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      2019年分子光譜類儀器新品向多元化發展

      儀器信息網 2020/02/04 16:37:17 點擊 313 次
      [導讀] 分子光譜儀器在2019年度呈現了多元化的發展態勢,不僅是性能不斷改進和提升,而且儀器正在向微型/小型化(便攜/手持)、專用化、在線式、自動化、智能化、網絡化等方向發展。

        相較于原子光譜市場,業內人士普遍認為,分子光譜的市場活躍度更勝一籌。Instrument Business Outlook(IBO)曾經的一份研究報告顯示,預計2019年全球分子光譜市場將達47億美元。其中,市場占比排名前三的是UV-Vis、NMR、IR,2018-2019年度增長速度排名前三的是NIR、Raman和IR。

        市場的火熱與儀器技術的發展密不可分,分子光譜儀器在2019年度呈現了多元化的發展態勢,不僅是性能不斷改進和提升,而且儀器正在向微型/小型化(便攜/手持)、專用化、在線式、自動化、智能化、網絡化等方向發展。

        據統計,申報儀器信息網2019年度“科學儀器優秀新品評選”活動的光譜類儀器(審批通過)共計48臺,其中分子光譜類儀器36臺,占比75%。36臺分子光譜類儀器包括了16臺拉曼光譜儀、4臺紅外光譜儀、7臺近紅外光譜儀、4臺紫外可見分光光度計、3臺分子熒光光譜儀、2臺光纖光譜儀。

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        以下就部分類別儀器的最新技術進展進行概述:

        拉曼光譜儀

        近幾年,拉曼光譜技術和市場的發展勢頭可喜,實驗室儀器和手持/便攜產品齊頭并進。據統計,申報儀器信息網2019年度“科學儀器優秀新品評選”活動的拉曼光譜相關儀器共計16臺。

        科學研究的深入必然對拉曼光譜儀的性能提出更高要求,鑒于此, 面向高端科研,拉曼光譜技術的“內功”也在不斷提升,在分辨率、變溫拉曼等方面取得了一系列的進展。2019年,HORIBA在推出了NANO Raman系統,該產品掃描樣品面積從納米尺寸至樣品臺極限,通過TERS成像可以實現納米級空間分辨率,而且支持多種SPM模式,包括AFM、導電AFM、開爾文、STM模式等;對于長期困擾科研人員的變溫拉曼測量問題,美國Montana Instruments公司和Princeton Instruments公司聯合研發了超精細低溫顯微拉曼系統CryoRAMAN,溫區范圍4K-350K(4K-600K升級可選),可實現石墨烯和過渡金屬的二硫化物等新型二維材料的低溫或變溫光譜測量等。

        隨著拉曼技術的普及,越來越多的拉曼光譜儀進入科研院校和企業實驗室,用戶對拉曼光譜儀的智能化和自動化提出了新的要求。在之前產品的基礎上,賽默飛推出了DXR3xi顯微拉曼成像光譜儀、DXR3顯微拉曼光譜儀、DXR3智能拉曼光譜儀三個系列的產品。據介紹,DXR3xi顯微拉曼成像光譜儀采用智能化學成像和數據采集方法,較上一代產品更精確,反應更迅速。DXR3智能拉曼光譜儀較上代產品更加自動化,其采用按鈕式操作、專用的宏量取樣拉曼系統,將功能強大的拉曼技術帶入常規的分析實驗室中。

        作為一種非常有效的過程分析技術,不少儀器廠商也越來越重視在線拉曼儀器的開發和推廣。其中,雷尼紹就一改之前“傳統”的形象,推出了在線新品——Virsa光纖拉曼系統。這款產品兼具了光纖靈活性和研究級性能,具有多個激發選項,可避免熒光。只需點擊按鈕即可切換波長,無需重新放置樣品。此外,該產品還支持塊狀大樣品分析探頭、高空間分辨率探頭等多種探頭;北京中教金源的CEL-BRS BrightRaman遠程在線拉曼測試系統以高重頻脈沖激光器和門控單光子相機為核心,其中,納秒門控選通技術可大幅抑制背景輻射、環境光以及熒光等帶來的干擾,陣列單光子相機可以準確探測每個收集到的拉曼光子。

        相對于實驗室拉曼光譜儀而言,便攜/手持拉曼光譜儀雖然經歷了市場相對“沉思”的2019,但是同時各大廠家也在這一年選擇了深耕其產品和技術,在熒光抑制、靈敏度、算法等方面進行了深入的研究。比如奧譜天成不僅推出了適合高熒光物質的,超熒光抑制的1064nm手持拉曼光譜儀ATR6600手持式拉曼光譜儀,而且推出了采用無光纖式自由空間光傳輸的ATR6500_785nm手持式拉曼光譜儀,同等條件下,總體效率提高30%-40%,同樣信號采集時間減少了約30%-40%,更少的器件實現了儀器的最小化設計和更低的生產成本;如海光電推出了高性能便攜式拉曼光譜儀Raman11510和手持式拉曼光譜儀 DHR1000,前者內置高性能紅外增強型光纖光譜儀,提高了在波長超過800nm的近紅外波段的信號靈敏度,后者集成了785nm和830nm兩種激發波長,拓寬了一臺手持式拉曼光譜儀可檢測的樣品數目和應用范圍。

        鑒于拉曼光譜的技術特點,其在儀器的專用化、網絡化、便攜式方面獨具優勢;诖,各大儀器公司推出了一系列的儀器新品。比如,卓立漢光推出了定位于液體樣品專用的便攜式拉曼光譜系統FI-Lite,以及定位于在線檢測的便攜式光纖探頭拉曼光譜系統FI-FO,兩款儀器均從使用者角度出發設計,采用筆記本式的一體式結構,堅固耐用;同方威視的新RT5000食品安全檢測儀專注于提供多目標物、非特異性痕量篩查的食品安全整體解決方案,其添加光纖探頭及升級版的定量檢測模塊,檢測方式更靈活,檢測結果更準確;海洋光學推出了具有強大云端開發、管理和計算功能的快速手持物質識別儀HRS-5A,可更換電池,實現獨立充電;

        此外,深圳艾捷克科技推出了采用了新型空間耦合光學設計,并融合化學計量學算法的手持式拉曼光譜分析儀R-2000;瑞典Serstech公司(大昌華嘉代理)推出了的重650g的手持式拉曼光譜儀Serstech 100 Indicator,分辨率8~10cm-1。

        近紅外光譜儀

        小型化一直是近年來儀器設計和制造的一個重要的發展趨勢,這類儀器具有體積小、重量輕、可集成化、可批量制造以及成本低廉等優點。對近紅外儀器而言,儀器的微型化將推動近紅外技術飛速發展和應用普及,使得近紅外技術進入社區和家庭成為可能,存在著較強的生命力和巨大的潛在應用市場。為此,小型甚至微型近紅外一直吸引著大家的眼球,比如,臺灣超微光學的近紅外光譜儀RS1680采用MEMS矽晶圓波導片專利技術,精度提高20倍,生產良率從50%提升至95%,成本降低至十分之一;作為onsite手持式近紅外光譜儀的升級版,VIAVI微型近紅外光譜儀MicroNIR OnSite-W(北京凱元盛世代理)集成了電池、按鍵、藍牙,將支持無線傳輸的近紅外光譜儀實現了便攜式、手持式設計,內置鋰電池,續航超過10小時。

        作為分子光譜類儀器中大家普遍看好的一類儀器,近紅外光譜儀的專用化也備受關注。2019年度“科學儀器優秀新品評選”活動中審批通過的近紅外光譜儀共計6臺,其中4臺是專用型產品。其中,珀金埃爾默的DA 6200™ 近紅外肉類分析儀基于下一代二極管陣列近紅外透射光譜技術,可在30秒內提供樣品中脂肪、水分、蛋白質水平以及膠原蛋白、鹽和灰分的精確檢測結果;福斯分析儀器公司的Infratec 近紅外谷物分析儀支持數字化連接,多臺儀器通過互聯網絡輕松管理,可以隨時掌握生產數據;迅杰光遠的IAS-F100-L水果內部品質分選系統采用靈活的模塊化設計,可直接在原有分選線基礎上安裝模塊,依據水果甜度、酸度等內部品質信息,針對大、中等不同尺寸水果樣品進行實時快速的分析、分選。此外,迅杰光遠還推出了針對液體快速測量設計而成近紅外液體分析儀IAS- Droplets ONE,該儀器采用透反射方式,只需0.2ml液體即可快速輸出分析結果。

        另外,珀金埃爾默還推出了FT 9700™傅里葉變換近紅外光譜儀,該儀器采用Dynascan™干涉儀設計,系統無需通過動態校正來補償動鏡在運動中造成的誤差,可以實現長期可靠工作;標配高靈敏度、方法可轉移的反射采樣附件(NIRM),并配合磁性可卸的旋轉樣品臺,可實現固體、液體及粉末樣品的快速直接測量,1分鐘內獲取結果。

        紅外光譜儀

        作為一類比較成熟的儀器分析方法,紅外光譜在各行各業已經得到了廣泛的應用。但是,隨著科研的深入,以及實際應用需求的多樣化,紅外光譜儀在性能指標、操作的靈活性以及專用化等方面的進步仍將推動該市場的發展。

        空間分辨率和時間分辨率是紅外光譜儀重要的性能體現。2019年度“科學儀器優秀新品評選”活動中審批通過的紅外光譜儀中,美國PSC的非接觸式亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統mIRage(QUANTUM量子科學儀器貿易(北京)有限公司代理)基于獨家專利的光熱誘導共振(PTIR)技術,突破了傳統紅外的光學衍射極限,空間分辨率高達500 nm,可以幫助科研人員更全面地了解亞微米尺度下樣品表面微小區域的化學信息;IRsweep公司推出的IRis-F1時間分辨快速雙光梳紅外光譜儀(QUANTUM量子科學儀器貿易(北京)有限公司代理)是一種基于量子級聯激光器頻率梳的紅外光譜儀,突破了傳統光譜儀需要幾秒鐘或者更長的測量時間來獲取一個完整的光譜的限制,能實現高達1μs時間分辨的紅外光譜快速測量。

        測試的快速以及操作的便捷一直是儀器使用者的需求,針對此,賽默飛傅里葉變換紅外光譜儀Nicolet Summit 配置了智能采集背景功能,儀器在空閑時自動采集背景,可將分析時間縮短 50%,而且其開放式樣品倉兼容性可讓用戶自由選用來自各個制造商的100多個紅外光譜采樣附件,新的OMNIC Paradigm 軟件包含一個多達10,000 張紅外光譜的譜庫。

        此外,在專用化方面,安東帕專為葡萄酒市場定制了 FTIR 儀。據悉,該儀器12 次 ATR 測量池能夠提供理想的信號強度,結果幾乎不受混濁或含氣樣品的影響,一次測量便可快速獲取包括乙醇、糖和酸類含量在內的超過13個參數數據。

        紫外可見分光光度計

        紫外可見分光光度計在當前已經是非常成熟的分析儀器了,不過隨著科研要求的提升,儀器的分辨率、波長范圍、以及操作的便利性等依然在不斷完善。

        2019年度“科學儀器優秀新品評選”活動審批通過的紫外可見分光光度計共有4臺,其中,珀金埃爾默和日立高新分別推出了紫外可見近紅外分光光度計。珀金埃爾默的LAMBDA 1050+使用無格柵PMT檢測器和Peltier冷卻PbS檢測器,四扇區分光技術,最大波長可達3300 nm,吸光度可到8A,波長準確度可達0.025nm,紫外-可見區域的分辨率可以達到0.05 nm,近紅外區域的分辨率可以達到0.20 nm;日立高新的 UH5700采用Czerny-Turner高光量單色器和新研發的光柵,通過采用連續可變狹縫,可在紫外/可見/近紅外的超大波長范圍(190~3,300 nm)低噪音測定樣品。

        作為一類非常成熟的、分布非常廣的分析儀器,用戶在操作的簡便性上的要求亦非常明顯。珀金埃爾默的LAMBDA 850+紫外-可見分光光度計為達到最高程度的自動化,用戶可在測試分析方法中直接選擇樣品光束衰減器、起偏器和消偏器、光束遮擋器等基本的檢測附件;尤尼柯的紫外可見分光光度計UV2355采用人性化的外觀、可擴展性的設計,8英寸高分辨率彩色觸摸液晶屏,給用戶呈現了便捷、直觀的圖形化操作界面,簡單易用。

        分子熒光光譜儀

        近年來,分子熒光光譜儀一直處于穩定發展階段,不過2019年各大儀器廠商也發布了一些新的技術,給這類儀器的市場注入了新鮮的活力。比如日立高新技術公司的熒光分布成像系統(F-7100/F-7000的配件)將熒光分光度計與CMOS相機結合在一起,能夠同時觀察樣品光譜和圖像的技術。此外,該系統還運用了智能光譜算法,可以獲取樣品任意區域的光譜信息。

        雖然與進口產品相比,國產分子熒光光譜儀在瞬態熒光方面還有一定的差距。不過,近年來,國產瞬態熒光的產品已經取得了很大的進步。其中,2019年北京卓立漢光儀器有限公司推出了OmniFluo990穩態瞬態光譜儀,該產品以960為基礎,增加了瞬態測試功能,配合高重頻皮秒激光器,可以實現最快200ps以上的壽命測試。

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