评述近红外光谱技术现状

2015-10-06 admin1 96

  尽管近红外光谱不属于特别灵敏的分析技术,但由于该技术具有不需要样品预处理的特点,其非常适合于过程监测、材料科学和医疗等领域的应用。

 

  过去十年近红外光谱技术新进展

 

  专家们认为近红外光谱技术最新进展主要是新成像系统和仪器的小型化。

 

  Pierre Dardenne是比利时瓦隆农业研究中心的部门主任,他认为近红外技术的两大进展是高光谱成像和便携式仪器。Gary McGeorge是百时美施贵宝公司(bristol-myers squibb)的高级首席科学家,他赞同Dardenne关于高光谱成像重要性的观点。“成像光谱仪和高光谱成像仪的商品化和应用是近红外领域过去十年的显著性变革”,他说,“成像技术可以给出药物中成分的微观分布信息,为进一步了解该药物的功效提供帮助。”

 

  McGeorge指出,这些成像仪器除了用于药品分析外,还可与机器视觉系统结合用于农业和食品加工领域。他说:“如果分析时只需要几个波长,这些成像系统可以在几秒钟之内得到实时的图像,这在以前是不可能的事。”

 

  Benoit Igne是葛兰素史克(GSK)公司的首席科学家,也是近红外光谱学会(Council for Near-Infrared Spectroscopy)主席当选人,他认为主要的进展是近红外系统的小型化。他说:“过去5–10年,近红外最重要的进展是市场上存在的低成本、小型、专用仪器,它们可以替代大型仪器用于研发、现场和生产等场合。”Benoit Igne认为微型FT-NIR、MEMS-NIR、LVF-NIR可用于先前研究级仪器所应用的领域,例如实时分析、在线监测和过程控制。他补充说:“这类仪器的低成本特点,甚至允许仪器在出现故障时换一台新仪器,而不是维修,具备完全颠覆传统仪器生命周期的能力。”

 

  局限与挑战

 

  下面专家们将讨论当前光谱学家在研发和使用近红外光谱技术时所面临的主要挑战,包括该技术的局限性以及使用该技术的困难性。

 

  Benoit Igne说:“使近红外光谱这么令人关注,同时也是使其难以应用的原因是近红外光谱对样品的基体非常敏感。”他指出,除非建立的模型经过认真系统的设计和验证,否则所建立的模型极易受样品基体的影响,例如样品的颗粒度、密度、湿度和温度,而系统的设计和验证工作通常需要大量的时间、精力和资金。Benoit Igne接着说:“我们需要继续做工作,以深入了解漫反射和透射的吸收和散射特性,以开发出更有效的算法来消除基体对光谱的影响,从而提高模型的稳健性。”

 

  McGeorge认同上述观点,近红外光谱技术的重大挑战是建立稳健的模型。他说:“建立定量方法,必须保证模型的准确性并且在多种变化的物理干扰物存在的情况下模型依旧稳健。在建立药物模型时,要设计并实现模型的稳健性非常昂贵。光谱学家需要掌握如何在最低资源消耗的条件下减少这些干扰物的影响。”他补充说到,如果模型没有能力适应各种影响因素,我们很难让企业的领导者相信近红外技术会带来显著的经济效益。

 

  McGeorge认为药物分析对近红外模型有额外的稳健性要求,这是因为药片和其他口服制剂所用的辅料存在固有的易变性。他说:“辅料经常来源于天然产物,因此季节、地域和其他因素的变化会使这些材料在物化组成上的发