儀器信息網(wǎng)訊日本靜岡制機(jī)株式會社(簡稱靜岡制機(jī)公司),一家具有100多年歷史的大型農(nóng)業(yè)機(jī)械制造公司,在加熱器、農(nóng)用機(jī)械等方面具有雄厚實力,同時也是近紅外谷物糧食成分分析儀器專業(yè)制造商。
早在本世紀(jì)之初,靜岡制機(jī)就在日本先聲奪人,開發(fā)出了面向市場的大米食味計。一炮走紅之后,腳步并沒有停下,2016年,靜岡制機(jī)公司又推出了最新一代高精度近紅外食味分析儀。這臺食味計能在對大米的水分、蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、脂肪酸等成分精準(zhǔn)測定的同時,更能夠?qū)崟r評定大米的食味值,大米好吃不好吃,由食味分析儀來一錘定音,為大米在流通環(huán)節(jié)中的“按質(zhì)定價”提供了科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。近日,這款產(chǎn)品的研發(fā)者、靜岡公司近紅外工程師石津裕之受中國農(nóng)業(yè)大學(xué)韓東海教授邀請,到其實驗室進(jìn)行技術(shù)交流,儀器信息網(wǎng)編輯與他就近紅外相關(guān)話題展開交流。
日本靜岡制機(jī)株式會社近紅外工程師石津裕之(左)與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)韓東海教授(右)
大獲成功的第五代大米食味分析儀
石津裕之與近紅外的結(jié)緣起始于1999年。當(dāng)時日本農(nóng)業(yè)大量施用氮肥,作物吸收不了被雨水沖刷到河里,造成環(huán)境污染,在此背景下,石津裕之開始從事近紅外儀器研發(fā)工作,用于檢測目標(biāo)物中的氮元素含量。此后,他還參與了水果糖度檢測儀器的開發(fā),在近紅外儀器研發(fā)領(lǐng)域積累大量經(jīng)驗。
2004年,懷揣近紅外儀器研發(fā)興趣的石津裕之加入日本靜岡制機(jī)株式會社,圍繞大米和茶葉研發(fā)了系列近紅外儀器設(shè)備,新一代高精度近紅外食味分析儀就是成果之一。石津先生介紹到:“我們最新研發(fā)的是靜岡制機(jī)公司第五代大米食味分析儀,產(chǎn)品在前四代的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),可測定大米中的淀粉、蛋白、脂肪等成分,最終依據(jù)食味給大米打分。日本依據(jù)品質(zhì)給大米定價,儀器判定的結(jié)果將直接影響大米定價?!?p> 作為一家主打大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的百年企業(yè),近紅外儀器在靜岡制機(jī)公司的事業(yè)版圖中占比僅為3%。但石津裕之表示:“近紅外業(yè)務(wù)占比雖小,可儀器的附加值卻很高。自公司第一代食味分析儀問世至今,臺式儀器已售出400多臺,便攜式售出600多臺,另外一款茶葉分析儀也有將近200臺的銷量?!? 在日本生產(chǎn)大米食味分析儀的4家廠商中,也僅有靜岡制機(jī)一家獲得日本農(nóng)林水產(chǎn)省和北海道設(shè)施協(xié)會的資質(zhì)認(rèn)定,這也是產(chǎn)品的核心競爭優(yōu)勢所在。
石津裕之與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)近紅外團(tuán)隊進(jìn)行技術(shù)交流
消除近紅外儀器“臺間差”是關(guān)鍵
從事近紅外儀器研發(fā)的十幾年間,石津裕之當(dāng)然也經(jīng)歷過許許多多,大大小小的攻關(guān)。當(dāng)筆者詢問在研發(fā)儀器時最看重什么時,他反復(fù)提到了“臺間差”這個詞。石津裕之表示:“大家都買了同一型號近紅外儀器,檢測同一批大米時候,稻農(nóng)的儀器測得的數(shù)值是6.8,大米中間商的儀器也是測得6.8,到了銷售成品米的超市的儀器那里,得出的結(jié)果卻變成了7.0,這就提示有可能是儀器臺間差造成的。在日本,數(shù)值相差0.1的大米價格上有可能差出幾千日元,因此測量不僅要追求精度,也要注意同型號之間的臺間差?!?p> 近紅外儀器離散性大,如何消除每臺儀器的臺間差,這涉及到硬件開發(fā)、模型建立的環(huán)節(jié),可以說是儀器研發(fā)的最大挑戰(zhàn)。為消除臺間差,石津裕之在這方面下了很大功夫,最終摸索出了依靠經(jīng)驗經(jīng)驗和提高分辨率的解決方法。
石津裕之拿光柵舉例,光柵的角度控制對近紅外而言非常關(guān)鍵,為對光柵實施更好的控制,石津裕之在研發(fā)的儀器底部增加了一個特殊裝置以調(diào)整光柵角度,提高儀器分辨率。他補(bǔ)充說:“盡管各零部件都是從市場上買回來的,但在組裝和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面卻加上了自己的想法?!贝送?,增加特殊濾光片以消除波長漂移,嚴(yán)格把控儀器溫度,也是石津裕之消除儀器臺間差的訣竅。
此外,石津裕之認(rèn)為儀器設(shè)備的維護(hù)也十分重要,這一點在于引導(dǎo)用戶規(guī)范操作。靜岡制機(jī)公司每年都會給用戶銷售大量大米標(biāo)準(zhǔn)樣品,用于儀器的日常校準(zhǔn),既規(guī)范了操作,又創(chuàng)造了盈利。
交談最后,筆者詢問了石津裕之對近紅外發(fā)展的預(yù)期,他表示:“作為一項不可或缺的分析檢測技術(shù),未來對于近紅外的需求肯定越來越多,而隨著技術(shù)進(jìn)步,儀器價格也將進(jìn)一步降低?!?p>
韓東海教授代表中國儀器儀表學(xué)會近紅外光譜分會贈送禮物
采訪結(jié)束后,韓東海教授也就本次對話發(fā)表了感悟:
在我們看到的專業(yè)新聞中,對于專家和學(xué)者的研究報道屢見不鮮,而對企業(yè)一線專業(yè)人員的報道少之又少。受技術(shù)、資金、成本、市場和經(jīng)驗積累等方方面面的限制,國內(nèi)的近紅外發(fā)展之路必然是研制各種各樣的專用近紅外儀器?;诟道锶~變換原理的儀器能夠解決臺間差,但因其成本高,難以大面積推廣應(yīng)用。而基于其他原理的儀器,如何消除臺間差是個不可回避的問題。借日本靜岡制機(jī)公司的石津裕之工程師來京之際,在我的建議下,儀器信息網(wǎng)的劉豐秋編輯犧牲休息時間,專程來我校對他進(jìn)行了專訪。
靜岡制機(jī)的石津裕之工程師為了研制測量精度逼近化學(xué)檢測精度的近紅外食味分析儀采取了諸多特殊措施。除了上述報道的以外,還采用了光柵掃描結(jié)構(gòu)而非CCD陣列;光譜預(yù)處理從不使用我們常用的一階導(dǎo)和二階導(dǎo);蛋白質(zhì)特征吸收波段選擇了噪聲較大的1000nm以上。這些看似非常規(guī)的做法,成為靜岡制機(jī)取勝的法寶。更多細(xì)節(jié)因涉及企業(yè)秘密,不便披露。對石津工程師的采訪雖然不能解答我們所有的問題,如能有些思路上的啟迪和幫助,我們倍感榮幸。
在與石津裕之工程師交流過程中,我的感悟是為了研制一臺專用的近紅外儀器,一是要充分了解物料的光物性、檢測精度要求。二是對待檢測成分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)物的光學(xué)特性實驗,探討特征吸收峰或波段。三是制定消除臺間差、溫度修正、校正波長漂移特殊措施。四是在滿足檢測要求的情況,考慮如何降低成本,設(shè)計儀器結(jié)構(gòu)??偠灾t外應(yīng)用符合細(xì)節(jié)決定一切的道理。