《Microchemical Journal》：Measurement configuration as a primary determinant of spectral quality and analytical reliability in miniaturized NIR spectroscopy
编辑推荐：
•微型近红外光谱技术展现出用于原位过程分析技术（PAT）导向食品监测的巨大潜力。•灵活且易于重新配置的测量装置增强了其在各种分析场景中的适用性。•近红外测量配置的选择对光谱获取和模型鲁棒性具有显著影响。•使用便携式低成本近红外设备，实现了橄榄油掺假的准确鉴别和定量分析。引言近
• 微型近红外光谱技术展现出用于原位过程分析技术（PAT）导向食品监测的巨大潜力。
• 灵活且易于重新配置的测量装置增强了其在各种分析场景中的适用性。
• 近红外测量配置的选择对光谱获取和模型鲁棒性具有显著影响。
• 使用便携式低成本近红外设备，实现了橄榄油掺假的准确鉴别和定量分析。
引言 近红外光谱技术（NIRS）基于对倍频和组合带的检测，这些谱带对化学成分中的细微变化具有响应，赋予了该技术强大的分析深度。然而从实际应用的角度来看，近红外光谱技术同样因其快速、非侵入式且几乎无需样品处理的能力而受到重视，正是这些特性推动了该技术从受控的实验室环境向日益复杂多变真实世界环境的扩展。当前的挑战在于确保紧凑型、低成本仪器在这些多样化的条件下能够维持分子层面有意义的光谱信息[1]。实现这一目标不仅取决于光谱仪模块本身，还取决于如何针对在线、线内或远程场景配置采样几何结构、流动或静态处理方式以及附件设计[2]。
大多数紧凑型近红外光谱仪器仍然局限于批量或单点测量，这限制了其捕捉许多真实样品中固有的时间或空间变异性的能力。连续在线系统通过实现实时采集来弥补这一不足[3]，而光纤探头则将该技术扩展到生产链中的远程或线内位置[2]。与此同时，微型近红外技术已经得到了相当大的多样化发展，从早期的滤光片式模块和简单色散模块向结合MEMS扫描元件、可调滤光片和紧凑型干涉仪设计的架构转变[4]、[5]。然而，尽管取得了这些进展，将这些紧凑型光谱仪与适当的采样装置和扫描模式相结合仍然是一个实际和分析上的瓶颈[2]。这一挑战在寻求能够跨不同工业规模运行的适应性强解决方案时尤为相关，从高通量连续过程到更小、更灵活的生产环境，在这一范围内，多功能性和成本都成为决定性因素。
橄榄油掺假是一个有据可查的问题，激发了大量的分析研究，尤其是因为与其他食用油的混合会引入微妙的组成变化，而这些变化不容易通过传统检查方法发现[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。特级初榨橄榄油因其较高的市场价值尤其容易受到经济驱动的掺假行为[7]、[8]，多项研究强调了需要可靠的分析工具来表征此类混合物[11]、[12]。在此背景下，近红外光谱已经展现出评估橄榄油成分和检测掺假的强大潜力[13]、[14]、[15]、[16]。近红外光谱并不能取代高效液相色谱（HPLC）或气相色谱（GC）等参考方法，而是提供了一种快速、非破坏性的互补筛查方法，能够原位分析更大数量的样品。被识别为可能掺假的样品随后可以使用既定的参考方法进行全面确认分析，提供了一种快速非破坏性替代色谱技术的选择，色谱技术虽然准确但需要专用设备、经过培训的人员，并且不适合实时监测[17]。
因此，以橄榄油作为模型体系，提供了一个现实且具有化学意义的框架来评估微型近红外光谱仪的性能。与其他食用油进行受控掺假会产生可预测的光谱变化，使得可以在反映实际分析场景的条件下评估定性判别和定量预测。这使得橄榄油成为检验低成本光谱仪能否在不同采样和测量配置中保持相关分子信息的合适试验平台。
尽管本研究并非完整的过程分析技术（PAT）实施，但它与PAT所倡导的分析理念相一致，即开发能够在偏离受控实验室条件的情况下提供可靠、信息丰富的光谱的测量方法[18]。PAT强调将光谱工具与支持连续、线内或远程监测的采样策略相结合。在此背景下，评估低成本微型近红外模块通过专门设计的采样配置运行时的性能有助于明确与适应性测量场景相关的需求和局限性。与其假定单一最优几何构型，更重要的是了解当光程、相互作用深度和测量动态发生变化时仪器的表现。
本工作的目的是以橄榄油作为代表性基质，评估不同近红外测量配置对光谱性能和预测能力的影响。特别关注评估一台简单、低成本近红外仪器在不同测量模式下的多功能性，旨在探索其在快速、非破坏性和原位食品认证及掺假检测应用中的潜力。为实现这一工作，将橄榄油与其他食用油掺假作为化学相关的基质，以测试便携式近红外仪器在三种代表性测量场景下的性能。离线配置对应于比色皿中的静态透射模式，提供受控参考条件。在线配置实现连续流动条件下的动态透射模式，模拟过程监测中遇到的变异类型。最后，光纤配置以透反射模式运行，代表远程或线内替代方案，其光学界面和采样几何与其他两种模式有显著不同。通过比较这些配置，可以评估每种测量条件如何塑造从同一低成本设备获得的光谱信息。
各章节摘要 样品与掺假设计 本研究纳入了三种商业类别的橄榄油：特级初榨橄榄油（EVOO，品牌：Coosur）、初榨橄榄油（VOO，品牌：Abril）以及由精炼橄榄油和初榨橄榄油组成的橄榄油（OO，品牌：Olisone），根据欧盟营销标准确立的分类[19]。使用四种商业可用食用油作为掺假物质：芝麻油（NaturGreen）、亚麻籽油（NaturGreen）、向日葵油（Vita d'Or）和精炼混合籽油
动态透射测量的流速优化 动态透射配置的首要要求是确定最合适的流速，因为不适当的流动条件可能导致湍流并损害光谱质量。首先对蠕动泵进行校准，以建立其角速度与相应油流速之间的关系。为确定光谱采集的最佳流速，对一份橄榄油样品在0.97至1.81 mL·min?1 范围内的五个流速进行了扫描。采集了五个光谱
结论 在综合考虑所有结果后，作者希望强调本研究的主要目标。本研究的目标不是选择单一的测量模式，而是以橄榄油作为代表性基质，调查多功能近红外测量配置对光谱性能的影响，对不同采样策略（静态或动态）和测量模式（透反射、透射）进行比较评估。基于近红外光谱法的关键原理
CRediT作者贡献声明 Candela Melendreras： 撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，方法学，研究，形式化分析，数据整理，概念构思。Jesús A. Montero： 可视化，研究，形式化分析。José M. Costa-Fernández： 撰写——审阅与编辑，资源，研究，资助获取。Francisco Fernández Linera： 资源，方法学，研究。Francisco Ferrero： 撰写——初稿，监督，方法学，研究，
利益冲突声明 作者声明他们不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些情况可能影响本文所报告的工作。
致谢 作者感谢项目编号PID2022-142323NB-I00的资助，该资助来自
MCIN /
AEI /
10.13039/501100011033 /以及"ERDF——建设欧洲的方式"；项目编号IDE/2024/000752，由
阿斯图里亚斯自治区政府 通过
阿斯图里亚斯科学、商业竞争力与创新署 SEKUENS提供资助。项目编号PID2023-149221OB-I00，由
MCIU /
AEI /
10.13039/501100011033 和
FSE+ "欧洲社会基金+"提供资助。Candela Melendreras感谢她的
Candela Melendreras|Jesús A. Montero|José M. Costa-Fernández|Francisco Fernández Linera|Francisco Ferrero|Ana Soldado
