光譜、醫療/制藥/生命科學、過程分析等多個領域,并以專題報告的形式分別呈現。特別值得一提的是,本次會議還特別開設或者加大了水光譜組學、功能近紅外等主題方面的報告份量。

              與全球近紅外發展相比,中國近紅外學科的發展處在急劇上升的階段,相關的新技術、新應用層出不窮。而且,經過了多年的摸索和沉淀,中國的近紅外走過了從質疑到認可的過程,當前在飼料、煙草、石化、糧食等領域都得了很好的應用,并為用戶創造了客觀的經濟價值。不僅如此,中國學者在近紅外的前沿研究方面也取得了突出的成果。

              在本次會議上,多位中國學者展示了最新的研究成果,儀器信息網摘錄部分如下:

            袁洪福.jpg

            報告人:北京化工大學 袁洪福教授

            報告題目:Determination of gel time and gel point of epoxy curing using evolutionary near infrared spectroscopy

              近紅外光譜經典應用包括定性(判別)分析和定量分析(建立模型)。袁洪福教授的報告提出了一種不同的近紅外光譜新應用,通過連續測量反應過程的進展光譜,不需要參考數據和建立模型就可以直接測定反應過程的重要參數。

              據介紹,環氧固化主要反應是雙酚A單體和多胺單體交聯反應,進而制備性能優越的高分子材料。環氧反應隨固化反應進行,體系由液體向固體轉化,存在相變。其中,凝膠時間和凝膠點(即轉化率)是調控反應產物網絡結構的重要參數。傳統檢測需要分別使用兩種檢測方法測定,現場取樣化驗室分析,不僅費時費力,而且由于不同方法傳熱過程差別大和光譜基線漂移(固化光散射)問題,使得這些方法誤差很大。

              袁洪福教授的報告提出近紅外光譜是由組分的化學信號和噪聲信號構成的,二者在信號頻率上不同。通過小波變化可有效地對其分離。化學信號(中間頻率)用于測定凝膠點,低頻信號代表基線漂移,主要來自光散射,可以用于凝膠時間測定。這種方法可以同時測定反應過程的凝膠點和凝膠時間。與傳統方法比較,該方法顯著地提高了檢測精度,并實現實時檢測。

            邵學廣.jpg

            報告人:南開大學 邵學廣教授

            報告題目:Understanding the complexity of water structures from near-infrared spectra by chemometrics and simulations

              據介紹,目前溫控近紅外光譜數據分析主要有兩方面的難題,一是數據的維度,多個樣品在多個擾動條件下得到的測量數據可能是三維、四維甚至更高維度的光譜數據,分析這些數據需要建立高維數據分析算法;二是水結構的復雜性和光譜分辨率低之間的矛盾。如何從結構簡單的光譜中挖掘更多體現水結構的信息是此類工作的另一個難點。

              邵學廣教授近期的研究工作主要集中在化學計量學方法研究方面,即針對溫控近紅外光譜的高維數據矩陣建立相關的化學計量學方法提取定量和結構信息。其嘗試了文獻報導的高維算法,對多級同時成分分析進行了改進,提出了互因子分析方法等。研究結果表明,從溫控近紅外光譜數據中提取定量信息并不是很困難,但結構信息的提取方法還有待于進一步開發。此外,邵學廣教授還在水光譜的結構分析方面建立了基于優化算法和高斯峰的擬合方法,得到了不同濃度和不同溫度下葡萄糖水溶液中不同水結構隨溫度和濃度的變化趨勢,揭示了葡萄糖可以使水的結構更加有序,同時也說明了水對生物分子結構的保護作用。

              邵學廣教授指出,溫控近紅外光譜在水結構的研究中發揮了重要作用,化學計量學和分子模擬為水光譜的研究提供了技術手段。但是,由于水的結構非常復雜性,而目前可利用的光譜信息非常有限,亟待發展更有效的化學計量學方法從光譜提取更多更有效的信息。

            倪力軍.jpg

            報告人:華東理工大學 倪力軍教授

            報告題目:Building a robust and shareable NIR model of predicting total plant alkaloid of Solanaceae plants based on wavelengths with consistent and stable signals

              模型的穩健性和共享性對于近紅外技術的推廣和應用非常重要,倪力軍教授的報告提出通過方差分析篩選儀器間光譜信號一致性好且穩定的波長建立近紅外定量分析模型,以實現不同儀器共享同一模型的SWCSS方法。

              據介紹,倪力軍教授采用SWCSS方法建立了煙葉總植物堿的PLS模型(SWCSS-PLS),預測4臺儀器測試的煙葉樣本總植物堿的平均誤差均小于6%,滿足工業應用要求。這一結果大大優于全波長近紅外模型及經過PDS校正從機光譜后的全波長模型結果。

              倪力軍教授認為,這一思想也可供基于其他類型分子光譜(如拉曼、紅外、紫外等)建立穩健、可直接共享的光譜模型借鑒。同時,她也指出,該方法目前只是對于同類型近紅外光譜儀,以中藥材、玉米及煙草中主要成分的近紅外定量模型的共享進行了嘗試和驗證,SWCSS方法對于不同類型光譜儀及其他樣品的適應性有待進一步驗證。

            屠康.jpg

            報告人:南京農業大學 屠康教授

            報告題目:Investigation of rapid detection for fungal diseases in peaches using hyperspectral imaging and electronic nose 

              桃果實采后病害影響其營養品質和經濟效益,與傳統病害檢測方法不同,高光譜成像和人工嗅覺仿真技術具有快速、無損、可重復性等優勢。屠康教授介紹說,研究表明:桃果實病害散射系數隨光波長增加而穩步下降,且隨病害程度加深而減小。對應光吸收系數在675nm和970nm呈現特征吸收特性,并與病害程度關聯響應。

              在研究工作中,屠康教授取得了一系列的進展:基于葉綠素含量的連續投影算法并結合波段比圖像識別模式實現病害桃果實98.75%的準確識別率,結合圖像分割算法實現果實病害的動態檢測;結合桃果實病害氣味,研究發現病害過程中受感染菌群和微生物含量影響,對應的果實揮發性成分呈現特征變化,基于此分析建立了多量綱信息融合判別桃果實病害程度的方法。

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            報告人:山東大學 孫鐘毓博士

            (導師:山東大學 臧恒昌教授)

            報告題目:Data mean and ratio of absorbance to concentration methods: a novel optimization strategy for near infrared spectroscopy modelling 

              血漿蛋白含量檢測是日常血漿采集和生產的重要檢測項目,先前的研究已將近紅外光譜分析技術應用于血漿蛋白含量的檢測中,但只是運用常規的近紅外建模方法進行預測,無方法上的創新。

              孫鐘毓博士的研究旨在創新近紅外光譜法測定血漿蛋白含量,提出建模策略,包括“數據均值化”和“吸光度-濃度變化率”兩種方法,并對影響近紅外光譜建模的三方面因素進行討論:基于“數據均值化”方法提高近紅外光譜建模參比數據穩定性; 基于“數據均值化”方法提高近紅外建模光譜質量; 基于“吸光度-濃度變化率”波段選擇方法提高近紅外建模能力。

              據介紹,“數據均值化”方法,提高了近紅外光譜分析技術中參比數據的穩定性和建模光譜的穩定性,并提高了近紅外光譜建模預測能力; “吸光度-濃度變化率”波段選擇方法,與常規波段選擇方法相比,不僅能提高近紅外光譜建模預測能力,還具有廣泛的通用性。

              除此之外,還有多位中國學者,以及不少華人學者在本次會議作報告,分享最新的研究成果。

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            參會中國代表合影

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            會議參會代表合影

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