近紅外光譜快檢技術在口岸安全監(jiān)管領域的應用展望

饒 敏，桂家祥，王曉娟，張 岑，喬 寧

(1.贛州海關，江西 贛州 341000；2.南昌海關學會，江西 南昌 330000；3.寧波海關，浙江 寧波 315012)

隨著中國參與全球一體化競爭的深入，社會各界對貿(mào)易便利化的呼聲日高，這對海關快捷通關提出了新的要求。與此同時，口岸安全防控也成為各國關注的焦點。我國口岸正面臨保障口岸安全與貿(mào)易便利的雙重要求，且執(zhí)法難度和復雜程度越來越高。檢驗檢疫融入海關使口岸安全管控的職能得以有效整合，口岸安全監(jiān)管能力和通關效率得到大幅提高，但與實現(xiàn)口岸安全嚴密監(jiān)管與貿(mào)易便利化的雙重目標仍有差距，究其原因，監(jiān)管手段和技術能力不足是制約口岸安全監(jiān)管能力和整體通關效率的最主要因素。主要表現(xiàn)為：①面對巨量的進出口貨物，商品歸類、商品組分、產(chǎn)地確立的技術能力尚不滿足快速通關的特殊要求；②對進出口商品及其關聯(lián)的運輸工具是否攜帶有毒有害物質、有害生物或病媒生物的精準鑒定的快速判斷技術不足，從而存在口岸安全管控對貿(mào)易便利化帶來的障礙。

近紅外光譜快速檢測技術是近年來分析領域發(fā)展較為迅猛的新興技術，具有“操作簡便、便攜、商品定性歸類和成分指標一鍵式秒測”的特點，不但可用于常規(guī)離線檢測，還可用于流動物料的在線檢測。隨著近紅外光譜儀器技術、計算機技術和化學計量學方法的不斷融合與發(fā)展，近紅外快速檢測技術已較為成熟，并廣泛應用于農(nóng)業(yè)、制藥、食品、石化、疫情疫病快速診斷等領域，為現(xiàn)代生活帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益。筆者認為，以快速檢測和快速診斷、鑒定為特征的近紅外快速檢測技術是適應口岸安全管控的一項新型技術，但其在傳統(tǒng)的口岸安全監(jiān)管實踐中尚未開展應用研究，在傳統(tǒng)的檢驗檢疫實踐中的運用也剛剛起步。鑒于近紅外快速檢測技術的諸多優(yōu)點，將其應用于商品智能歸類、材料成分快速鑒定、動植物產(chǎn)品快速檢疫鑒定、產(chǎn)品原產(chǎn)地鑒定、商品裝卸載過程的在線監(jiān)測領域，將顯著提高口岸安全的監(jiān)管能力和監(jiān)管效率。

1 近紅外快速檢測技術簡介

1.1 近紅外光譜分析技術的應用及發(fā)展

近紅外(NIR)是最早發(fā)現(xiàn)的不可見光，距今已有200多年歷史，但真正對其展開研究卻是在20世紀初采用攝譜的方法首次獲得了有機化合物的近紅外光譜，并對有關基團的近紅外光譜特征進行了解析[1]。但20世紀50年代以前，由于缺乏基礎儀器，近紅外光譜的研究為數(shù)不多，且未得到實際應用。此后，隨著簡易近紅外光譜儀器的出現(xiàn)，對近紅外光譜的應用達到一個小高潮，其在農(nóng)副產(chǎn)品(包括谷物、飼料、水果、蔬菜、肉、蛋、奶等)的品質(如水分、蛋白、油脂含量等)測定方面得到了一定應用[2]。20世紀80年代后期，隨著化學計量學方法在近紅外光譜技術上的應用，近紅外光譜分析技術才真正為人們所注意，加之在快速檢測技術方面積累的經(jīng)驗，使其迅速得到推廣并成為一門獨立的分析技術。尤其是近十年來，近紅外在儀器、軟件和應用上獲得了高度發(fā)展，以高效、快速的特點異軍突起，倍受人們關注[3]。

1.2 近紅外快速檢測技術應用現(xiàn)狀

近紅外光譜分析技術在幾十年的發(fā)展中，不斷擴大其涉足領域以及應用的實效性，除應用于農(nóng)業(yè)和食品分析外，還涉及生物、高分子、制藥、石油化工、紡織、纖維等學科，只要是對有機物檢測分析的行業(yè)基本上均可使用近紅外分析技術。在我國，近紅外光譜分析研究始于20世紀80年代初，已逐步涉及谷物等農(nóng)產(chǎn)品分析、飼料分析、石油化工、藥物分析、疫情疫病診斷等，并有專著出版和儀器制造、軟件開發(fā)。隨著軟硬件的發(fā)展，NIR還有望應用于其他許多方面，以下為近紅外光譜技術在幾個典型領域運用的現(xiàn)狀。

近紅外光譜技術在石油領域的應用較早且廣泛，發(fā)展迅速，涉及石油加工的各個環(huán)節(jié)，如學者們將近紅外光譜技術用于汽油的族組成[4-5]、辛烷值[6]、調和汽油中芳烴和烯烴含量[7]、汽油硫含量[8]測定，實現(xiàn)了對石油產(chǎn)品的定性定量檢測。在化工產(chǎn)品的應用上，明晶等[9]利用近紅外光譜結合支持向量機算法(SVM)等多種化學計量學方法建立了定性模型用于正品琥珀與摻松香偽品的鑒別。在紡織纖維成分判別方面，桂家祥等[10-17]實現(xiàn)了對紡織品常用混紡產(chǎn)品的定性定量檢測，并陸續(xù)發(fā)布了6項SN/T3896.1-6[18-23]近紅外法紡織品纖維含量檢測行業(yè)標準，為近紅外在紡織品成分識別和成分檢測方面的應用奠定了基礎。在木材材種鑒定方面，崔宏輝等[24]及贛州市檢驗檢疫科學研究院對不同種類木材進行快速無損檢測，并將200多種已知種類木材光譜信息導入預測模型，進一步評估預測模型的性能，驗證通過率為100%，獲得了較理想的預測結果，表明該技術可實現(xiàn)珍稀木材的快速、在線和無損鑒別。在產(chǎn)地溯源方面，研究者實現(xiàn)了近紅外光譜技術對柑橘[25]、葡萄酒[26]、橄欖油、茶油[27]、糧谷、食品產(chǎn)地溯源[28]等原產(chǎn)地辨識。在毒品檢測方面，邱暉等[29]采用紅外光譜技術實現(xiàn)了海洛因、乙酰嗎啡、乙?？煽ㄒ颉⒙蠕@酮等大部分毒品及混合物的準確識別。在危險化學品及爆炸物鑒別方面，劉晨等[30]利用紅外光譜技術對各爆炸物分離組分進行定性，可識別鑒定出爆炸物的種類；王明等[31]利用紅外光譜技術在未知爆炸物鑒定方面也取得了較好效果。在廢舊塑料和塑料種類判別方面，已用近紅外光譜技術實現(xiàn)了6種廢舊混合塑料(ABS、PET、PP、PS、PE)的分類識別[32-35]；譚曜等[35]利用近紅外漫反射光譜法獲取不同種類廢舊塑料的近紅外光譜圖，運用近紅外OPUSIDNET軟件進行處理并建立了定性鑒別分析模型，該模型可有效判別廢舊塑料的類別，定性分析結果良好，為區(qū)分不同種類廢舊塑料提供了客觀的評價方法。在植物及其產(chǎn)品病害蟲識別方面，Cunningham和Floyd[36]應用近紅外光譜技術成功地對不同害蟲危害程度(高和低等級)的紅椿葉進行了劃分。2009年，劉占宇等[37]采用可見光-近紅外光譜儀獲取了受飛虱、穗頸瘟的危害而倒伏的水稻光譜反射率，對此類倒伏的水稻驗證數(shù)據(jù)的識別率分別為100.0%和90.9%。2010年，孫紅等[38]對水稻稻縱卷葉螟蟲害進行探索，通過構建樣本總體修正曲線，提供了直觀判別廣域水稻是否受稻縱卷葉螟蟲害侵擾的依據(jù)，對受害區(qū)的識別準確率達70%。Erukhimovitch等[39]采用近紅外光譜技術對正常和受到早期炭疽病感染的馬鈴薯進行了識別檢測，并對小麥條銹病、水稻穗頸瘟病進行了研究。饒敏等[40]建立了快速檢測柑橘黃龍病的近紅外光譜方法。這些研究為近紅外快速檢測技術在植物病害識別診斷方面提供了強有力的理論依據(jù)和技術借鑒。在病媒生物識別方面，澳大利亞昆士蘭大學的科學家發(fā)現(xiàn)采用近紅外光譜(NIR)的非侵入性技術可識別攜帶寨卡病毒的蚊子，識別感染的埃及伊蚊準確率達94%～99%。在轉基因產(chǎn)品識別方面，我國學者[41-42]利用近紅外光譜法建立了轉基因大米定性判別模型，最優(yōu)模型的正確識別率為97.50%，有望成為轉基因食品快速鑒別的一種輔助方法。在食用油成分判別方面，劉福莉、李昌等[43-44]以8種食用油純油共43個樣品為對象，研究了近紅外透射光譜結合聚類分析法快速鑒別食用油種類的可行性，發(fā)現(xiàn)近紅外透射光譜結合聚類分析法可為快速無損鑒別食用油種類提供一種準確可靠的方法。

2 近紅外光譜技術在口岸安全監(jiān)管應用展望

隨著科學技術的迅速發(fā)展，以近紅外快速檢測技術為代表的無損快速檢測技術的應用越來越廣泛，在貨物有效監(jiān)管、快速放行等方面有著不可替代的優(yōu)勢。將近紅外光譜技術應用于口岸安全監(jiān)管是實現(xiàn)口岸安全監(jiān)管和貿(mào)易便利化目標的需要，根據(jù)近紅外光譜技術原理及發(fā)展應用現(xiàn)狀，筆者提出在口岸安全監(jiān)管領域引入近紅外檢測技術的設想。

2.1 在口岸治稅安全領域的應用

口岸治稅安全是指對進出口商品征稅的要求是否得到滿足的一項合格評定活動，而合格評定的核心是對進出口商品進行科學歸類。因此，科學治稅的先決條件是對進出口貨物這一特定的應稅對象進行商品歸類快速化與智能化，包括確立商品名稱、組分含量、產(chǎn)地鑒定，從而為確立稅則號提供依據(jù)。近紅外光譜技術對商品定性定量分析具有現(xiàn)場、快速、無損的特點，在實現(xiàn)上述技術要求方面具有突出優(yōu)勢。對定性、定量等利用圖像技術(如輻射成像技術)無法識別的領域使用箱外輔助檢測手段(包括拉曼光譜、近紅外光譜等)，可克服光譜電磁波穿透(包裝、集裝箱)技術不足的難題，豐富“多維智能探測”技術在商品智能歸類上的應用。如在石油產(chǎn)品歸類應用[45]中，潤滑劑中石油含量不同則歸類不同，石油含量超過70%歸入2710稅目(稅率14%～20%)，低于70%歸入3403(稅率0%)。利用近紅外光譜技術可實現(xiàn)潤滑劑結構組成信息的檢測，從而實現(xiàn)潤滑劑現(xiàn)場快速歸類。在木材材種鑒定上也可運用近紅外快檢技術進行現(xiàn)場木材材種的判定，為執(zhí)法提供依據(jù)。

2.2 在口岸公共衛(wèi)生安全領域的應用

口岸公共衛(wèi)生安全是通過口岸合格評定對交通工具、人員、集裝箱、尸體、骸骨以及行李、貨物、郵包、特殊衛(wèi)生制品實施衛(wèi)生檢疫查驗，防止傳染病傳入傳出，保護人類健康。確?？诎豆残l(wèi)生安全，需要對進出境人員是否攜帶傳染病及其運輸工具、貨物是否攜帶病媒生物等進行快速檢測與鑒定。人體攜帶某些特定傳染病一般是人體感染了某種特定的病菌或病毒，此時人體的血液、唾液或組織一般形成某種特定的新的蛋白表達，對特定的蛋白表達建立近紅外檢測模型，能實現(xiàn)分秒級病原體的快速鑒定。同樣，隨運輸工具和貨物攜帶的病媒生物，利用近紅外光譜技術也可以判斷病媒生物的來源地及是否攜帶病原體。近紅外的技術特點使之成為可實現(xiàn)上述要求的技術基礎。

2.3 在口岸動植物生物安全領域的應用

口岸生物安全即通過口岸合格評定防止動植物及其制品疫情疫病、有害生物的傳入傳出，保護生態(tài)環(huán)境與人類健康。動植物產(chǎn)品被感染或導入外源基因后，會在生物體內(nèi)形成新的蛋白表達。采用近紅外光譜技術對新生成的蛋白進行檢測從而推斷病害疫種或基因品系，并可由此形成基于近紅外的動植物源性產(chǎn)品病害疫情(轉基因)種類智能快速篩查識別技術。由于近紅外光光譜分析具有測試簡單、無需樣本前處理、測試速度快、對測試人員無嚴格專業(yè)化要求、重現(xiàn)性好、可隨模型優(yōu)秀數(shù)據(jù)的累積模型不斷優(yōu)化、不會對人體及周邊生態(tài)環(huán)境造成傷害等優(yōu)點，因此可在口岸生物安全合格評定中用于動植物及其制品疫情疫病、有害生物(包括昆蟲、線蟲、病菌、病毒、雜草種類、來源)的快速鑒定。

2.4 在口岸進出口食品安全領域的應用

口岸進出口食品安全即通過口岸合格評定保障進出口食品質量分別符合我國和輸入國的法規(guī)性要求。如對食品安全所涉及的營養(yǎng)標簽(脂肪、蛋白質、碳水化合物、熱量、糖、酸、鈉)、微生物、轉基因、成分含量、有毒有害物質等進行現(xiàn)場快速檢測。我國每年需進口大量食用油，但有些進口油存在“摻假”、“以次充好”等問題。摻假食用油不僅影響衛(wèi)生品質和營養(yǎng)成分，且嚴重危害國民健康，因此，有必要對食用油種類進行鑒別。近紅外光譜技術可在該方面有效發(fā)揮現(xiàn)場、快速檢測的重要作用[46]。

2.5 在口岸進出口商品質量安全領域的應用

2.5.1 非法攜帶物非法攜帶物監(jiān)管主要指對毒品、危險品、文物、瀕危物種及其制品、文化用品、影像制品、出版物和其他禁止攜帶品等非法攜帶物實施符合性把關。目前，已有文獻報道通過近紅外光譜技術對毒品、危險品等進行歸類[47-49]。特別是在毒品識別方面，將近紅外技術應用于疑似毒品的現(xiàn)場快速識別，能有效提升口岸緝毒能力和效率。

2.5.2 危險化學品危險化學品是指具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等性質，對人體、設施、環(huán)境具有危害的劇毒化學品和其他化學品。危險化學品監(jiān)管就是通過口岸合格評定保障危險品的進出境符合國際危規(guī)所規(guī)定的運輸、儲存、警示、標記和使用要求，其關鍵在于確立危險品的種類。將質譜、離子遷移、紅外光譜等多維技術、多源數(shù)據(jù)融合技術的聯(lián)合采用，可實現(xiàn)危險化學品的快速、準確識別。紅外光譜技術在危險化學品及爆炸物快速識別方面具有突出優(yōu)勢，能現(xiàn)場快速地將這些危及口岸安全監(jiān)管的進境物品拒之門外。

2.5.3 可用作原料的固體廢物可用作原料的固體廢物監(jiān)管是通過合格評定管控固體廢物進出，并禁止洋垃圾入境。近紅外光譜因可高效、快速、準確地對固體粉末、顆粒等多種物質進行無損檢測而廣泛應用于廢舊塑料的快速鑒別[32-35]，因此，近紅外光譜技術可以實現(xiàn)用作原料的固體廢物的商品歸類，并具有很好的應用前景。同時，商品裝卸載過程中的在線監(jiān)測技術能發(fā)揮較好的管控作用，實現(xiàn)對疑似固體廢物在線快速識別，為監(jiān)管提供技術參考。

2.5.4 重要戰(zhàn)略物資重要戰(zhàn)略物資監(jiān)管主要是針對重要的資源性產(chǎn)品(如礦產(chǎn)品和資源型農(nóng)產(chǎn)品)是否符合環(huán)保和品位實施合格評定；除礦產(chǎn)品外，近紅外光譜技術可對大宗的農(nóng)產(chǎn)品特別是資源型農(nóng)產(chǎn)品(如大豆、棉花、糧食、肉類等)是否符合檢疫要求和品位實現(xiàn)現(xiàn)場鑒定。

3 結 論

隨著研究的深入以及相關專用檢測設備的研發(fā)完善，近紅外光譜快檢技術有望在不久的將來全面應用于商品智能歸類、材料成分快速鑒定、動植物產(chǎn)品快速檢疫鑒定、產(chǎn)品原產(chǎn)地鑒定、商品裝卸載過程的在線監(jiān)測等多個口岸安全監(jiān)管領域，并將大大提高口岸安全的監(jiān)管能力和監(jiān)管效率，為口岸貿(mào)易安全與貿(mào)易便利化雙重目標提供強有力的科技支撐。