發(fā)布時(shí)間：2017-08-14 15:08:45 點(diǎn)擊：17558
1666年足夠的實力，23歲的牛頓在幽暗房間的護(hù)窗板上開了一個(gè)小孔，一束太陽光進(jìn)入并從放置好的玻璃棱鏡上傳過堅實基礎，誕生了科學(xué)史上有名的“人造彩虹”——那束折射到墻上的光不僅是變寬的光點(diǎn)稍有不慎，更是紅、橙等地、黃最為顯著、綠、藍(lán)規定、紫排列的彩色光帶環境。牛頓又將這條“人造彩虹”通過反向放置的第二個(gè)棱鏡重新結(jié)合，又變成了白色的光高質量。
一直以來遵循著“日出而作相對簡便，日落而息”的人們，第一次認(rèn)識到了習(xí)以為常的“光”也是一個(gè)神秘的復(fù)雜體流程。
隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步與教育的廣泛普及合作，現(xiàn)代的人們早在孩提時(shí)代就知道了下雨過后的彩虹并不是天上神仙的“拱橋”，而是由于光線照射到空氣中的水滴形成反射和折射后產(chǎn)生的。
人們?nèi)粘Ｉ钪兴姷墓庖徽臼椒?，是由多種顏色構(gòu)成的復(fù)色光，通過棱鏡深入交流，或者類似棱鏡功能的水滴等分光后顯現(xiàn)的就變成了顏色各異的單色光引領作用。這些單色光按不同波長(或頻率)大小依次排列形成的圖案，就是光譜臺上與臺下。
光譜分析是人類借助光認(rèn)知世界的重要方式用的舒心。地球上不同的元素及其化合物都有自己獨(dú)特的光譜特征，光譜因此被視為辨別物質(zhì)的“指紋”助力各行。如果說肉眼能看到物質(zhì)的形狀前來體驗、尺寸等信息，光譜分析則能獲取物質(zhì)的成分信息確定性，幫助我們看清事物的本質(zhì)更加廣闊。
光譜儀又叫分光儀，是將成分復(fù)雜的光分解為光譜線的科學(xué)儀器講故事，由棱鏡或衍射光柵等構(gòu)成非常完善。通過光譜儀分析不同物質(zhì)的光譜，可以探查出許多重要信息全面革新，比如未知星球的表體信息作用、鋼材和寶石的品質(zhì)、爆炸物特性等等行業分類。
前段時(shí)間火爆的紀(jì)錄片《我在故宮修文物》中就有這樣一個(gè)例子：描繪乾隆皇帝的母親崇慶皇太后八十大壽時(shí)現(xiàn)場祝壽實(shí)景的《崇慶皇太后八旬萬壽圖》技術特點，歷經(jīng)250多年之后非常殘破，絹面有缺損斷裂發展邏輯，甚至還有霉跡凝聚力量。要想恢復(fù)原作風(fēng)貌，修復(fù)時(shí)就要了解當(dāng)時(shí)所用的顏料記得牢。
科研人員利用光譜掃描儀對古畫顏料進(jìn)行了掃描註入了新的力量，提取了古畫顏料信息，由此推算出當(dāng)初繪畫所用礦物原料的種類更多可能性。根據(jù)不同顏料產(chǎn)地光譜曲線的差異去創新，科技人員甚至還能反推出顏料的產(chǎn)地——這就為修復(fù)選用精準(zhǔn)顏料提供了依據(jù)。
其實(shí)緊迫性，光譜儀的應(yīng)用不止于此結構，光譜儀的研發(fā)離我們也并不遙遠(yuǎn)。有專業(yè)調(diào)查機(jī)構(gòu)預(yù)測高效，在2015至2021期間溝通協調，整個(gè)光譜儀器市場年增長率為7%，而小型/微型光譜儀的復(fù)合年增長率將達(dá)11%，2021年市場將達(dá)3億美元保障性。從這些數(shù)據(jù)可以看出帶動產業發展，光譜市場發(fā)展前景較好。
伴隨我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展十分落實，人民生活水平提高倍增效應，不論是在工業(yè)還是生活方面，產(chǎn)品質(zhì)量愈加受到關(guān)注設施，各類檢測需求不斷涌現(xiàn)需求，這就促使光譜儀器的市場逐漸擴(kuò)大。中科院深圳先進(jìn)院集成所精密工程中心副研究員林慧博士及其團(tuán)隊(duì)就一直致力于光譜儀器的核心器件組合運用、儀器的整機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用解決方案的研發(fā)更讓我明白了。在過去的7年里，他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)的食品安全快速檢測儀已經(jīng)在貴州省食品藥品監(jiān)管部門推廣應(yīng)用積極；藥物質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)已在三九皮炎平生產(chǎn)線順利運(yùn)行探索。
林慧博士介紹，光譜儀的應(yīng)用方向包括食品藥品檢測產業、生化檢測競爭力、環(huán)境監(jiān)測、照明檢測狀況、石油化工機製性梗阻、航天軍工等，關(guān)乎我們生活的方方面面全過程。根據(jù)檢測目標(biāo)的要求集成應用，才能從技術(shù)上精準(zhǔn)定義最適合的光譜儀器方案。比如有的場合適合用高精度的大中型光譜儀不負眾望，有的場合適合用便攜式或超微型光譜儀高效流通；有的樣品對光譜分辨率要求高，有的樣品對光譜重復(fù)性要求高精準調控。
光譜儀是如何幫助人們進(jìn)行檢測的呢功能？以市面上銷售的橄欖油、核桃油等高端油品為例解決，由于這些油營養(yǎng)價(jià)值豐富預期，所以相應(yīng)價(jià)格也較一般食用油更貴，所以有的不法分子在其中摻入其他便宜油種來欺騙消費(fèi)者幅度，從而賺取利潤結構。如何不通過人的視覺、嗅覺貢獻、味覺等感官體驗(yàn)來檢測油品是否摻假呢規模最大？通過近紅外光譜方法有望建立起一套快速有效的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)穩中求進。研究人員將主要的橄欖油品類進(jìn)行光譜掃描，基于采集的數(shù)據(jù)建立起標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)庫系統性，在此基礎(chǔ)上開發(fā)一套定性鑒別或定量檢測的化學(xué)計(jì)量學(xué)分析算法和準(zhǔn)則勇探新路。有了這樣一個(gè)準(zhǔn)則，之后的油品檢測都可以與此進(jìn)行比較傳遞，鑒別真?zhèn)巍?br />
從光譜儀的發(fā)展趨勢來看方法，實(shí)驗(yàn)室級大型光譜儀器的市場已趨于穩(wěn)定，而工業(yè)和生活中的光譜檢測應(yīng)用不斷擴(kuò)大提供有力支撐，因此，林慧博士和團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)放在適合于現(xiàn)場快速檢測的光譜儀器保供，尤其是便攜式光譜儀的研發(fā)上自行開發。如團(tuán)隊(duì)歷時(shí)一年多開發(fā)的多功能食品快速檢測儀，其內(nèi)嵌了便攜式光譜儀模塊責任，利用不同化學(xué)物質(zhì)的特征光譜吸收峰應用情況，可以在一臺機(jī)器上實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥殘留、化學(xué)添加劑組建、重金屬等多個(gè)項(xiàng)目的定量快速檢測表現，從而大大提高了食品監(jiān)管部門的效率。該產(chǎn)品已經(jīng)獲得廣東省計(jì)量院校準(zhǔn)證書深刻變革，并在市場上推廣應(yīng)用結論。再如前文提到的已在三九皮炎平生產(chǎn)線中使用的近紅外藥物質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)，通過對皮炎平乳膏混勻過程中的光譜信號的實(shí)時(shí)采集和分析質生產力，能夠監(jiān)控醋酸地塞米松適應性強、樟腦、薄荷腦等三種主藥的成分是否在合格范圍先進的解決方案，從而判斷藥物是否進(jìn)行了充分混合拓展。該系統(tǒng)已在華潤三九制膏生產(chǎn)線順利運(yùn)行，提高了三九皮炎平的生產(chǎn)質(zhì)量控制水平宣講活動。
最近不斷進步，林慧博士和團(tuán)隊(duì)關(guān)注便攜式光譜儀在健康檢測中的應(yīng)用，正在研發(fā)面向心腦血管疾病監(jiān)測的血小板功能檢測儀效率。心腦血管疾病已成為目前全球死亡率最高的疾病規模，且有越來越年輕化的趨勢。服用抗血小板聚集藥物如阿司匹林講道理、氯吡格雷等是臨床上預(yù)防非常完善、治療血栓性疾病的普遍措施，但目前的抗栓藥物治療基本上采用普適原則全面革新，從而會引發(fā)兩個(gè)不同方向的問題支撐作用。一方面研學體驗，對于約10%的患者而言，抗血小板藥物劑量過大最為突出，在缺血事件得到控制的同時(shí)落實落細，出血事件概率增加。另一方面高效化，約有30%的患者會出現(xiàn)用藥抵抗製高點項目，血栓概率增加5倍！通過研發(fā)基于散射光譜技術(shù)的血小板功能檢測儀範圍和領域，可以監(jiān)測患者的血小板聚集情況有所增加，將為個(gè)性化科學(xué)用藥提供依據(jù)，也有利于提前發(fā)現(xiàn)隱患并進(jìn)行干預(yù)更高要求。
隨著光譜應(yīng)用外延的不斷擴(kuò)大越來越重要的位置，便攜式光譜儀也許還不夠，能夠被更多人使用的超微型光譜儀已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)共同學習。超微型光譜儀實(shí)際上就相當(dāng)于一個(gè)傳感器順滑地配合，被譽(yù)為“口袋中的實(shí)驗(yàn)室”，具有體積小(U盤大小)效高、價(jià)格低廉的優(yōu)勢前沿技術。只有超微型光譜儀能成功并推廣，光譜儀器才有可能跳出儀器的范疇性能，走進(jìn)千家萬戶多種方式。目前，只有日本濱松公司在2015年推出了超微型光譜儀模塊產(chǎn)品技術創新，而我國尚屬空白邁出了重要的一步。林慧博士及其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將未來的目標(biāo)瞄準(zhǔn)了超微型光譜儀這一前沿課題，以應(yīng)用為導(dǎo)向設施，以微納技術(shù)為核心需求，力求幫助人們實(shí)現(xiàn)日常檢測的愿望。比如對一些高端的酒類產(chǎn)品的快速鑒別組合運用，由于造假技術(shù)越來越“出神入化”更讓我明白了，單憑嗅覺和視覺去判斷真假已經(jīng)很困難，但如果只有通過飲用才能判斷真?zhèn)斡帧盀闀r(shí)晚矣”積極，超微型光譜儀技術(shù)有望為類似場景提供參考依據(jù)探索。此外對于愛美的女士和媽媽，美容類產(chǎn)品和母嬰類產(chǎn)品的檢測需求也越來越多結構，超微型光譜儀可以快速檢測相關(guān)產(chǎn)品的有害成分管理、也可以測定皮膚健康度等等。
微型光譜分析儀器
超微型光譜儀本身就是一個(gè)高度集成的模塊能力建設，從技術(shù)和成本上都不可能復(fù)制購買核心器件再集成的方式模樣，需要從設(shè)計(jì)生產體系、工藝上一氣呵成。目前很重要，我國與國際先進(jìn)水平的差距主要是在基礎(chǔ)零部件能力和水平，因此必須掌握器件技術(shù)，包括衍射光柵和微納工藝異常狀況，才能建立核心競爭力研究，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
可以想見應用創新，未來提高，人們攜帶著超微型光譜儀，能夠?qū)κ称返臓I養(yǎng)成分和品質(zhì)進(jìn)行快速分析的特性，能夠?qū)】抵笜?biāo)進(jìn)行快速監(jiān)測交流，人們的健康就有了科技手段做保障。林慧博士說：“光譜儀器體積越來越小共同，價(jià)格越來越低，應(yīng)用越來越廣經過，光譜儀器微小型化后簡單化，價(jià)格會變得非常低廉，總有一天可以走向普羅大眾明確了方向∠到y性！?br />
