“跨越世纪的光谱分析”：近红外光谱技术的发展、现状与应用
（1. 山东大学药学院, 国家药品监督管理局药物制剂技术研究与评价重点实验室, 山东 济南 250012）
近红外光谱技术（NIR）是一种基于含氢基团振动的倍频和合频吸收的分析技术，因其可不伤害原有设备的检测、快速进行多组分分析等优势，自其出现以后，近红外光谱技术持续不断的发展并在多个领域逐渐得到普遍的应用。本文综述了近红外光谱技术的发展历史、中国近红外光谱技术的发展现状、过去三十年重要的技术应用突破及近红外光谱技术的最新发展和应用。目前近红外光谱技术已成为一个独立的分析技术方法，尤其在快速、无损害地进行检测技术的研究及应用方面取得了显著进展。未来，随着人工智能、智能材料及技术工艺的进步，近红外光谱技术有望继续磅礴发展，为更多领域带来新的突破。
近红外光谱技术（NIR）是一种在多个领域具有大范围的应用的分析技术，它通过一系列分析物质对近红外区域光的选择性吸收来获取物质的组成和结构信息。其具有无损、快速、可同时测定多个组分、可在线分析等多方面的优点，近年来NIR因其独特的优势，在多个领域得到了广泛的发展与应用，以下是关于近红外光谱技术发展历史及发展应用现状的一些阐述。
近红外光谱技术的发展可以追溯到1800年，英国科学家赫歇耳（W. Herschel）在实验中意外发现了近红外光
。随后，近红外光谱技术经历了几个重要的发展阶段。20世纪50年代，美国农业部的工程师K. Norris博士将短波近红外透射光谱技术应用于农产品中水分含量测定，这标志着近红外光谱技术在实际应用中的起步。60年代，随着商品化仪器的问世及Norris等人的深入研究，近红外光谱技术开始复苏，并开始在农产品和食品分析领域中得到初步应用[2]。70年代，化学计量学的创建为近红外光谱技术的现代化发展提供了理论基础。80年代，随着化学计量学的发展及计算机技术的突飞猛进，近红外光谱技术获得极大发展，光纤技术的应用也开始推动在线近红外光谱技术的发展[3]。90年代，近红外光谱在所有的领域应用全面展开[4]。进入21世纪，微机电系统（MEMS）技术的加快速度进行发展促进NIR仪器向更小型化、便携化的趋势发展[5]，同时近红外光谱化学成像（NIR Chemical Imaging）技术的兴起，进一步扩展了NIR技术的应用领域范围[6]。
中国近红外光谱技术的研究与应用相较于其他几个国家起步较晚，我国在1979年才开始引入近红外光谱仪，在90年代之前的研究还处于初步阶段，涉及的领域较少
。但进入21世纪后，随技术的进步和应用领域的拓展，中国在近红外光谱技术方面取得了显著发展进步。目前，中国正处于近红外光谱技术应用的上涨的趋势阶段，近红外光谱技术的应用领域也慢慢变得广泛，特别是在农业、石油工业等领域已经产生了经济效益。中国近红外光谱市场正在稳步增长，目前近红外光谱仪正朝着智能化和微型化的方向发展，然而，技术壁垒和多学科交叉的高技术门槛、模型建立、评价和修正的难度以及应用拓展不足、检测标准不完善等因素阻碍了近红外光谱产业的进一步深入发展[8]。但随着技术的进步和市场需求的扩大，中国近红外光谱技术仍将继续保持增长趋势，并发挥更大的力量。
近红外光谱分析中的化学计量学方法包括光谱预处理方法、波长波段选择方法、多元定量和定性校正方法、多数据融合方法及模型维护和传递方法等
。化学计量学的进步为近红外光谱技术的现代化发展提供了理论基础，使得从复杂的光谱数据中提取有用特征信息成为可能,从而提高分析结果的稳健性和准确性[7,8]。
仪器附件的优化、无损在线装置的研发及光纤技术等的应用推动了在线近红外光谱技术的发展，使得实时监测和控制工业生产过程成为现实,有助于实时在线掌握生产过程物料的状态、性质、含量等，深刻理解工业生产过程的本质，更有利于生产过程的实际控制
微机电系统（MEMS）技术的发展使得NIR仪器越来越小型化，便于携带和现场快速分析
。研究人员研发出一系列便携式近红外光谱仪同时将其与区域特色产业结合应用，使其在食品、饲料、粮油加工、烟草、能源化工和制药等行业的应用愈来愈普遍[8]。
近红外光谱化学成像技术是一种结合近红外光谱和成像技术的分析方法，它允许对样本的化学组成和物理性质进行非破坏性、快速的分析，同时提供空间分辨率信息，该技术的发展为研究物质的微观结构和分布提供了新的视角，不仅提高了分析效率和准确性，而且促进多个领域的技术进步和发展
近红外光谱技术已经广泛应用于农业、食品、制药、化工、环境科学、医学成像等多个领域，从农业到工业，从食品到药品，再从环境到医学，近红外光谱技术在多个领域展现出强大的应用潜力和广泛的应用前景，特别是在质量控制和过程监控方面发挥了重要作用
复旦大学张凡教授团队开发了基于近红外第二窗口荧光（NIR-II，约1500 nm）的活体无创显微技术，这项技术可以避免活体组织中的光衰减，实现对深脑组织中单细胞动态追踪。NIR-II荧光成像因其组织吸收和光子散射值更低，组织穿透性和分辨率更高，成为临床应用中最有前景的光学成像技术之一
NIR-II荧光成像技术在肿瘤的诊断、监测转移以及治疗方面的应用研究正在取得进展。结合多模态或诊疗一体化分子探针，NIR-II荧光成像可以实现对肿瘤的精准定位及引导治疗，对肿瘤的早期诊疗具有重要意义
随着红外仪器技术的发展，包括更稳定的电源、信号增强器、高灵敏度的光子探测器和微型计算机等在内的组件的发展，使得近红外光谱区可以作为一段独立的且有独特信息特征的光谱谱区，其已经得到了重视和发展
西北工业大学杨登涛、冯晴亮团队在Angewandte Chemie International Edition期刊发表研究论文，成功合成了一系列由硼原子桥接的螺旋扭曲D-π-A共轭体系，实现了明亮的红色到近红外(NIR)发射，其具有显著较窄的半峰全宽(FWHM)值，光致发光量子产率(PLQY)高达80%
。总结来说，近红外光谱技术在过去三十年中取得了显著的技术进步和应用突破，中国在这一领域的研究和应用也在不断发展和深化，此外，随着“工业4.0”和智能制造的推进，近红外光谱技术在生产线上的实时监控和反馈能力将会得到强化，助力实现全流程控制和资源优化。国内外也有许多新的进展与应用，这也表明近红外光谱技术在生物医学成像、肿瘤治疗、材料科学等领域的应用正在不断拓展，同时也在推动相关技术和仪器的发展。随技术等的不断进步，预计未来近红外光谱技术将在更多领域展现其独特的价值和潜力，推动相关产业的发展和创新。
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