透视2019国际近红外大会 应用是最大主题

第19届国际近红外光谱会议(NIR2019)于2019年9月15-20日在澳大利亚黄金海岸(Gold Coast)国际会议中心召开。来自36个国家的347位代表参加了此次会议，其中中国代表团有30余位代表，同时还有9位中国海外留学生及华人代表。

　　此次会议的参会论文共计225篇，其中大会邀请报告11篇，口头报告51篇，墙报163篇。口头报告分为23个会议单元，主题分别是农业与食品科学/食品安全(6个单元)、功能近红外光谱(6个单元)、理论和仪器(3个单元)、土壤和环境(3个单元)、化学计量学(2个单元)、高光谱成像(2个单元)、水光谱组学(1个单元)。

　　实用性是近红外光谱技术的最大特点，本次会议的报告设置充分展示了近红外光谱技术在农业、食品、环境等领域中的应用。与往届会议相比，本次会议内容更加丰富和多样，拓展了近红外光谱技术的应用领域。比如，fNIR将近红外光谱技术的应用拓展到生物、医学、认知甚至行为科学；水光谱组学则充分利用水光谱的精细结构对分析体系进行分析，大大提升了相关研究的科学性、学术性和创新性。

下面将分主题介绍本次会议中所体现的近红外光谱技术的应用情况：

　　农业与食品

　　近红外光谱分析技术在食品、农作物、木材等的鉴别检测中的应用广泛，具有方便、快速、高效、准确和成本较低、不损坏样品等优势，随着仪器和化学计量学方法的发展，近红外光谱技术在农业和食品领域会具有更加广阔的前景。

　　本次会议中“农业与食品”主题的论文和报告占据了很大的分量，该主题特别安排了大会邀请报告“New perspectives and challenges to face food integrity issues using NIRS: unlocking its value as a smart sensing device(利用近红外技术解决食品完整性问题的新观点和挑战：挖掘其作为智能传感设备的价值)”，强调了近红外光谱技术在过程控制和质量检测中的应用以及需要进一步解决的问题。

　　此外，本主题还安排了32场口头报告，分别介绍了近红外光谱在奶制品、农作物、食品、饮料以及相关产品分析中的应用。在这些研究工作中，一些科研团队利用商品仪器开展研究工作，也有研究团队针对自己的研究对象开展了仪器的改装和测量方式的改进，例如在线/在位测量装置的设计并应用于监测饼干的质量。

　　功能近红外光谱技术

　　功能近红外光谱技术(fNIR)提供了一种相对无创、安全且低成本的间接和直接监测脑部活动的方法，在实验研究中显示了较为满意的结果。不过大家普遍认为目前fNIR仍然是一项新技术，空间分辨率的提高、数据的测量和处理技术等还需要进一步发展完善。

　　作为本次会议的特色主题，fNIR方面安排了6个会议单元，4场邀请报告，题目分别为“fNIRS principles, current applications in neuroscience and technological developments for monitoring mitochondrial function(fNIR的原理、在脑神经科学应用现状以及监测线粒体功能的技术发展)”，“The future of fNIRS: Technology, methods and applications(fNIRS的未来：技术、方法和应用)”，“What optical imaging tells us about typical and atypical neurocognitive development(从光学成像了解典型和非典型神经认知发育的信息)”以及“Near infrared light illuminates the function of the acutely injured brain(近红外光谱用于研究急性损伤的大脑)”。

　　前两场报告从基础的角度讲述了fNIR的原理以及未来的应用方向，后两场报告主要强调fNIR在脑神经科学研究中的应用。来自日本庆应义塾大学的Minagawa教授采用fNIR技术对有自闭症(ASD)家族风险的婴儿和普通婴儿在静息状态下的脑功能性连接进行了纵向追踪研究，发现有ASD家族风险的婴儿的大脑功能连接和普通婴儿在不同时期有明显差异。另外，还进一步研究了有ASD家族风险的婴儿和普通婴儿分别在不同声音刺激下的大脑活动，发现在母亲声音的刺激下ASD家族风险婴儿的前额叶活动显著小于普通婴儿。

　　除此之外，会议在fNIR主题方面还安排了12场口头报告，分别介绍了fNIR用于评估人脑活动的生理和神经行为的研究等。

　　化学计量学

　　化学计量学是历届近红外光谱会议的重要主题，与前两届有所不同，本次会议安排了两个单元。国际近红外光谱学会的主席Tom Fearn教授在大会上作了两场报告，秉持其一贯作风，Tom Fearn教授从基础的角度讲述了马氏距离和Hotelling T2之间的关系，阐述了化学计量学方法的数学基础以及解决科学问题的重要性。

　　本主题中有三场口头报告内容分别是模型优化的策略、校正方法的优化以及一种新标准化的光谱处理方法。巧合的是，在三种方法的研究过程中都采用了变量选择方法，采用已建立的变量选择方法实现了新方法的建立；另外一单元的报告内容主要是化学计量学方法的应用，将化学计量学方法应用于实际样品的质量和定量检测，如小麦中的蛋白质检测、茄科植物中生物碱的定量检测等。

　　此外，会议还有30余篇化学计量学方面的论文，研究内容涉及了模型转移、变量选择方法以及各种定量模型的建模方法。这些方法对拓展近红外光谱的应用范围和改善近红外光谱模型的预测能力具有非常重要的作用。但是这些方法往往局限于某一种或一类物质的分析，通用性仍较差。发展具有普适性的化学计量学方法是今后需要继续努力的方向之一。

　　水光谱组学

　　“水光谱组学(aquaphotomics)”是指以生命体系中的水作为研究对象，利用光谱技术探测水分子在不同环境下的结构变化，在分子水平上反映生命体系中水分子与其他分子的相互作用或水在生命体系中的功能。近年来，国内外研究者以水为研究对象，基于水光谱组学和多种光谱技术为生物世界的研究打开了新的视野。可以说，近红外水光谱组学为近红外光谱在食品、生物和生命体系分析中应用开辟了新的领域，化学计量学为近红外光谱技术在实际复杂体系分析中的应用提供了技术手段。

　　水光谱组学作为近红外光谱的特色应用，首次安排了独立的会议单元，并安排了5场口头报告。来自日本神户大学的Tsenkova教授进行了题为“Aquaphotomics: From basics to applications and new technologies(水光谱组学：从基础到应用)”的报告。他的报告从不同角度介绍了水光谱组学的含义以及水光谱组学的优势和应用，尤其强调了在实际样品中的定量和定性分析中的应用。

　　南开大学邵学广教授的研究工作也被安排为口头报告之一，题目是“Understanding the complexity of water structures from near-infrared spectra by chemometrics and simulations(利用近红外光谱技术结合化学计量学方法和理论计算理解水结构的复杂性)”。邵学广教授的报告主要强调了将水作为探针，鉴于水的结构对温度敏感的特点，利用温控近红外光谱技术，通过提取随温度变化的水光谱信息对目标物进行定量和定性分析。该主题另外三场口头报告是利用水光谱组学和近红外光谱技术对实际复杂样品(植物、果汁及水果等)中目标成分进行定量检测。

　　此外，会议还有11篇水光谱组学方面的论文及墙报，研究内容涉及利用近红外光谱技术研究溶液体系，通过加入不同扰动，比如温度、浓度等，利用水光谱组学对近红外光谱数据进行分析，并应用于农作物、食品以及饮料分析中。

　　野生、生态与环境分析

　　野生、生态与环境分析主题的论文相对较少，但别具特色。会议特别安排了一场题目为“NIRS in wildlife conservation: From laboratory to airborne spectrometry(NIRS在野生生物保护中的作用：从实验室到机载光谱仪)”的大会邀请报告，主要介绍了近红外光谱技术在野生动物保护过程中的应用。

　　在此主题的口头报告中，有论文介绍了使用近红外光谱技术检测耳石含量从而估算鱼的年龄，也有论文通过分析雌性阿穆尔豹粪便的近红外光谱来判断其生殖情况。特别值得一提的是，本次会议将此单元报告安排在动物园中进行，在理论学习的同时，更加直观的看到近红外光谱技术在野生动物和生态环境方面的发展应用。

　　NIR2021将在北京举办，希望能聚集更多近红外光谱研究人员，展现近红外光谱领域的最新研究进展，开发更多应用与研究领域，促进近红外光谱技术与方法的进步。

（南开大学化学学院 孙岩 王冕 蔡文生 邵学广）

[来源：仪器信息网]

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