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2019年分子光谱类仪器新品向多元化发展

时间:2020-02-06 02:09  

相较于原子光谱市场,业内人士普遍认为,分子光谱的市场活跃度更胜一筹。Instrument Business Outlook(IBO)曾经的一份研究报告显示,预计2019年全球分子光谱市场将达47亿美元。其中,市场占比排名前三的是UV-Vis、NMR、IR,2018-2019年度增长速度排名前三的是NIR、Raman和IR。

市场的火热与仪器技术的发展密不可分,分子光谱仪器在2019年度呈现了多元化的发展态势,不仅是性能不断改进和提升,而且仪器正在向微型/小型化(便携/手持)、专用化、在线式、自动化、智能化、网络化等方向发展。

据统计,申报仪器信息网2019年度“科学仪器优秀新品评选”活动的光谱类仪器(审批通过)共计48台,其中分子光谱类仪器36台,占比75%。36台分子光谱类仪器包括了16台拉曼光谱仪、4台红外光谱仪、7台近红外光谱仪、4台紫外可见分光光度计、3台分子荧光光谱仪、2台光纤光谱仪。

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以下就部分类别仪器的最新技术进展进行概述:

拉曼光谱仪

近几年,拉曼光谱技术和市场的发展势头可喜,实验室仪器和手持/便携产品齐头并进。据统计,申报仪器信息网2019年度“科学仪器优秀新品评选”活动的拉曼光谱相关仪器共计16台。

科学研究的深入必然对拉曼光谱仪的性能提出更高要求,鉴于此, 面向高端科研,拉曼光谱技术的“内功”也在不断提升,在分辨率、变温拉曼等方面取得了一系列的进展。2019年,HORIBA在推出了NANO Raman系统,该产品扫描样品面积从纳米尺寸至样品台极限,通过TERS成像可以实现纳米级空间分辨率,而且支持多种SPM模式,包括AFM、导电AFM、开尔文、STM模式等;对于长期困扰科研人员的变温拉曼测量问题,美国Montana Instruments公司和Princeton Instruments公司联合研发了超精细低温显微拉曼系统CryoRAMAN,温区范围4K-350K(4K-600K升级可选),可实现石墨烯和过渡金属的二硫化物等新型二维材料的低温或变温光谱测量等。

随着拉曼技术的普及,越来越多的拉曼光谱仪进入科研院校和企业实验室,用户对拉曼光谱仪的智能化和自动化提出了新的要求。在之前产品的基础上,赛默飞推出了DXR3xi显微拉曼成像光谱仪、DXR3显微拉曼光谱仪、DXR3智能拉曼光谱仪三个系列的产品。据介绍,DXR3xi显微拉曼成像光谱仪采用智能化学成像和数据采集方法,较上一代产品更精确,反应更迅速。DXR3智能拉曼光谱仪较上代产品更加自动化,其采用按钮式操作、专用的宏量取样拉曼系统,将功能强大的拉曼技术带入常规的分析实验室中。

作为一种非常有效的过程分析技术,不少仪器厂商也越来越重视在线拉曼仪器的开发和推广。其中,雷尼绍就一改之前“传统”的形象,推出了在线新品——Virsa光纤拉曼系统。这款产品兼具了光纤灵活性和研究级性能,具有多个激发选项,可避免荧光。只需点击按钮即可切换波长,无需重新放置样品。此外,该产品还支持块状大样品分析探头、高空间分辨率探头等多种探头;北京中教金源的CEL-BRS BrightRaman远程在线拉曼测试系统以高重频脉冲激光器和门控单光子相机为核心,其中,纳秒门控选通技术可大幅抑制背景辐射、环境光以及荧光等带来的干扰,阵列单光子相机可以准确探测每个收集到的拉曼光子。

相对于实验室拉曼光谱仪而言,便携/手持拉曼光谱仪虽然经历了市场相对“沉思”的2019,但是同时各大厂家也在这一年选择了深耕其产品和技术,在荧光抑制、灵敏度、算法等方面进行了深入的研究。比如奥谱天成不仅推出了适合高荧光物质的,超荧光抑制的1064nm手持拉曼光谱仪ATR6600手持式拉曼光谱仪,而且推出了采用无光纤式自由空间光传输的ATR6500_785nm手持式拉曼光谱仪,同等条件下,总体效率提高30%-40%,同样信号采集时间减少了约30%-40%,更少的器件实现了仪器的最小化设计和更低的生产成本;如海光电推出了高性能便携式拉曼光谱仪Raman11510和手持式拉曼光谱仪 DHR1000,前者内置高性能红外增强型光纤光谱仪,提高了在波长超过800nm的近红外波段的信号灵敏度,后者集成了785nm和830nm两种激发波长,拓宽了一台手持式拉曼光谱仪可检测的样品数目和应用范围。

鉴于拉曼光谱的技术特点,其在仪器的专用化、网络化、便携式方面独具优势。基于此,各大仪器公司推出了一系列的仪器新品。比如,卓立汉光推出了定位于液体样品专用的便携式拉曼光谱系统FI-Lite,以及定位于在线检测的便携式光纤探头拉曼光谱系统FI-FO,两款仪器均从使用者角度出发设计,采用笔记本式的一体式结构,坚固耐用;同方威视的新RT5000食品安全检测仪专注于提供多目标物、非特异性痕量筛查的食品安全整体解决方案,其添加光纤探头及升级版的定量检测模块,检测方式更灵活,检测结果更准确;海洋光学推出了具有强大云端开发、管理和计算功能的快速手持物质识别仪HRS-5A,可更换电池,实现独立充电;

此外,深圳艾捷克科技推出了采用了新型空间耦合光学设计,并融合化学计量学算法的手持式拉曼光谱分析仪R-2000;瑞典Serstech公司(大昌华嘉代理)推出了的重650g的手持式拉曼光谱仪Serstech 100 Indicator,分辨率8~10cm-1。

近红外光谱仪

小型化一直是近年来仪器设计和制造的一个重要的发展趋势,这类仪器具有体积小、重量轻、可集成化、可批量制造以及成本低廉等优点。对近红外仪器而言,仪器的微型化将推动近红外技术飞速发展和应用普及,使得近红外技术进入社区和家庭成为可能,存在着较强的生命力和巨大的潜在应用市场。为此,小型甚至微型近红外一直吸引着大家的眼球,比如,台湾超微光学的近红外光谱仪RS1680采用MEMS矽晶圆波导片专利技术,精度提高20倍,生产良率从50%提升至95%,成本降低至十分之一;作为onsite手持式近红外光谱仪的升级版,VIAVI微型近红外光谱仪MicroNIR OnSite-W(北京凯元盛世代理)集成了电池、按键、蓝牙,将支持无线传输的近红外光谱仪实现了便携式、手持式设计,内置锂电池,续航超过10小时。

作为分子光谱类仪器中大家普遍看好的一类仪器,近红外光谱仪的专用化也备受关注。2019年度“科学仪器优秀新品评选”活动中审批通过的近红外光谱仪共计6台,其中4台是专用型产品。其中,珀金埃尔默的DA 6200 近红外肉类分析仪基于下一代二极管阵列近红外透射光谱技术,可在30秒内提供样品中脂肪、水分、蛋白质水平以及胶原蛋白、盐和灰分的精确检测结果;福斯分析仪器公司的Infratec 近红外谷物分析仪支持数字化连接,多台仪器通过互联网络轻松管理,可以随时掌握生产数据;迅杰光远的IAS-F100-L水果内部品质分选系统采用灵活的模块化设计,可直接在原有分选线基础上安装模块,依据水果甜度、酸度等内部品质信息,针对大、中等不同尺寸水果样品进行实时快速的分析、分选。此外,迅杰光远还推出了针对液体快速测量设计而成近红外液体分析仪IAS- Droplets ONE,该仪器采用透反射方式,只需0.2ml液体即可快速输出分析结果。

另外,珀金埃尔默还推出了FT 9700 傅里叶变换近红外光谱仪,该仪器采用Dynascan 干涉仪设计,系统无需通过动态校正来补偿动镜在运动中造成的误差,可以实现长期可靠工作;标配高灵敏度、方法可转移的反射采样附件(NIRM),并配合磁性可卸的旋转样品台,可实现固体、液体及粉末样品的快速直接测量,1分钟内获取结果。

红外光谱仪

作为一类比较成熟的仪器分析方法,红外光谱在各行各业已经得到了广泛的应用。但是,随着科研的深入,以及实际应用需求的多样化,红外光谱仪在性能指标、操作的灵活性以及专用化等方面的进步仍将推动该市场的发展。

空间分辨率和时间分辨率是红外光谱仪重要的性能体现。2019年度“科学仪器优秀新品评选”活动中审批通过的红外光谱仪中,美国PSC的非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage(QUANTUM量子科学仪器贸易(北京)有限公司代理)基于独家专利的光热诱导共振(PTIR)技术,突破了传统红外的光学衍射极限,空间分辨率高达500 nm,可以帮助科研人员更全面地了解亚微米尺度下样品表面微小区域的化学信息;IRsweep公司推出的IRis-F1时间分辨快速双光梳红外光谱仪(QUANTUM量子科学仪器贸易(北京)有限公司代理)是一种基于量子级联激光器频率梳的红外光谱仪,突破了传统光谱仪需要几秒钟或者更长的测量时间来获取一个完整的光谱的限制,能实现高达1 s时间分辨的红外光谱快速测量。

测试的快速以及操作的便捷一直是仪器使用者的需求,针对此,赛默飞傅里叶变换红外光谱仪Nicolet Summit 配置了智能采集背景功能,仪器在空闲时自动采集背景,可将分析时间缩短 50%,而且其开放式样品仓兼容性可让用户自由选用来自各个制造商的100多个红外光谱采样附件,新的OMNIC Paradigm 软件包含一个多达10,000 张红外光谱的谱库。

此外,在专用化方面,安东帕专为葡萄酒市场定制了 FTIR 仪。据悉,该仪器12 次 ATR 测量池能够提供理想的信号强度,结果几乎不受混浊或含气样品的影响,一次测量便可快速获取包括乙醇、糖和酸类含量在内的超过13个参数数据。

紫外可见分光光度计

紫外可见分光光度计在当前已经是非常成熟的分析仪器了,不过随着科研要求的提升,仪器的分辨率、波长范围、以及操作的便利性等依然在不断完善。

2019年度“科学仪器优秀新品评选”活动审批通过的紫外可见分光光度计共有4台,其中,珀金埃尔默和日立高新分别推出了紫外可见近红外分光光度计。珀金埃尔默的LAMBDA 1050+使用无格栅PMT检测器和Peltier冷却PbS检测器,四扇区分光技术,最大波长可达3300 nm,吸光度可到8A,波长准确度可达0.025nm,紫外-可见区域的分辨率可以达到0.05 nm,近红外区域的分辨率可以达到0.20 nm;日立高新的 UH5700采用Czerny-Turner高光量单色器和新研发的光栅,通过采用连续可变狭缝,可在紫外/可见/近红外的超大波长范围(190~3,300 nm)低噪音测定样品。

作为一类非常成熟的、分布非常广的分析仪器,用户在操作的简便性上的要求亦非常明显。珀金埃尔默的LAMBDA 850+紫外-可见分光光度计为达到最高程度的自动化,用户可在测试分析方法中直接选择样品光束衰减器、起偏器和消偏器、光束遮挡器等基本的检测附件;尤尼柯的紫外可见分光光度计UV2355采用人性化的外观、可扩展性的设计,8英寸高分辨率彩色触摸液晶屏,给用户呈现了便捷、直观的图形化操作界面,简单易用。

分子荧光光谱仪

近年来,分子荧光光谱仪一直处于稳定发展阶段,不过2019年各大仪器厂商也发布了一些新的技术,给这类仪器的市场注入了新鲜的活力。比如日立高新技术公司的荧光分布成像系统(F-7100/F-7000的配件)将荧光分光度计与CMOS相机结合在一起,能够同时观察样品光谱和图像的技术。此外,该系统还运用了智能光谱算法,可以获取样品任意区域的光谱信息。

虽然与进口产品相比,国产分子荧光光谱仪在瞬态荧光方面还有一定的差距。不过,近年来,国产瞬态荧光的产品已经取得了很大的进步。其中,2019年北京卓立汉光仪器有限公司推出了OmniFluo990稳态瞬态光谱仪,该产品以960为基础,增加了瞬态测试功能,配合高重频皮秒激光器,可以实现最快200ps以上的寿命测试。

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