在慶祝《 Spectroscopy》創刊30周年之際，該刊邀請多位近紅外光譜技術領域的專家評論該技術的發展現狀，並對未來的發展趨勢做出預測。
儘管近紅外光譜不屬於特別靈敏的分析技術，但由於該技術具有不需要樣品預處理的特點，其非常適合於過程監測、材料科學和醫療等領域的應用。該刊邀請了多位本領域的專家就近紅外光譜技術新進展、近紅外使用者面臨的挑戰、應用領域以及該技術的未來發展趨勢進行評論。
近紅外光譜技術發展現狀評述(上)
應用領域
前面我們已經提到了很多近紅外光譜的應用領域，下面將進一步介紹當前的一些重要應用以及一些新興的應用領域。
Dardenne說：「近紅外光譜始於上世紀60年代Karl Norris在農業領域的工作，我相信，農業依舊是該技術的主要應用領域，尤其是動物飼用價值的測定。」 Igne同意這一觀點，認為農業包括農作物、動物、林業和土壤是近紅外最重要的應用領域。
三位專家都同意製藥工業是當前另一個重要的應用領域。「在製藥領域，製藥企業和監管者已經從連續生產解決方案中獲得了巨大的效益。」McGeorge說，「這一生產方式的改變要求對連續生產過程進行驗證，以保證生產過程處於穩定狀態並生產出合格的產品。」McGeorge進一步指出，如果沒有像近紅外光譜這樣的無損測量技術用於每一個生產單元來確保藥物配方的一致性，這種生產方式的轉變不會得到快速實施。
但是，Igne對近紅外在製藥工業中的應用略持悲觀態度。「與已建立的傳統方法相比，監管限制了近紅外光譜技術的使用。」他說，「隨著監管負擔的減輕，近紅外將會更容易地用於生產過程的常規控制中，類似於溫度和壓力傳感器。」
McGeorge認為，最大的挑戰是正在盡力設計的全球監管體系下的光譜解決方案，因為每個國家和地區都有自己的要求。「目前，這些需求尚不明確，每位應用者都需要與各自的衛生主管部門進行反覆又艱難的協商。」他說：「這些應用的監管路線圖尚不清晰。」但是，McGeorge還是看到了已經取得的進展。他說：「情況正在發生改變，EMA發布了在製藥工業應用近紅外光譜的最終指南，FDA制定的指南草案正在審查中。」而且，ASTM E55委員會正在積極制訂用於藥廠多個環節的光譜在線和旁線分析的標準方法。McGeorge說：「通過這些努力，與早期的實施者相比，近紅外的實施藍圖將會變得更加清晰和容易。」
專家們認為生物醫學是近紅外光譜重要的新興應用領域。 「近紅外光譜用於生物醫學分析的大部分理論(吸收信號與散射信號的分離)工作已經完成，有望可以用來提高監測腫瘤和控制血糖的能力。」Igne說，「近紅外光譜儀可以用在病人床邊，對患者來說是重大的福音。」 Dardenne指出近紅外光譜用於生物醫學，必需進行縝密的驗證工作，一個小的錯誤將會帶來嚴重的後果。
Igne說，在傳統的近紅外應用領域，取樣和光譜採集方式的改進使得該技術更高效，並在拓展新的應用對象。他認為，儘管在近紅外光譜技術基礎認知方面已經進入成熟期，但依舊存在挑戰。Igne說：「如何確保從過程分析界面獲取高品質光譜以及如何從樣品中採集到最相關的信息，仍然是近紅外光譜技術所面臨的困難。」
近紅外在生物製藥中的作用
近期製藥企業迅速轉向蛋白質產品，這為近紅外光譜提供了一個新的應用領域。
「對生物製藥企業，將近紅外光譜用於過程分析，在上遊監測細胞的生長，在純化過程表徵蛋白質，這可帶來很大的效益。」Igne說，「許多研究團隊和企業已經投入了大量時間和資金，將近紅外光譜技術應用於生物反應器的監控，並取得了成功。」
「發酵對於近紅外來講是一個棘手的應用」Dardenne提醒說，「近紅外檢測的是NH鍵而不是大分子上NH的構型。」他補充說，近紅外光譜可用來測定一種確定的蛋白質或胺基酸，近紅外結果必須與真實值進行比較，不能表達為絕對值，而是要表達為相對於總氮含量的數值。
Igne和McGeorge指出，近紅外用於生物製藥領域的根本問題是水的存在。McGeorge說：「水在近紅外光譜區吸收很強且譜帶寬，在發酵過程中，水會降低近紅外光譜提供有效信息的能力。」
近紅外光譜聯用技術
分析化學中，聯用技術通常是指將幾種獨立的分析技術組合到一起的檢測方法，例如氣相色譜-質譜聯用或液相色譜-紅外聯用等。下面是專家們對近紅外聯用技術的觀點。
「我們課題組已將將近紅外和中紅外光譜數據進行了融合，也把草料的近紅外光譜與糞便的近紅外光譜組合以更好地預測消化率。」Dardenne說，「我們期望著NIR–Raman可攜式聯用儀器，甚至NIR–Raman–XRF可攜式聯用儀器。」
Igne認為近紅外成像的出現就是這類技術的實例。他說：「儘管傳統的遙感技術已經應用，但是隨著無人機的發展，低成本的近紅外化學成像數據將會越來越多地用於農業和自然資源管理領域。」他補充說，近紅外化學成像也可用於食品工業(例如禽類和新鮮水果)和製藥工業的連續生產單元，實時監測產品的品質。
未來的發展
專家們對近紅外光譜及其儀器的未來發展意見不一，但成本問題卻是共同關注的。
「我期望低成本微型近紅外光譜系統能得到廣泛應用，這些系統通過無線方式與網際網路連接，能夠像當前生產過程中pH值探針或壓力傳感器一樣以常規方式得到應用。」McGeorge說，「近期基於LVF的超小型光譜儀的商品化，就是一個證明實例。隨著這類儀器的不斷應用，其局限性就會不斷暴露，在此基礎上再進行改進完善，從而進一步應用於更苛刻要求的場合。」他認為隨著這類儀器成本的降低，近紅外光譜儀會在主流商店得到應用，甚至有可能集成到手機上。
Dardenne提到了高光譜成像系統成本降低來帶影響，「就儀器而言，高光譜相機的價格將下降，使其可應用於更多領域。」 Dardenne預測，高光譜成像系統將會像經典儀器一樣得到實際應用，但是它能夠檢測到更低含量水平的汙染物;同時，高光譜成像系統將會與無人機集於一體。Dardenne 說：「我們將會看到攜帶高光譜成像系統的無人機，用於提升精準農業水平，更有效地使用化肥和農藥。」
Igne認為，近紅外光譜儀器應用於工業現場，除了成本問題，還要將儀器的解析度、信噪比與儀器的穩定性和耐用性綜合起來考慮。他認為儀器公司將會沿著兩條路發展，「原有儀器公司將會繼續提升現有儀器系統的性能，而新儀器公司將會致力於設計針對特定應用的專用型儀器，不像研發實驗室所用的儀器包羅各式各樣的功能，這些專用儀器的功能專一。」他說：「這將顯著降低儀器的成本，促進近紅外技術在工業中的應用，因為成本和維護一直是制約該技術推廣應用的主要障礙。」
Igne預計會研發出更多的多技術聯用儀器，以將數據融合併能更全面地獲取樣品的信息。（全文完）