主题：【分享】近红外光谱仪的标准化

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发表于：2024/06/24 21:25:10 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

随着化学计量学、光纤和计算机技术的发展，近红外光谱分析技术正以惊人的速度应用于包括农业、林业、牧业、食品、石化、化工、医药、烟草、环境等在内的许多领域，成为科学研究、教育教学、生产过程控制以及生活服务使用检测分析仪表中的一枝奇葩。近红外光谱的一个重要特点就是技术本身自成一体，各项性能长期稳定性，以保证光谱或者成像数据的良好重现性；功能齐全的化学计量学软件平台，是可靠分析和建立数据模型的必要工具；模型具有普适性和使用的准确性。这三者有机结合起来，使得近红外光谱技术提供了一个广阔的使用空间，为用户真正发挥服务作用。

近红外光谱技术的分析速度快、非破坏性、样品制备量小、多组分多通道同时测定、几乎适合各类样品检测的特点决定了其光谱信号杂乱叠加，因此，在分析应用过程中，不得不建立校正模型。然而，限于现有的制造工艺，不同光谱仪器之间存在系统误差，例如布鲁克、珀金埃尔默、赛默飞、福斯、万通、德沃、步琦等不同品牌、型号的光谱仪，其分辨率和精密度变化较大，当然也随着仪器的价格波动。在一台主机光谱仪上建立的校正模型，用于另一台从机光谱仪上时，模型往往不能给出令人满意的预测结果。解决这一问题的途径，一般是首先完善仪器硬件加工的标准化，提高加工工艺水平，降低主机和从机在器件等方面存在的差异，使得同一样品在不同仪器上量测的光谱尽可能一致，即仪器的标准化。经过多年的努力，对于同一型号甚至不同型号的傅立叶型近红外光谱仪器，基本可以通过上述方法实现光谱的直接转移。近些年，随着技术和制造水平的提高，一些便携式仪器也能够进行同型号仪器间的光谱转移。但是，不同光谱仪，尤其是不同品牌仪器之间仍可能存在巨大的差异，例如光栅型光谱仪与傅里叶变换型光谱仪之间的差异。这种差异依然会引起多元校正模型的不适用性，即在一台仪器上建立的模型，用于其他仪器时，产生无法接受的系统性预测偏差。那么，就需要通过数学方法来解决不同仪器间光谱差异性的问题。目前，文献通常称之为模型传递或模型转移，也有文献称为仪器转移或仪器传递。

标准化是在近红外光谱技术实践应用中，针对实际的或潜在的光谱表征样本构成信息和质量判定问题而制定和实施共同的和重复使用的统一规则的活动，以达到贯彻实施相关的国家、行业、地方标准等为主要内容的过程。标准化的重要意义是为适应科学发展和组织生产生活的需要，在光谱仪产品质量、规格、零部件通用等方面，尽量统一技术标准，从而改进光谱技术应用过程或服务的适用性。近红外光谱的标准化通常包含了仪器、技术和模型三个方面的统一、简化、协调和最优化。统一原理是为了保证检测分析物对象所必须的光谱或者成像数据量测和效率，具备分析物的构成、功能或其他特性，确定适合于一定时期和一定条件的一致规范，并使这种一致规范与被取代的分析物在功能上达到等效。简化原理是为了经济有效地满足需要，对标准化分析物对象的结构信息、光谱型式或其他性能进行筛选提炼，剔除其中多余的、低效能的、可替换的环节，精炼并确定出满足需要所必要的高效能的环节，保持近红外光谱技术构成精简合理，使之功能效率最高。协调原理是为了使标准的近红外技术功能达到最佳，并产生实际效果，通过有效的方式协调好仪器设备、技术使用和模型应用内外相关因素之间的关系，确定为建立和保持相互一致，适应或平衡关系所必须具备的条件。

“车同轨”、“书同文”、“度同制”，在可预期的未来，仪器的标准化问题将有望得到彻底解决，在一台仪器上建立的模型数据库可以方便准确地用于其他近红外光谱仪器。近红外光谱以及相关技术的标准化实施，可以整合和引导社会资源，激活科技要素，推动创新，加速技术积累、科技进步、成果推广、创新扩散、产业升级以及经济、社会、环境的全面、协调、可持续发展。