光栅分光光谱仪

日立分光光度计的衍射光栅技术 衍射光栅覆盖了从软X射线到远红外的各种波长，扩展了光谱仪中光学元件的应用领域。日立的衍射光栅在全球多个领域获得了高度评价。比如日本的国立基础生物学研究所的冈崎教授使用90cm*90cm的衍射光栅（刻有36条15cm*15cm的光栅格子）实现了一种人造彩虹，其强度是赤道处太阳光的20倍。此外，美国宇航局发射的探测卫星的极紫外分光光度计采用了日立变间距平面和凹面衍射光栅。 衍射光栅的原理图1衍射光栅衍射的过程衍射光栅是各种光学仪器的核心部件，是一种色散元件，可以将混合了不同波长的光（白光）分成单个波长的光（单色光）。其原理是根据衍射现象将入射处的白光分成不同波长的光，因此单色器中常用光栅作为色散元件。在单色器中，夹缝通常设置在光栅后面，选取特定波长的单色光。在凹面衍射光栅中，一般每毫米有几百或几千个凹槽，如图2所示。图2 凹面衍射光栅 光栅刻划机光栅刻划技术是世界上一种罕见的技术之一，使用机刻光栅能够制造出高质量的单色器。日立优异的衍射光栅刻制技术，能够将光栅刻槽精确到nm级别。光栅刻划机一般使用金刚石刀具，这样制作的光栅衍射效率高，同时凹槽设计具有像差校正功能。详细光栅种类和应用信息请参考：https://www.instrument.com.cn/netshow/sh102446/down_917717.htm 总结日立开发的反射平面光栅和凹面光栅致力于满足前沿科学领域的需求，丰富的产品线能够适应多样化的实际应用。

仪器信息网讯 2012年8月31日下午，北京普析通用仪器有限责任公司(简称普析公司)T10双光束紫外可见分光光度计技术鉴定会在北京世纪金源大饭店召开。该鉴定会专家组由清华大学金国藩院士、中国分析测试协会张渝英副理事长、北京市科学技术研究院张经华研究员、中国分析测试协会汪正范研究员、中国检验检疫科学研究院储晓刚教授、北京理工大学生命科学与技术学院邓玉林教授、清华大学邓勃教授、北京市计量检测科学研究院沈正生教授级高工、北京同洲维普科技有限公司孙宏伟高工组成。其中，金国藩院士担任本次鉴定专家组组长，中国分析测试协会张渝英副理事长任鉴定专家组副组长。鉴定会现场北京普析通用仪器有限责任公司田禾总经理　　北京普析通用仪器有限责任公司田禾总经理首先对各位专家的到来表示热烈地欢迎，并对公司紫外可见分光光度计的生产背景做了简单的介绍。田禾总经理介绍到，“国内大量的高档紫外产品一直被国外仪器厂商占领，普析公司生产紫外产品已经有近二十年的历史了，做出能够达到甚至超过世界先进水平的分光光度计是公司的核心愿望。今天，基于几代人工作的基础，历时三年，普析公司终于提交了一份答卷，希望各位专家提供宝贵的意见，让T10产品稳扎稳打的走进市场”。　　对于市场需求，田禾总经理谈到：“经过半年时间的调研，我们发现国家在计量系统以及昂贵药品成分检测等方面对高档紫外可见分光光度计的需求还是很迫切的。因此普析公司希望通过T10规模化的生产，能够扭转国内高档紫外市场长期被进口仪器垄断的局面，为我国分析检测事业提供先进的手段，带动国内先进分析仪器的进步与发展”。北京普析通用仪器有限责任公司分子光谱产品总监刘景会先生　　北京普析通用仪器有限责任公司分子光谱产品总监刘景会先生做了“T10双光束紫外可见分光光度计”的研制报告。该报告包括项目背景、目标及达成、设计方案、关键技术、项目成果、典型应用、项目投入、工程化及产业化、产品主要特点等九个方面。　　刘景会先生介绍到，“保守的估计UV的全球市场有几十亿的规模，PerkinElmer、岛津、Varian、Beckman、Hitachi等大公司占大部分，中国也只能在其它的20%的份额中占据一个小分量。目前，国内UV规模化的生产厂家有40多个，但是存在打价格战的无序竞争现象，走低端路线，不利于行业的发展”。　　在报告中，刘景会先生还详细介绍了T10产品的特点：通过对单色器系统的自主创新设计，仪器在220nm的杂散光指标超过了千万分之四的水平，360nm杂散光指标超过了千万分之二的水平，充分满足高吸光度样品的测试要求 双单色器光栅同步驱动正弦机构设计，实现全波长准确度优于±0.2nm和波长重复性小于0.1nm 仪器样品池光斑大小和光谱带宽(0.1nm～5.0nm)连续可变设计，可广泛满足客户测试的需求 光学系统具备氮气吹扫功能，最短测试波长可达180nm 仪器采用独特的密封和防尘设计，有效延长光学系统寿命 UVWIN紫外软件工作站功能强大、界面友好，用户操作简单 开放式仪器应用平台，方便用户对检测手段的二次开发。　　报告最后，刘景会先生还展望了今后UV市场的前景：希望未来在全球的UV市场中中国制造的市场份额能占到22%!T10双光束紫外可见分光光度计北京市计量检测科学研究院理化分析中心工程师杨洋先生、北京市理化分析测试中心武彦文博士、北京普析通用仪器有限责任公司PDT经理田玉平女士　　随后，北京市计量检测科学研究院理化分析中心工程师杨洋先生宣读型批报告，北京市理化分析测试中心武彦文博士宣读用户试用报告，北京普析通用仪器有限责任公司PDT经理田玉平女士宣读查新报告。　　按照会议流程，鉴定专家组认真听取了研制报告、型式评价报告、查新报告和试用报告，审查了有关资料，并实际查看了样机，经质询和充分讨论，形成以下意见：　　1. 通过对单色器系统的自主创新，仪器在220nm杂散光达到千万分之四、360nm杂散光达到千万分之二的水平，满足高吸光度样品的测试需求 　　2. 采用双单色器光栅同步驱动正弦机构的设计，全波段的波长准确度±0.2nm、波长的重复性≤0.1nm 　　3. 仪器样品池光斑大小连续可变，光谱带宽为0.1nm～5.0nm连续可调，可满足不同用户的使用需求。光学系统具备氮气吹扫功能，扩展波长范围至180nm。仪器采用独特的密封和防尘设计，可有效保证光学系统长期稳定。设有开放式仪器应用平台，方便用户对检测手段的二次开发 　　4. UVWIN紫外软件工作站功能强、界面友好，使用Wi-Fi可实现远程控制 　　5. 仪器采用工业化设计，布局合理，外观新颖 　　6. 提供的鉴定资料齐全，符合鉴定要求。　　综上所述，北京普析通用仪器有限责任公司的T10系列双光束紫外可见分光光度计具有多项自主知识产权，总体指标居于国内领先，其中杂散光指标达到国际先进水平。鉴定专家组一致同意通过技术鉴定。

世界上第一台成熟的商品紫外可见分光光度计仪器，是由美国的Beckman公司，于1945年推出的(不是指粗糙的实验样机而是指成熟的商品仪器)。当时的仪器很简单、完全手动。随着科学技术的发展，紫外可见分光光度计仪器得到了飞速发展。目前，它已成为光学、机械学、电子学、计算机四为一体的、技术密集的、高科技产品。尤其是自动化程度，已发展到了令人赏心悦目的地步。特别是计算机和计算机软件更是千变万化，日新月异。目前，国际上许多高档紫外可见分光光度计，一开机仪器就进行全方位的自检 如果自检时发现何处有故障，则直接会显示在仪器的CRT上，一目了然的告诉使用者。在如何排除故障方面，使用者也能通过计算机查寻，计算机也能告诉使用者如何解决故障。在使用者碰到问题时，也可在仪器的计算机软件中找到答案。总之，紫外可见分光光度计的发展非常快。　　1、新型的紫外可见分光光度计不断涌现　　近年来，国内外的紫外可见分光光度计仪器生产厂商不断推出新的仪器；国外：美国的PerkinElmer公司、Varian（现在的Agilent）公司、澳大利亚的GBC公司、日本岛津公司、日立公司等都是如此。国内：中国的北京普析通用公司、北京瑞利公司(原北京第二光学仪器厂)、上海仪电公司(原上海分析仪器总厂或上海精科公司)、上海光谱公司、上海棱光公司、上海天美科学仪器有限公司、尤尼柯(上海)仪器有限公司、浙江福立公司等等，近几年都不断推出新的紫外可见分光光度计 从95年起，我国开始出现新的、高质量的紫外可见分光光度计仪器；当时的代表产品是TU-1221紫外可见分光光度计(双光束，杂散光0.05%,光度噪声± 0.0004Abs)。1997年推出更高档的紫外可见分光光度计，其代表产品是TU-1901紫外可见分光光度计(双光束, 杂散光0.01%,光度噪声± 0.0004Abs)。2002年，我国北京瑞利公司又推出UV-2100紫外可见分光光度计(双光束, 杂散光0.05%,)等等。　　目前国内外推出的最主要的、最新的紫外可见分光光度计仪器及其主要特点：　　1) 英国Unican公司推出了UV550双光束紫外可见分光光度计 该仪器的主要特点是：杂散光小，光度噪声小，光学元件镀SIO2保护膜，单色器经过三次密封，防潮、防灰尘较好。　　2) 中国北京普析通用公司批量推出TU-1950系列紫外可见分光光度计 该仪器的最大特点是：仪器为双光束类型、光谱带宽连续可调、杂散光小、光度噪声小，功能价格比高 它可以用来作食品、药物、农残(有机磷类、硝酸盐类农残)检测，又可作为一般的紫外可见分光光度计使用 它是国外同类同档次紫外可见分光光度计产品的质量，但只相当国外同类低档次产品的价格。它是一种深受国内外广大用户欢迎的、国内外同类同档次仪器的佼佼者!　　3) 中国上海仪电公司(原精科公司)推出了L5S和L6S紫外可见分光光度计 主要特点：L5S的杂散光达到0.03%T L6S的杂散光达到0.08%T、其光谱带宽从0.08nm-5nm连续可调。　　4) 中国上海光谱公司推出了SP-1900系列双光束紫外可见分光光度计，最大特点是：采用空间分隔双光束、非对称垂直式测量光路技术(专利技术)。该仪器性价比很高。　　5) 中国北京瑞利公司推出了2200紫外可见分光光度计 产品主要特点：该仪器的杂散光达到到十万分之一。采用了棱镜消杂散光的专利技术 采用凸轮换灯寻峰机构寻找光源能量最稳定的位置从而减低整机漂移和噪声 光谱带宽由0.1nm到5nm分6档可变，具有最小0.1nm光谱分辨率。　　6) 澳大利亚的GBC公司推出Citra40系列紫外可见分光光度计 该仪器的特点：杂散光为2&prime 10-6，光度噪声为0.00003A(RMS)，基线平直度为0.001Abs(噪声和基线平直度表示不够规范)。　　7) 美国PerkinElmer公司推出新型的Lambda900、Lambd950系列产品 主要特点：杂散光为8&prime 10-7，光度噪声为± 0.0002Abs (峰-峰值表示法)，基线平直度为0.0008Abs。它是目前国际上最高级的紫外可见分光光度计之一。有优异的光学性能、灵活的附件和独特的样品室设计，大大提高了分析效率，缩短了分析复杂样品所需的时间。　　8) 美国PerkinElmer公司推出了普及型的Lambda25,35,45系列产品，主要特点：杂散光和光度噪声都比较小。性价比较高，适于常规分析测试。　　9) 日本岛津推出UV-2600、UV-2700紫外可见分光光度计 杂散光达到5× 10-7 噪声达到其噪声达到± 0.00005(RMS、英文样本) 基线平直度± 0.0004(200&mdash 860nm 英文版样本)　　10)Varian（现在的Agilent）公司推出最新的紫外-可见-近红外分光光度计Cary4000/5000/6000i和DeepUV、Cary4000/5000/6000i。主要特点：采用多种专利技术 Cary公司认为这种最新的仪器，为研究级的紫外-可见-近红外分光光度计性能确立了新标准；其中，Cary6000i和DeepUV是世界首创；Cary6000i在近红外区采用InGaAs固体检测器，比国际上传统贯用的PbS检测器的灵敏度高10倍；DeepUV可检测到低至157nm的谱线。这两种紫外可见分光光度计，都是目前世界上最新、最高级的紫外可见分光光度计。　　11)2013年，中国北京普析通用公司推了出了高端的T10紫外可见分光光度计 T10的主要性能技术指标为：光度噪声达到± 0.0001Abs 基线平直度达到± 0.0003Abs 杂散光达到4× 10-7(为国际领先水平)。　　2、丰富、多彩、适用的附件令人眼花缭乱　　目前，国际上的紫外可见分光光度计附件的发展，已成为紫外可见分光光度计发展的主要内容之一 许多仪器，附件很多，而且一年一个样。从而大大促进了紫外可见分光光度计的大发展。如PerkinElmer公司的Lambda系列、Varian公司的Cary系列、岛津公司的UV-2600/2700 北京普析通用公司的TU-19系列、T10等紫外可见分光光度计，都带有多种附件 如：积分球、蠕动泵进样、长样品池架、试管架、镜面反射附件、微量样品池架、帕尔贴恒温附件、短光程样品池架、长样品池架、恒温池架、超微量样品池架、固体样品池架、浸入式光纤探测装置、反射式光纤探测装置、品种繁多的微量池等。真可谓应有尽有。就连北京普析通用的Pors-15便携式快速紫外可见光谱仪，也带有10种之多的附件。　　紫外可见分光光度计多一种附件就多一种功能、多一种适应性。纵观当今世界上的紫外可见分光光度计附件的发展，实在是令人眼花缭乱。这些附件大大方便了用户，是广大紫外可见分光光度计使用者所欢迎的，也是紫外可见分光光度计进展的重要内容之一。目前有些紫外可见分光光度计仪器，带有60多种附件 例如：日本岛津的UV-2700，带有60多种附件，使用者可以任意挑选，大大方便了各类使用者。　　3、紫外可见分光光度计正在向小型化(或微型化)、便携式等方向发展　　由于环境监测、野外现场分析测试、海洋深水中的分析测试等许多领域需要小型、便于携带、分析速度快的紫外可见分光光度计。因此，目前，国际上已有好多制造商正在研究开发适合于各种不同使用对象的小型紫外可见分光光度计。其中比较典型的代表有：　　1)美国的海洋光学公司(Ocean Optics )：前几年推出了PC2000型卡式光度计可插入PC机内工作。2001年又推出了USB接口的USB2000微型光度计，重量只有200克，采用2048位元的CCD检测器，最快积分时间只有3毫秒 后来又推出HR2000型高分辨率光纤光度计，将最高分辨率提高到了0.035 nm。但美国的海洋公司卡式光度计等只适用于可见光区域使用。美国海洋光学的几种微型光纤光度计如图1-1所示:图1-1 美国海洋光学的微型光纤光度计　　2) 美国CID公司(CID Inc.)：该公司专门从事植物研究相关产品开发，对现场应用尤为重视，他们开发的CI700型光纤光度计配合可选附件可用于植物叶片光谱测试等现场研究。如1-2所示。图1-2 美国CID公司的CI700光纤光度计　　3)美国HACH公司(HACH Inc.)是专门生产环境检测仪器的公司，Odyssey DR/2500及DR/2400分光光度计是Hach公司最重要的产品，它广泛应用于工业与市政领域，可以对饮用水、工业废水、锅炉用水和冷凝水进行实验室水质分析。该仪器采用了阵列式固体半导体检测器，内置光源与电源，DR/2400是DR/2500的便携式改进产品，Hach公司的产品在我国水质分析工作中广泛应用。DR/2400分光光度计的主要技术指标如下：　　波长范围：400～880nm 光谱带宽：4 nm ± 1 nm 波长准确度：± 1 nm 　　波长分辨率：1.0nm 扫描速度：200 nm/ 分钟 光学系统：同心光谱系统。　　美国HACH公司的DR/2400分光光度计如图1-3所示：图1-3 HACH公司的DR/2400光度计　　4) 美国这些小型化、便携式光谱仪器的共同特点是：体积小，检测速度快，配置灵活&mdash &mdash 可更换不同的光栅，不同的光源，不同的检测探头以适用不同的需求。但是本身都不具备图谱显示功能，需外接PC操作，不具备内置光源，需通过附件连接外置光源，使现场应用的方便性大打折扣。DR/2400虽然内置光源与电源，但其工作波段只能在可见区，而且没有光纤探头测量功能，只能用比色皿及比色管进行测试。　　5) 我国科技部第十个五年计划的科学仪器攻关项目中，提出了研发微型光谱仪的任务 北京普析通用公司承担了该任务，并研发成功Poes15便携式快速光谱仪。该仪器借鉴了国外有关产品的优点，同时根据用户的实际需求，研发了具有自己特点的新一代便携式光纤光谱仪 该仪器具有体积小、重量轻、功能全等特点。在国际上具有很大的竞争优势。北京普析通用公司开发的Poes15便携式快速光谱仪的主要特点如下：　　(1)独立操作它具备电源、光源、分光、光电转换及数据处理显示输出的全部功能，能够独立操作，是真正的便携式光谱仪。(2)配置齐全：便携式全谱仪除主机外配置了10几种附件，方便组成各种测量系统，大大扩展了仪器的应用范围。(3)功能齐全：主机具有光谱扫描、光度测量、定量测定、时间扫描、峰值检出等功能。(4)使用方便灵活：微电脑控制、LCD显示、触摸屏人机对话、能存储100条光谱图数据，满足野外作业要求。(5)SMA905光纤接口，可连接多种附件。RS232接口可与PC通讯。主机电池供电可8小时，能满足全天工作需求。(同时可用外电源供电)。快速测量，全波段扫描仅0.01s。Poes-15便携式快速紫外可见光谱仪的外形如图1-4所示。图1-4 Pors-15便携式快速紫外可见光谱仪　　(6) 中国普析通用公司推出了新型的T6紫外可见分光光度计，主要特点：SL非常小，达到0.05%T (220nm NaI)；优于全世界所有的同类同档次的紫外可见分光光度计；自动化程度很高：自动波长定位、自动波长校正、自动多联池移动、自动光源切换；国内首创步进电机细分技术：电机直接驱动光栅和光源镜，但波长准确度达到± 1nm；波长重复性0.2nm；工业化设计，全部模具加工，装拆仪器不用螺丝刀，直接用手拧即可；扫描速度可达7000nm/min；平台式设计；可以与PC机联机。支持微型、喷墨、激光等打印机。这种新型紫外可见分光光度计，有极高的性能价格比。　　(7)几种便携式光谱仪比较(表1-1)型号PORS15USB2000HR2000PC2000CI700厂家中国 北京通用普析美国海洋光学美国海洋光学美国海洋光学美国CID单色器凹面平场平面平面平面平面光源内置外置外置外置外置数据处理内置PC机PC机PC机PC机显示内置LCDPC机PC机PC机PC机光纤接口SM905SM905SM905SM905SM905检测器NMOSCCDCCDCCDCCD特点全集成USB接口高分辨率卡式叶片测试　　①表1-1列出了国内外几种便携式光谱仪的比较。其中北京普析通用公司采用凹面平场光栅及内置光源等，体现了全集成的特点。优于平面光栅和普通氘灯(体积大，功率一般在30W左右 体积和功耗原因不能作为内置光源使用)。　　②我国近几年先后推出很多小型或超小型的紫外可见分光光度计，但在体积、功能、分析速度、附件等方面还有不少缺点。Pors-15快速便携式紫外可见光谱仪，很好的解决了这些缺点 它可广泛的应用于环境科学、食品科学、生命科学、农业科学等领域的快速检测，具有极其广泛的应用前景。特别是北京普析通用公司围绕Pors-15便携式快速紫外可见光谱仪，成功的开发出了适合中国国情的水质4参数(COD、氨氮、六价铬、氰化物)专用检测方法和专用试剂，并在我国的有些地方得到成功的应用(见表1-2、表1-3)。表1-2 环境中的水质检测 {C}{C}{C}{C}{C}{C} 表1-3 白酒中甲醇的检测　　表1-3所列的测定结果表明：这批北京红星二锅头酒中甲醇浓度为0.0441mg/mL，即4.41mg/100mL。国标规定饮用酒中甲醇浓度限量为低于0.04g/100mL(即40mg/100mL)，因此，这批北京红星二锅头酒的甲醇含量合格。　　此外，Pors-15快速便携式紫外可见光谱仪，在疾控系统的消毒类、毒理类、食品类、化妆品类、公共场所类、免疫预防类、饮水涉水类、病媒防治类等领域的应用，也已引起我国广大科技工作者的高度重视。　　③美国海洋光学公司的便携式光谱仪器(可见光区使用)和哈希公司的便携式光谱仪器也有许多优点，也有广泛的应用前景。　　4、紫外可见分光光度计正在向多功能方向发展　　一机多用也是广大使用者关注的问题之一；紫外可见分光光度计的功能增多或一机多用，是目前国际上紫外可见分光光度计发展的又一个动向。岛津的UV-1240紫外可见分光光度计具有多种功能，既可作常规紫外可见分光光度计使用，又可作水质、生物酶分析的专用仪器使用，做到了一机多用。李昌厚研究组研制的MUV-1型超小型多功能紫外可见分光光度计，既可作常规的小型紫外可见分光光度计使用，又可作核酸蛋白分析仪使用，还可作HPLC紫外分光检测器和流动注射分析仪的紫外分光检测器使用。真正实现了一机多用。还有，李昌厚研究组研研制的UV/FL紫外可见分光/荧光光度计(原南京分析仪器厂投产)，也是一种紫外、荧光一机两用的新型紫外可见分光光度计，它只需8微升试样，就可得到紫外光谱和总荧光量两种数据。该仪器已获得国家发明奖。（撰稿人：中国科学院上海生物工程研究中心 李昌厚教授）注:文中观点不代表本网立场,仅供读者参考　　盘点(2)：紫外可见分光光度计仪器技术新进展