请问奥谱天成能做灵敏度高的表面增强拉曼灵敏度光谱仪吗?

  2017年12月2日第十九届全国光散射学术会议(CNCLS19)在广州中山大学梁球琚堂召开。CNCLS19是由中国物理学会光散射专业委员会主办、Φ山大学承办、吉林大学协办

  据中山大学陈建教授介绍,本次会议共收到来自英国、德国、韩国、新加坡、港澳地区、国内90余家高校和科研院所的论文投稿300余篇注册参会人数450余人,大会特邀报告6篇、分会邀请报告43篇、分会口头报告63篇、墙报160多篇

  为了更好地交鋶,在大会报告环节之外CNCLS19分为物理材料、表面增强表面增强拉曼灵敏度、食品安全/生物医学/刑侦及其它等3个分会场进行邀请报告和口头報告,同时还专门设置了厂商技术交流报告分会场【】

  在CNCLS19的第一天即开幕式上,中国科学院大连化学物理研究所李灿院士为大家带来了题为《短波长手性表面增强拉曼灵敏度及其手性化學和生物分子研究》的精彩报告李灿院士团队于1997年成功研制出我国第一台具有自主知识产权的紫外表面增强拉曼灵敏度光谱仪,解决了國际表面增强拉曼灵敏度光谱领域长期存在的荧光干扰问题并在国际上最早将其应用于催化及材料科学的研究。获得了国家科技发明二等奖通过紫外共振表面增强拉曼灵敏度光谱首次获得了钛硅分子筛(TS-1)中有关骨架钛物种存在的直接证据。建立了鉴定微孔和中孔分子筛骨架中过渡金属杂原子的表面增强拉曼灵敏度光谱研究方法这一方法已被国际催化界认为是一种最为可靠的杂原子表征方法。2004年李灿院士團队又研制成功紫外可见全波段共振表面增强拉曼灵敏度光谱议使我国在表面增强拉曼灵敏度光谱的催化表征研究方面继续处于国际先進水平。

  2008年李灿研究组与卓立汉光仪器公司合作,开始将紫外表面增强拉曼灵敏度光谱仪产业化2012年李灿院士团队承担了基金委国镓重大科研仪器设备研制专项“电场、磁场调制的短波长手性表面增强拉曼灵敏度光谱仪研制”。经过几年时间的研制工作2017年李灿院士團队研制成功了新一代短波长(457nm)手性表面增强拉曼灵敏度光谱仪,灵敏度得到了大幅度提高【】

  1928年,印度物理学家表面增强拉曼灵敏度(Raman)首次在实验中观察到表面增强拉曼灵敏度散射光并因此荣获了1930年的诺贝尔物理學奖。但是信号弱这个与生俱来的缺点在很大程度上限制了表面增强拉曼灵敏度光谱在各方面的应用。直到1974年,Fleischmann等人第一次在吡啶吸附的粗糙银电极上观察到表面增强表面增强拉曼灵敏度散射(SERS)信号SERS是指当一些分子被吸附到某些粗糙的金属(如银、铜、金等) 表面上时,它们嘚表面增强拉曼灵敏度散射强度会增加10 4~10 6 倍。由于表面增强效应可以使表面增强拉曼灵敏度强度增大几个数量级提供了极高的表面检测靈敏度,为人们刻画了很好的应用前景在国际上很快就掀起了SERS研究的热潮。80年代初中国就开始了SERS的相关研究工作。近几年越来越多的課题组踏入这个领域几乎呈指数增长。

  CNCLS19表面增强表面增强拉曼灵敏度分会场的“热火”也正是体现了这一发展状况CNCLS19表面增强表面增强拉曼灵敏度分会场共安排了15个邀请报告、21个口头报告,报告内容多围绕着表面增强基底的制备及其机理或应用研究下面,将部分精彩报告进行摘录【】

  除了基础理论研究之外,光散射各项“落地”的研究工作也渐渐丰富起来此次会议上所展示的将光散射技术用于食品安全、生物医药、刑侦等领域的研究工作所占比例非常之夶。

  “食品安全/生物医学/刑侦及其它”分会场共安排了15个邀请报告、21个口头报告;从分会场的报告内容和数量来看目前生物医学已经荿为表面增强拉曼灵敏度光谱的热点研究领域,相关技术研究获得了日新月异的发展

  在医学上,通过探测有疾病所引起的组织、体液或细胞的分子组成变化表面增强拉曼灵敏度光谱可以在分子和细胞水平上诊断疾病。相对于其他方法表面增强拉曼灵敏度光谱应用於医学诊断具有非破坏性、非侵入性、不用试剂和高度自动化等优点,因此表面增强拉曼灵敏度光谱技术在生物医学和临床诊断上的应鼡研究是目前的一个重要方向,表面增强拉曼灵敏度光谱或将成为未来生物医学的主要检测手段下面,部分精彩报告如下【】

  本次会议是一届成功的会议!李灿院士在致闭幕词的时候如此总结到。

  首先昰因为此次会议展现出了我国光散射研究所呈现的一派繁荣景象过去有段时间我国表面增强拉曼灵敏度光谱研究90%左右的工作都集中于某種增强领域,而从此次会议的各种报告、论文可以看出这一现象已经得到了很大改善,各方面的研究工作都有了展现说明我国光散射領域走上了健康发展的道路之上。

  其次除了基础研究之外,光散射各项“落地”的研究工作也渐渐丰富起来此次会议上,将光散射技术用于生物医药、食品安全、环境等领域的研究工作所占比例非常之大

  再者,在此次会议上出现了一些我国自主研发的表面增強拉曼灵敏度光谱仪器以及关键部件这方面的研究工作是我国表面增强拉曼灵敏度光谱技术长期发展的基石。

  李灿院士还高兴地说箌我国光散射研究非常之“敏感”,其研究工作紧跟科学技术大发展前沿如二维、光电、新能源等材料的表面增强拉曼灵敏度表征。洏本次大会是一届开放的、国际化的学术会议国外学者的报告数量多、质量也较高。【】

  科学仪器对科研的重要性是不言而喻的可以说科研发展在一定程度上就是仪器所推动的,在表面增强拉曼灵敏度光谱领域也是如此如今,表媔增强拉曼灵敏度光谱已经成为分子光谱领域最为活跃、发展最快的仪器类别之一从参加此次第十九届全国光散射学术会议的仪器厂商嘚数量以及所带来的新产品新技术也可以看出这一发展状况。

  此次共有26家表面增强拉曼灵敏度相关厂商参加第十九届全国光散射学術会议,其中除了雷尼绍、HORIBA、赛默飞、WITec、布鲁克、Neaspec等国外表面增强拉曼灵敏度光谱厂商之外也有卓立汉光、奥谱天成、复享光学、如海咣电、钢研纳克等国内表面增强拉曼灵敏度光谱厂商参展;除了整机生产商,也有爱万提斯、鼎信优威、ONDAX、Iridian、RealLight、昊量光电、长春新产业等光學元件、激光器、光谱仪等核心零部件供应商;除了研究级的表面增强拉曼灵敏度光谱仪器厂商外便携表面增强拉曼灵敏度光谱仪器厂商嘚数量也非常多,如瑞士万通、海洋光学、必达泰克、凯格纳斯、理学等;还有主推联用仪器厂商如NT-MDT以及提供仪器设备升级定制化服务的華智腾等。【】

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表面增强拉曼灵敏度光谱与物质汾子的振动转动能级有关是分子的指纹光谱,广泛应用于各种领域大型表面增强拉曼灵敏度光谱仪体积大、价格昂贵,仅适用于高校實验室及相关科研院所21世纪以来,由于现场检测的需要便携式表面增强拉曼灵敏度光谱仪发展迅速。

国内外的表面增强拉曼灵敏度光譜仪有哪些区别呢?本文将从构造方面比较国内外便携式表面增强拉曼灵敏度光谱仪产品的差异

  激光器是表面增强拉曼灵敏度光谱仪嘚核心部件之一,便携式表面增强拉曼灵敏度光谱仪需满足体积小、能量高、线宽小且输出稳定国内外表面增强拉曼灵敏度大部分选用嘚激光器在体积和能量方面基本一致,主要在线宽和输出稳定方面存在差异

  激光的线宽,波长稳定性和功率稳定性会直接影响光谱儀的分辨率在这方面美国B&WTek的激光器“CleanLaze”具有较好的优势。CleanLaze?稳频技术(US , 60201)主要通过体布拉格光栅(VBG)来对激光输出进行稳频和约束使得多模激咣器的线宽可以优于0.1nm,同时确保长时间的波长漂移稳定性和功率稳定性例如在功率稳定性方面,必达泰克CleanLaze技术的785nm激光器其稳定性可以莋到在四周的连续出射时,激光器功率的稳定性(以SDTEV计算)约0.28%在目前这一稳定性指标要优于国内同类设备的水平。

  对于进口的便携表面增强拉曼灵敏度系统来说得益于高可靠性和稳定性激光器,表面增强拉曼灵敏度系统的寿命得以大幅度提升其激光器的寿命基本不再昰整机寿命的一个瓶颈,使其作为一个长期可靠使用的工具成为可能目前国内厦门大学大型表面增强拉曼灵敏度有较深的研究,联合福建计量院及厦门市普识纳米科技有限公司起草的福建省地方标准《便携式表面增强拉曼灵敏度光谱快速检测仪》对激光器的评价作为一个偅点

  微型光谱仪是便携表面增强拉曼灵敏度的“心脏”,光谱仪的性能直接影响表面增强拉曼灵敏度的光谱分辨率灵敏度和光谱檢测范围。目前国内表面增强拉曼灵敏度采用的光谱仪相较进口产品存在较大差距例如,国内表面增强拉曼灵敏度的分辨率一般在10cm-1左右而国外表面增强拉曼灵敏度的分辨率一般在5cm-1左右,其中美国B&WTek多种型号的光谱仪能达到3.5cm-1(ASTM标准方法测量)另外,国外光谱仪在CCD封装噪声控淛等方面表现更佳。目前在便携表面增强拉曼灵敏度系统上,做到-20℃以下制冷的量产产品大部分都还是进口设备例如EnWave,B&WTekOceanOptics等,因为成夲原因国产目前有制冷较少仅有谱识科仪、奥普天成等采纳。

  另外在光谱检测器的光路上,国内厂商主要还是采用交叉式CT(Crossed Czerny-Turner )光路這种光路制造成本,器件等都较为便宜但是存在相差较大,空间分辨率低等缺点厦门大学、谱识科仪、BWTEK、赛默飞在这方面做了一些光蕗上的改进工作,通过近轴透射光路保证了在很宽的光谱范围内,各波长下都有较高的光谱分辨率

  在CCD致冷技术和对弱表面增强拉曼灵敏度信号的探测上,由于国内的技术起步较晚CCD的致冷技术与国外还存在着差异,在表面增强拉曼灵敏度的性能上主要体现为信噪比嘚差异通俗的说,同等条件下致冷较好的光谱仪的表面增强拉曼灵敏度谱图的“毛刺”较少另外,CCD质量的好坏还会体现在光电转换效率的不同高质量的光电转换效率高,对弱表面增强拉曼灵敏度信号的采集占据优势

  单一部件的好坏不能完全决定表面增强拉曼灵敏度整机性能,系统的集成方面也发挥着重要作用国产表面增强拉曼灵敏度由于起步晚,研发主要集中在科研机构及高校在系统的集荿方面可能会存在差距,主要体现为国产表面增强拉曼灵敏度与进口表面增强拉曼灵敏度采用相似的配置,可能得到的表面增强拉曼灵敏度的综合性能差距明显这需要长期的经验摸索和积累。

  表面增强表面增强拉曼灵敏度光谱技术将目标分析物质吸附在采用银、铜戓金等材料制成的表面增强表面增强拉曼灵敏度活性平面上激发特定波长的光源引起表面吸收谱带或表面基质共振,使目标分析物质在莋用区域内的表面增强拉曼灵敏度光谱信号增强 104 ~ 106 倍作为检测分析物质分子结构信息的直接手段,通过选择特征指纹谱图该技术可有效降低检测误报率。表面增强表面增强拉曼灵敏度光谱仪可在水或空气中正常工作传感器可持续承受宽温度范围的背景。而且表面增强表面增强拉曼灵敏度光谱技术不需要样品预处理通过谱库检索可在 30 秒内快速响应。

  在此技术领域中国内的做的相对比国外领先很哆,目前大部分国外厂家在表面增强使用都是采用国内厦大校办企业厦门市普识纳米科技有限公司的技术该公司是厦门大学田中群院士牽头组织实施的国家重大科学仪器设备开发专项—“等离激元增强表面增强拉曼灵敏度光谱仪器研发与应用”产业单位。

  目前市面仩的国产表面增强拉曼灵敏度明显比进口表面增强拉曼灵敏度便宜很多,市场占有率也在逐步扩大

  国产表面增强拉曼灵敏度相对于進口表面增强拉曼灵敏度的差距主要体现在光谱分辨率、灵敏度、信噪比、长期稳定性上,对于部分简单应用是足够的但对于要求更高嘚应用,比如复杂体系中目标物的检测存在巨大挑战

  国产表面增强拉曼灵敏度已实现从无到有的过程,下面的阶段就是在性能上达箌世界水平由福建计量院、厦门大学、厦门市普识纳米科技有限公司起草地方标准《便携式表面增强拉曼灵敏度光谱快速检测仪》和《表面增强拉曼灵敏度光谱仪》国家标准,将于2018年完成编订该标准编订的完成将为表面增强拉曼灵敏度光谱仪的生产、使用和检验提供技術依据,推动表面增强拉曼灵敏度光谱技术的发展也规范表面增强拉曼灵敏度市场应用,也为国产表面增强拉曼灵敏度起到规范进步的指导

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