科研光谱仪

这两年，拉曼光谱仪一直吸引着业内人士的眼球，各大仪器厂商不断在新产品、新技术、新应用等方面推陈出新，精心布局，不仅如此，新迈入此领域的仪器厂商也层出不穷，可谓热闹非凡。　　拉曼光谱如此的蓬勃发展给广大用户提供了更多可选择的空间，那么，当前有哪些主流企业/主流产品?有哪些最新的技术/应用?哪款仪器更适合用户自己的研究工作?　　仪器信息网：贵公司拉曼光谱仪的定位?　　卓立汉光：作为国内少数掌握光谱仪设计核心技术的光电仪器公司，我公司长期致力于光谱仪光学性能的提升，并在此核心硬件基础上设计、集成高性能的光谱测量系统，拉曼光谱仪相关产品正是其中优秀产品的代表。我公司的拉曼光谱仪，立足于中高端科研市场的需求，并面向未来的各类检测应用的需要，如工业、QA/QC实验室快检等领域。　　我公司的拉曼光谱仪产品线隶属于卓立汉光集团公司八大事业部之一的分析仪器事业部，是公司最为重点发展的产品线之一。　　仪器信息网：请回顾贵公司拉曼光谱仪的研发及技术进展历史，贵公司在拉曼光谱仪器方面有哪些优势/专利技术?　　卓立汉光：公司从2000年开始起逐步投入人力、物力到各种光谱系统集成领域，于2003年开始提供集成化的拉曼光谱测量系统，这也标志着公司正式步入拉曼光谱领域。　　2008年和中国科学院大连化学物理研究所合作成立“现代仪器联合实验室”，并于同年获得“紫外-可见拉曼光谱技术”专利转让，“微振”系列紫外共振拉曼光谱仪也随之研发成功(专利：200920110696.8紫外拉曼光谱仪光路调节装置及紫外拉曼光谱仪)，彼时该仪器拉曼检测限低至25cm-1，“微振”系列紫外共振拉曼光谱仪于2009年研发成功由单波长激发光源拓展到双激发光源，为后期的多激光器连用提供了技术上的保障。此外，紫外激发光源在一定程度上避免了荧光干扰，在某些特定研究对象存在的紫外增强现象提升了几个数量级的信号强度，极大提高了系统的灵敏度 　　2015年，经过长期的系统优化和改进，第二代“微振”系列紫外共振拉曼光谱仪在性能上得到了进一步的提升，系统首次采用了基于影像校正设计的光谱仪(专利申请：201510590560.1宽光谱影像成像装置)，低波数检测限降至15 cm-1以下。基于上述拉曼光谱科研机的成功上市，我公司的拉曼光谱技术逐渐走向成熟，并在此基础上进一步展开拉曼一体机和拉曼应用技术的开发。　　2014年成功研制“Finder Vista显微共聚焦激光拉曼光谱仪”，可同时配备紫外-红外4台激光器，高度集成化、智能化，公司的拉曼光谱技术也实现了质的飞跃。　　2015年在FinderVista显微共聚焦激光拉曼光谱仪的基础上衍生出“Finder One微区激光拉曼光谱仪”，运用了多项我公司的专利技术，是当前市场上性价比极佳的面向中高端科研一体机产品。　　2016年研制“Finder Insight小型拉曼光谱仪”(专利申请中：201610799758.5一种小型拉曼光谱仪的设计)，实现拉曼光谱集成技术的小型化、便携化，客户也从传统的高等院校、科学研究所的研究型客户逐渐拓宽至工业检测类型的用户，进入拉曼的商业检测领域。　　仪器信息网：贵公司当前拉曼光谱仪的主流产品和主流技术?有什么样的产品发展计划?　　卓立汉光：我公司目前具备了从科研级拉曼光谱仪到小型、便携式拉曼光谱仪的设计、制造能力，产品已经形成了多品种的全覆盖，并且可以根据实际应用进行定制化的开发。当前主要在进行的工作是基于某些特定应用进行应用端需求的深度整合。　　主流产品:1：Finder Vista显微共聚焦激光拉曼光谱仪(如图1)，基于新一代显微共聚焦光学系统，样品区接近衍射极限(约1微米)，可以实现对样品的无损伤、无接触检测。图1 Finder Vista显微共聚焦激光拉曼光谱仪　　技术特色：光路设计结构稳固，软件自动控制光路切换，无需二次校准 高灵敏度系统 可在显微光路和宏光路质检自由切换，适合多种样品 光路设计稳定，所有部件一体化集成，最大限度的确保了仪器性能稳定性 此外，该仪器还配备模块升级选项，可以满足不同层次的科研需求。　　主流产品2：Finder Insight小型拉曼光谱仪(如图2)，Finder Insight小型拉曼光谱仪是一款高度性能优化的小型激光拉曼光谱仪，采用了科研级的制冷CCD检测器配合大通光孔径的分光系统，采用垂直测量光路，可提供高品质的测试性能，是研究单位、QA/QC实验室以及工业用户的理想选择。Finder Insight小型拉曼光谱仪的设计充分体现了我公司在光学系统设计和系统集成方面的技术能力，将商品化小型化的拉曼光谱仪产品的性能提升到了基础科研级别的高度，并可以结合实际应用客户的需求，进行个性化的专业定制，仪器中多项技术正在申请技术专利。图2 Finder Insight小型拉曼光谱仪　　仪器信息网：目前贵公司拉曼光谱仪重点关注的应用领域有哪些?最看好哪个领域?主推的解决方案?　　卓立汉光：拉曼光谱技术因其独特的优势，近年来受到科研机构和市场的追捧，可使用的范围涵盖了基础科学研究到终端应用检测的众多应用领域。我公司的拉曼光谱产品线的产品，经过十余年的研制和发展，产品种类齐全，既有针对中高端科学研究的科研级的设备，也有面向QA/QC检测、快速检测等终端应用型的设备。举例来说：Finder Vista显微共聚焦激光拉曼光谱仪主要面向科研用户，重点关注的是新材料研究、生物医学、中药学、纺织纤维等领域。　　比如，通过公司生产的Finder Vista显微共聚焦激光拉曼光谱仪分析检测硫化铟薄膜的掺杂特性，分析由掺杂引起的缺陷形成机理 鉴定分析锌掺杂氧化铜纳米线的晶格结构变化 通过拉曼光谱技术还实现了石墨烯材料的表征，如，分析石墨烯D峰和G峰的峰面积比表征多层石墨烯层数、判断边缘效应、计算缺陷密度等。　　再比如，我公司利用拉曼光谱表征了变异山羊绒纤维的蛋白质二级结构，取得了优异的结果。四种变异山羊绒纤维的蛋白质氨基酸含量，如酪氨酸、色氨酸、苯丙基氨酸的含量整体上随着羊毛、两型毛、二细毛、羊绒纤维的顺序而增加，说明绒纤维的蛋白质的含量要高于毛纤维，这也是绒纤维具有更加优异的手感与理化功能的原因之一。螺旋构象也呈现相似特征。这也是从理论上上证明了绒纤维的手感、光泽、拉伸等性能要优于毛纤维。通过拉曼光谱对变异山羊绒纤维的为进一步探究变异山羊绒纤维的拉伸、染色、防缩等性能以及后加工整理技术提供一定的判断依据。　　Finder Insight主要面向QA/QC实验室以及工业用户，主要的应用领域有食品检测、珠宝鉴定、刑侦鉴定等领域，可以为客户配备完整的应用方案。比如在食品检测领域，我们结合各种类型的SERS增强剂/增强芯片应用于快检的基础应用研究，如分析农药残留等。　　仪器信息网：从整个行业来分析，目前拉曼光谱仪都有哪些先进的技术值得大家期待?同时有哪些问题亟待解决?未来拉曼光谱仪的技术发展趋势?　　卓立汉光：从整个拉曼应用市场分析来看，拉曼光谱技术用于快速检测行业更加令人期待，一方面是小型拉曼光谱仪的性能提升，另一方面则是SERS技术和SERS材料的技术研发。　　拉曼信号极其微弱，用于快速检测时，由于现场条件的限制，要求仪器具有较高的灵敏度，但同时又要要求具有较低的成本，这就对拉曼光谱仪中的核心模块——激光器和CCD检测器的性能和成本提出了更高的要求，在当前的工艺水平下，暂时还难以达到一个非常完美的平衡，这在一定程度上制约了拉曼光谱技术的实际应用。　　从硬件角度来看，进口仪器在这方面的设计开发能力要领先于国产仪器，但随着我国基础工业水平和技术水平的快速提升，这方面的差距逐渐在缩小。　　无论是国产仪器还是进口仪器，普遍面临的核心问题，还是仪器本身的核心性能与成本的平衡，以及应用需求的深入研究。　　仪器信息网：预测未来拉曼光谱仪的市场发展潜力(包括应用方向、方法标准、政策法规等)?　　卓立汉光：拉曼光谱仪的未来趋势必然是小型化、微型化，甚至是隐形化，除了传统的科学研究领域的应用之外，快速检测应用于食品安全、毒物检测、生物医药、物质鉴定等领域，甚至是走进家庭生活，我们认为都会是未来发展的重点。　　我国的相关机构已经开始了针对拉曼光谱仪以及相关领域基于拉曼光谱技术的检测标准的制定，相信随着相关国家标准和行业标准的陆续出台，会进一步带动拉曼光谱仪产品的研究和市场的广泛应用。　　我们对某些领域做过简单的评估，比如针对爆炸物的检测，若能够解决相关的技术及应用问题，仅仅这个方向，在中国的市场需求至少在10万台，以每台仪器10万元来计算，市场规模能够达到100亿元人民币以上，这还没有计算周边配套耗材的需求。　　总而言之，拉曼光谱仪技术的发展已经到了一个非常关键的窗口时期，越来越多的厂家开始注意到并参与到这个市场的培育中来，相信在未来的5-10年里，拉曼光谱仪会在多个领域得到广泛的应用。我公司作为国内为数不多的能够自行研制拉曼光谱仪的厂家，将会和其他同行和业内专家一道，为推动拉曼技术的发展而持续努力。

必达泰克公司推出新一代科研级小型拉曼光谱仪　　必达泰克公司隆重推出新一代科研级小型拉曼光谱仪: innoRamTM. InnoRamTM配备了自有美国专利的CleanlazeTM窄带稳频拉曼专用激发激光器，激发波长包括532nm、785nm等，线宽0.2nm(多模)，0.02nm(单模), 预计寿命可达10,000小时。并使用了新一代TE致冷背照薄型CCD光谱仪，采用独特的光路设计，使光通量大大加强，大大提高了系统的灵敏度与信噪比。该系统的光谱范围可覆盖65cm-1到3250cm-1，分辨率最高可达2cm-1，可满足大部分拉曼检测应用的需求。该拉曼光谱仪内置小型电脑，可运行多种数据采集及处理软件，采用触摸屏操作，方便快捷。并具有多种数据传输接口，可通过USB、以太网、WIFI和蓝牙等传输方式传输数据。同时还配置了高性能触发式光纤拉曼探头，可利用探头上的电子快门直接控制拉曼检测过程，使得样品检测更加方便快捷。该拉曼光谱仪性能优异，方便便携，是小型移动实验室的最佳选择。该拉曼光谱仪具有多种检测附件，可满足固体、粉末及液体的拉曼检测要求，同时在需要时还可利用适配器与Olympus的共聚焦显微镜进行连接，进行共聚焦显微拉曼检测，满足客户更高的要求。　　美国必达泰克公司一直致力于拉曼光谱仪的研发生产，是世界知名的拉曼光谱仪制造厂商，目前已销售出8000台拉曼光谱仪，占全世界拉曼销售量的80%。公司除了在拉曼光谱仪硬件方面锐意创新，积极开发新产品，在软件方面也投入了大量人力物力，目前已开发出满足快速定性分析并符合CFR21 Part 11的BWIDTM软件，目前已成功应用于药品检测领域, 同时也正在积极开发满足定量检测需求的化学计量学软件BWIQTM, 不久后就将推出正式版本。另外公司还与世界知名的拉曼数据库供应商STJapan建立了合作关系，向客户提供标准的拉曼数据库。公司也致力于开拓拉曼的应用领域，希望能与广大的拉曼研究人员建立良好的合作关系，共同推广拉曼技术，拓展拉曼光谱的应用领域。

2012-2021年，这十年，光谱仪器及技术突飞猛进。拉曼、近红外、激光诱导击穿光谱、太赫兹、高光谱、超快光谱、光谱成像......相关的新产品、新技术层出不穷。不仅给科研注入了新的活力，更是给企业带来了客观的经济效益。光谱十年之际，仪器信息网特别策划《点亮光谱仪器 “高光”时刻》系列征文活动，以期盘点光谱仪器及相关技术的突出成果，展现光谱仪器及相关厂商的“高光”时刻。本期，我们特别邀请了天美公司分析产品线产品经理张轩给大家分享天美光谱仪器的“高光”时刻。天美公司分析产品线产品经理 张轩仪器信息网：过去十年间，哪些光谱技术的进步让您印象深刻？张轩：光谱是人们借助光与物质发生的不同故事，以谱的形式进行表达，来获取物质的丰富、精细的物质结构、成分及含量等信息。过去十年，是光谱技术变革的十年。对于我而言，较为关注的是分子发射光谱领域，比如荧光光谱以及拉曼光谱技术的发展。随着科学研究的推进，特别是各类新型发光材料的开发变得火热，荧光光谱仪的应用方向也是一直在延伸和变化，市场的需求也是在变化的，对于弱光探测能力和探测波段范围要求越来越高，对仪器功能和附件的要求也越来越多。以天美公司旗下爱丁堡仪器的稳态瞬态荧光光谱仪为例，一直致力于提升荧光光谱仪的性能、功能和使用便捷性，从未停止步伐。从十年前经典的FLS920到现在的FLS1000，爱丁堡仪器一直在对仪器硬件以及软件进行提升，利用最先进的光探测和噪音抑制技术，灵敏度一直处在行业领先水平，测试信噪比可达35000:1，相比较FLS920时代的测试灵敏度有了质的飞跃；测试波段目前也从原来的紫外可见近红外区（200-1700 nm）拓展到了低至120 nm的极紫外区以及高至20 um远红外区，探测范围有了一个极大的拓展；覆盖在一台仪器上同时搭载的光源、探测器、附件等功能模块也越来越多，例如荧光寿命成像模块、X-ray 激发的光谱及寿命测试模块等，都是针对用户新的研究需求进行的开发和定制，面对如此多的功能模块，仪器的自动化控制和数据分析的能力也一直在进步，来帮助用户从繁琐的切换各种模块中跳脱出来，回归顺畅高效地使用荧光光谱仪的各种功能模块。拉曼光谱一直是非常火热的光谱技术，分析领域的应用不断拓展，科研群体的研究也不断深入，伴随着在生命科学、半导体及新能源等相关领域的火热，鉴于拉曼光谱特有的技术优势，特别是显微拉曼光谱仪，可以赋予样品空间维度信息，使其在应用上大放异彩。天美集团也是非常看好拉曼光谱的良好前景，旗下爱丁堡仪器，基于深厚的光谱研发和制造底蕴，在2019年和2020 年分别推出了两款针对不同用户群体的显微拉曼光谱仪，分别是一体化显微拉曼光谱仪RM5和模块化显微拉曼光谱仪RMS1000。历经多年的研发，目前两款显微拉曼光谱仪，在良好的测试信噪比的基础上，也具备了超快速拉曼成像、3D拉曼成像以及粗糙表面拉曼成像等优秀的成像功能。仪器信息网：截至目前，贵公司有哪几款光谱仪器曾经获得“科学仪器优秀新品”奖 ？该仪器研发的背后有什么样特别的故事？ 张轩：天美集团在2013年初收购专注于生产和研发高性能研究级光谱仪的英国爱丁堡仪器公司。同年，FS5一体化稳态瞬态荧光光谱仪重磅发布，这是英国爱丁堡被收购后发布的第一款新产品，该产品也荣获了科学仪器优秀新品奖项。在这款产品发布之前，爱丁堡光谱仪专注于科研级别的全功能模块化搭建的稳态瞬态荧光光谱仪FLS系列产品，并受到各研究工作者的高度认可。但常规的日常分析应用等对于光谱仪的技术参数需求并不太高，尽管认可爱丁堡仪器的品牌技术，但往往因为价格问题望而却步。因此，打造一款既能满足科研需求又可以满足常规分析的产品，成为爱丁堡FS5新品设计的初衷。爱丁堡仪器希望能够为中档价位的荧光光谱仪在全球分析和科研市场上创立一个全新的标准。基于爱丁堡仪器多年稳态瞬态研发的研发制造经验，一款全新的紧凑型一体化荧光光谱仪FS5在中国全球首发亮相。FS5光谱仪的发布，不但丰富了爱丁堡光谱系列产线，同时也为科研及常规分析市场提供超高性价比的选择。这款仪器同样采用单光子计数技术，具有同类型仪器中的超高灵敏度，快速数据获取，操作简单的特点。同时，FS5的专用软件Fluoracle在数据的操控性上具有独特的优势，Fluoracle是F900软件的升级，新版的Fluoracle能够完全控制爱丁堡仪器稳态和瞬态测试。此外，FS5荧光光谱仪保持了FLS系列灵活配置的特点，在标准配置上可以进行各种选项的升级。当选择升级选项的时候，FS5的所有标准功能都会留下来，而且很多升级的选项是可以兼容的。其升级选项包括NIR近红外光谱区域扩展、POL荧光偏振度和各向异性的测量、MCS微秒级到秒级寿命测试、TCSPC皮秒到微秒级别的寿命测试等。仪器信息网：获奖产品的销售情况如何？解决了哪些关键问题？有哪些典型用户或典型的应用案例？行业影响力及用户的反馈情况如何？张轩：自2013年发布以来，FS5一体化光谱仪的销售情况逐年上升，并于2020年创新历史年销售台数的历史新高。特别是在去年疫情的严重影响下，FS5光谱仪的销售业绩证明了该产品的产品设计及市场定位的成功。FS5紧凑型稳态瞬态荧光光谱仪，在设计初衷希望既能够保留爱丁堡仪器灵活配置和高灵敏度的优势，同时增加自动化程度，提高用户的使用感。首先，从软件上来说有很大的提升，全新的软件能够实现在一个软件中进行稳态光谱、瞬态寿命测试以及数据分析等所有功能。同时，新增的Batch功能可以实现编辑、执行多种测试方法，进行批量测试样品，大力节省人力和时间操作等成本。此外，结合以往用户测试的问题，增加了由软件控制的全波段覆盖的自动滤光片轮，使用者无需再因为光谱测试时出现的倍频峰问题而苦恼手动添加哪块波长的滤光片。另外，近年来FS5软件不断更新升级增添了定量测试功能、多波长对扫描、偏振光谱动力学测试、色度与半峰宽等同时输出的功能，为客户使用提供更多的功能与选择。随着科研需求的不断发展，光谱仪的扩展及联用耦合技术等也在不断深入，如近年来荧光探针在生物成像领域的应用，特别是近红外二区探针的应用，需要扩展至近红外波段的探测器，FS5光谱仪就能够满足需求，而这是常规荧光分光光度计无法实现的。此外，对显微微区的荧光测试需求也逐渐增加，如一些晶体材料、半导体材料等，FS5荧光光谱仪可以搭载多种科研显微镜实现PL以及TRPL和FLIM等高端测试功能。再如，一些闪烁体材料尤其是随着新型钙钛矿闪烁体材料的研究，对于耦合X射线源的需求逐渐增加，FS5可以轻松实现耦合主流X射线源厂家，实现整体X-ray 荧光测试。如：福州大学用户使用FS5荧光光谱仪耦合X射线源先后在顶级期刊Nature 上发表两篇[Nature 561,88-93(2018) Nature 590,410-415(2021)]关于闪烁体材料X射线探测的科研工作。总体而言，爱丁堡FS5一体化稳态瞬态荧光光谱仪是一款横跨基础常规分析到高端科研领域的产品，同时可支持特殊需求产品定制化。目前，我们的客户覆盖如清华大学、北京大学、复旦大学、南京大学、中山大学等众多高校科研单位，以及广州某大型集团工业研究院、深圳某显示技术有限公司等多家半导体光电企业，以及多家三方检测单位及省级市级检测检验机构等等。每年天美和爱丁堡仪器会共同举办多场线上、线下的技术交流研讨会与培训班获得用户的一致好评。仪器信息网：未来贵公司光谱产品线的发展规划，重点发展哪些类别的光谱产品？张轩：天美集团的定位里光谱产品是一个非常重要的产品线，基于旗下爱丁堡仪器，以分子光谱为主，紫外吸收、荧光、拉曼光谱等领域均有覆盖，未来还会开拓更多的分子光谱类产品。仪器信息网：从行业发展角度来说，您认为目前光谱仪器整体技术水平怎么样？未来最具前景的光谱仪器或者技术是什么？最具前景的应用将体现在哪些方面？张轩：光谱技术是一个非常有魅力的技术，光谱仪器在科学仪器中占比很大，应用也是非常的广泛的。光谱仪器自从应用于分析及研究以来，一直在迅速发展。伴随着光谱技术发展，在未来的光谱仪检测中，检测极限和精度将进一步提高。另外，便捷化和智能化的趋势是非常明显的。现在已经开发出很多有潜力的应用，比如显微拉曼的单分子单光子声子探测技术，比如太赫兹光学在航空航天领域以及安检领域的应用；比如荧光光谱在新材料和生命科学领域的应用，都是非常有前景的。个人觉得最具有前景的领域还是在半导体以及新能源等领域，新材料的开发和检测都需要使用到光谱技术，需求增长旺盛，未来可期。