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巴西“超迷你”光谱仪诞生,仪器小型化又进一步

中国仪器网 2018年05月23日15:48 

  随着科学技术的快速发展,各行各业似乎都开始偏爱较为“娇小”的仪器设备。无论是环境监测行业的各类手持式小型分析仪,还是食品检测领域的便携快速检测仪器,无不以轻巧的体型获得使用者们的欢迎。值得一提的是,在科学仪器的小型化热潮当中,光谱器的表现尤为亮眼。

  早在几年前,日本滨松光子学株式会社就开始提倡分析仪器便携化、小型化,并推出多款微型光谱仪。实际上,他们研发的系列微型光谱仪是一个紧凑的多色仪,把光栅、图像传感器以及其驱动电路等多种光学元件集成在一个紧凑的封壳内。被测光由光纤导入输入口,然后由内置图像传感器进行光谱测量并通过USB接口输出至PC以用于数据采集。凭借多年沉淀的独特图像传感器技术以及尖端的MEMS技术,滨松开发的微型光谱仪系列产品紧凑小巧,成本较低,可以广泛用于化学分析、颜色测量、环境监测以及过程控制和生产线控制之中。

  据了解,目前滨松已经推出了拇指大小的小型光谱仪,黄豆大小的法布里波罗干涉光谱探测器,以及手掌那么大的傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪。与此同时,布鲁克也研发出了世界上第一台小型化傅里叶变换近红外光谱仪——TANGO,引领近红外光谱朝着更快速、更简便、更可靠的方向变革。

  由此可见,傅里叶光谱仪器似乎成为了各大仪器厂商以及科研机构实现小型化的最爱。不过他们的小型化步伐还远未停止,不光要变小,还要变得更小更便宜。近日,据麦姆斯咨询报道,巴西坎皮纳斯大学设备研究实验室的研究者与美国加州大学圣地亚哥分校的同行合作,开发出了一种基于硅光子学的微型FTIR光谱仪,它的体型比滨松、布鲁克生产的微型光谱仪还要小。作为识别和分析化合物最常用的研究工具之一,传统的FTIR光谱仪由于体型过于庞大,很难满足现场化合物检测的需求。为此,各国研究人员都在致力于开发微型FTIR光谱仪,用于温室气体远程监控无人机或智能手机等其他设备的集成。虽然目前已经有制造微型器件的技术条件,但是由于生产成本过高,还难以实现大规模生产和应用。

  巴西研究人员开发的这款微型FTIR光谱仪则利用硅光子学克服了上述限制,为制造经济型高性能的微型光谱仪提供了一个平台。测试中发现,该款只有芯片大小的光谱仪可以产生分辨率为0.38太赫兹(THz)的宽带频谱,这与相同波长范围内运行的商用便携式光谱仪的分辨率相当。这意味着这款器件能够达到市面上便携式自由空间光学光谱仪相媲美的分辨率,经过进一步优化升级后,或许将实现传统FTIR光谱仪的优秀性能。

  在庞大的市场需求驱动下,不少仪器厂商率先看到了未来,纷纷踏上科学仪器的小型化之路。国内也有越来越多人开始研究各种各样的小型化仪器,主要围绕质谱以及低端检测仪器。不过由于技术限制,目前这条路还有很长一段距离要走。尤其是基础研究较为薄弱的国产仪器,小型化发展更应该注重产品性能,而不是仅仅在体型上进行缩小。

  编辑点评

  光谱仪作为光学工具,已经对许多基于光学的仪器显示出应用前景。微型光谱分析仪具有许多大型光谱仪所不具备的优点,如重量轻、体积小、探测速度快、使用方便、可集成化、可批量制造以及成本低廉等,像普通光谱仪一样微型光谱仪有着巨大的应用市场,可以应用在实验室化学分析、临床医学检验、工业监测、航空航天遥感等领域,因而引起了人们广泛的兴趣。

  (原标题:巴西开发微型光谱仪仪器小型化又进一步)

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