相較于原子光譜市場(chǎng)，業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，分子光譜的市場(chǎng)活躍度更勝一籌。Instrument Business Outlook(IBO)曾經(jīng)的一份研究報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2019年全球分子光譜市場(chǎng)將達(dá)47億美元。其中，市場(chǎng)占比排名前三的是UV-Vis、NMR、IR，2018-2019年度增長(zhǎng)速度排名前三的是NIR、Raman和IR。
市場(chǎng)的火熱與儀器技術(shù)的發(fā)展密不可分，分子光譜儀器在2019年度呈現(xiàn)了多元化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，不僅是性能不斷改進(jìn)和提升，而且儀器正在向微型/小型化(便攜/手持)、專用化、在線式、自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，申報(bào)儀器信息網(wǎng)2019年度“科學(xué)儀器優(yōu)秀新品評(píng)選”活動(dòng)的光譜類儀器(審批通過(guò))共計(jì)48臺(tái)，其中分子光譜類儀器36臺(tái)，占比75%。36臺(tái)分子光譜類儀器包括了16臺(tái)拉曼光譜儀、4臺(tái)紅外光譜儀、7臺(tái)近紅外光譜儀、4臺(tái)紫外可見分光光度計(jì)、3臺(tái)分子熒光光譜儀、2臺(tái)光纖光譜儀。
以下就部分類別儀器的最新技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行概述：
拉曼光譜儀
近幾年，拉曼光譜技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展勢(shì)頭可喜，實(shí)驗(yàn)室儀器和手持/便攜產(chǎn)品齊頭并進(jìn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，申報(bào)儀器信息網(wǎng)2019年度“科學(xué)儀器優(yōu)秀新品評(píng)選”活動(dòng)的拉曼光譜相關(guān)儀器共計(jì)16臺(tái)。
科學(xué)研究的深入必然對(duì)拉曼光譜儀的性能提出更高要求，鑒于此, 面向高端科研，拉曼光譜技術(shù)的“內(nèi)功”也在不斷提升，在分辨率、變溫拉曼等方面取得了一系列的進(jìn)展。2019年，HORIBA在推出了NANO Raman系統(tǒng)，該產(chǎn)品掃描樣品面積從納米尺寸至樣品臺(tái)極限，通過(guò)TERS成像可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)空間分辨率，而且支持多種SPM模式，包括AFM、導(dǎo)電AFM、開爾文、STM模式等;對(duì)于長(zhǎng)期困擾科研人員的變溫拉曼測(cè)量問(wèn)題，美國(guó)Montana Instruments公司和Princeton Instruments公司聯(lián)合研發(fā)了超精細(xì)低溫顯微拉曼系統(tǒng)CryoRAMAN，溫區(qū)范圍4K-350K(4K-600K升級(jí)可選)，可實(shí)現(xiàn)石墨烯和過(guò)渡金屬的二硫化物等新型二維材料的低溫或變溫光譜測(cè)量等。
隨著拉曼技術(shù)的普及，越來(lái)越多的拉曼光譜儀進(jìn)入科研院校和企業(yè)實(shí)驗(yàn)室，用戶對(duì)拉曼光譜儀的智能化和自動(dòng)化提出了新的要求。在之前產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，賽默飛推出了DXR3xi顯微拉曼成像光譜儀、DXR3顯微拉曼光譜儀、DXR3智能拉曼光譜儀三個(gè)系列的產(chǎn)品。據(jù)介紹，DXR3xi顯微拉曼成像光譜儀采用智能化學(xué)成像和數(shù)據(jù)采集方法，較上一代產(chǎn)品更精確，反應(yīng)更迅速。DXR3智能拉曼光譜儀較上代產(chǎn)品更加自動(dòng)化，其采用按鈕式操作、專用的宏量取樣拉曼系統(tǒng)，將功能強(qiáng)大的拉曼技術(shù)帶入常規(guī)的分析實(shí)驗(yàn)室中。
作為一種非常有效的過(guò)程分析技術(shù)，不少儀器廠商也越來(lái)越重視在線拉曼儀器的開發(fā)和推廣。其中，雷尼紹就一改之前“傳統(tǒng)”的形象，推出了在線新品——Virsa光纖拉曼系統(tǒng)。這款產(chǎn)品兼具了光纖靈活性和研究級(jí)性能，具有多個(gè)激發(fā)選項(xiàng)，可避免熒光。只需點(diǎn)擊按鈕即可切換波長(zhǎng)，無(wú)需重新放置樣品。此外，該產(chǎn)品還支持塊狀大樣品分析探頭、高空間分辨率探頭等多種探頭;北京中教金源的CEL-BRS BrightRaman遠(yuǎn)程在線拉曼測(cè)試系統(tǒng)以高重頻脈沖激光器和門控單光子相機(jī)為核心，其中，納秒門控選通技術(shù)可大幅抑制背景輻射、環(huán)境光以及熒光等帶來(lái)的干擾，陣列單光子相機(jī)可以準(zhǔn)確探測(cè)每個(gè)收集到的拉曼光子。
相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室拉曼光譜儀而言，便攜/手持拉曼光譜儀雖然經(jīng)歷了市場(chǎng)相對(duì)“沉思”的2019，但是同時(shí)各大廠家也在這一年選擇了深耕其產(chǎn)品和技術(shù)，在熒光抑制、靈敏度、算法等方面進(jìn)行了深入的研究。比如奧譜天成不僅推出了適合高熒光物質(zhì)的，超熒光抑制的1064nm手持拉曼光譜儀ATR6600手持式拉曼光譜儀，而且推出了采用無(wú)光纖式自由空間光傳輸?shù)腁TR6500_785nm手持式拉曼光譜儀，同等條件下，總體效率提高30%-40%，同樣信號(hào)采集時(shí)間減少了約30%-40%，更少的器件實(shí)現(xiàn)了儀器的最小化設(shè)計(jì)和更低的生產(chǎn)成本;如海光電推出了高性能便攜式拉曼光譜儀Raman11510和手持式拉曼光譜儀 DHR1000，前者內(nèi)置高性能紅外增強(qiáng)型光纖光譜儀，提高了在波長(zhǎng)超過(guò)800nm的近紅外波段的信號(hào)靈敏度，后者集成了785nm和830nm兩種激發(fā)波長(zhǎng)，拓寬了一臺(tái)手持式拉曼光譜儀可檢測(cè)的樣品數(shù)目和應(yīng)用范圍。
鑒于拉曼光譜的技術(shù)特點(diǎn)，其在儀器的專用化、網(wǎng)絡(luò)化、便攜式方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。基于此，各大儀器公司推出了一系列的儀器新品。比如，卓立漢光推出了定位于液體樣品專用的便攜式拉曼光譜系統(tǒng)FI-Lite，以及定位于在線檢測(cè)的便攜式光纖探頭拉曼光譜系統(tǒng)FI-FO，兩款儀器均從使用者角度出發(fā)設(shè)計(jì)，采用筆記本式的一體式結(jié)構(gòu)，堅(jiān)固耐用;同方威視的新RT5000食品安全檢測(cè)儀專注于提供多目標(biāo)物、非特異性痕量篩查的食品安全整體解決方案，其添加光纖探頭及升級(jí)版的定量檢測(cè)模塊，檢測(cè)方式更靈活，檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確;海洋光學(xué)推出了具有強(qiáng)大云端開發(fā)、管理和計(jì)算功能的快速手持物質(zhì)識(shí)別儀HRS-5A，可更換電池，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立充電;
此外，深圳艾捷克科技推出了采用了新型空間耦合光學(xué)設(shè)計(jì)，并融合化學(xué)計(jì)量學(xué)算法的手持式拉曼光譜分析儀R-2000;瑞典Serstech公司(大昌華嘉代理)推出了的重650g的手持式拉曼光譜儀Serstech 100 Indicator，分辨率8~10cm-1。
近紅外光譜儀
小型化一直是近年來(lái)儀器設(shè)計(jì)和制造的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，這類儀器具有體積小、重量輕、可集成化、可批量制造以及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)近紅外儀器而言，儀器的微型化將推動(dòng)近紅外技術(shù)飛速發(fā)展和應(yīng)用普及，使得近紅外技術(shù)進(jìn)入社區(qū)和家庭成為可能，存在著較強(qiáng)的生命力和巨大的潛在應(yīng)用市場(chǎng)。為此，小型甚至微型近紅外一直吸引著大家的眼球，比如，臺(tái)灣超微光學(xué)的近紅外光譜儀RS1680采用MEMS矽晶圓波導(dǎo)片專利技術(shù)，精度提高20倍，生產(chǎn)良率從50%提升至95%，成本降低至十分之一;作為onsite手持式近紅外光譜儀的升級(jí)版，VIAVI微型近紅外光譜儀MicroNIR OnSite-W(北京凱元盛世代理)集成了電池、按鍵、藍(lán)牙，將支持無(wú)線傳輸?shù)慕t外光譜儀實(shí)現(xiàn)了便攜式、手持式設(shè)計(jì)，內(nèi)置鋰電池，續(xù)航超過(guò)10小時(shí)。
作為分子光譜類儀器中大家普遍看好的一類儀器，近紅外光譜儀的專用化也備受關(guān)注。2019年度“科學(xué)儀器優(yōu)秀新品評(píng)選”活動(dòng)中審批通過(guò)的近紅外光譜儀共計(jì)6臺(tái)，其中4臺(tái)是專用型產(chǎn)品。其中，珀金埃爾默的DA 6200™ 近紅外肉類分析儀基于下一代二極管陣列近紅外透射光譜技術(shù)，可在30秒內(nèi)提供樣品中脂肪、水分、蛋白質(zhì)水平以及膠原蛋白、鹽和灰分的精確檢測(cè)結(jié)果;福斯分析儀器公司的Infratec 近紅外谷物分析儀支持?jǐn)?shù)字化連接，多臺(tái)儀器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)輕松管理，可以隨時(shí)掌握生產(chǎn)數(shù)據(jù);迅杰光遠(yuǎn)的IAS-F100-L水果內(nèi)部品質(zhì)分選系統(tǒng)采用靈活的模塊化設(shè)計(jì)，可直接在原有分選線基礎(chǔ)上安裝模塊，依據(jù)水果甜度、酸度等內(nèi)部品質(zhì)信息，針對(duì)大、中等不同尺寸水果樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)快速的分析、分選。此外，迅杰光遠(yuǎn)還推出了針對(duì)液體快速測(cè)量設(shè)計(jì)而成近紅外液體分析儀IAS- Droplets ONE，該儀器采用透反射方式，只需0.2ml液體即可快速輸出分析結(jié)果。
另外，珀金埃爾默還推出了FT 9700™傅里葉變換近紅外光譜儀，該儀器采用Dynascan™干涉儀設(shè)計(jì)，系統(tǒng)無(wú)需通過(guò)動(dòng)態(tài)校正來(lái)補(bǔ)償動(dòng)鏡在運(yùn)動(dòng)中造成的誤差，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可靠工作;標(biāo)配高靈敏度、方法可轉(zhuǎn)移的反射采樣附件(NIRM)，并配合磁性可卸的旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)固體、液體及粉末樣品的快速直接測(cè)量，1分鐘內(nèi)獲取結(jié)果。
紅外光譜儀
作為一類比較成熟的儀器分析方法，紅外光譜在各行各業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是，隨著科研的深入，以及實(shí)際應(yīng)用需求的多樣化，紅外光譜儀在性能指標(biāo)、操作的靈活性以及專用化等方面的進(jìn)步仍將推動(dòng)該市場(chǎng)的發(fā)展。
空間分辨率和時(shí)間分辨率是紅外光譜儀重要的性能體現(xiàn)。2019年度“科學(xué)儀器優(yōu)秀新品評(píng)選”活動(dòng)中審批通過(guò)的紅外光譜儀中，美國(guó)PSC的非接觸式亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)mIRage(QUANTUM量子科學(xué)儀器貿(mào)易(北京)有限公司代理)基于獨(dú)家專利的光熱誘導(dǎo)共振(PTIR)技術(shù)，突破了傳統(tǒng)紅外的光學(xué)衍射極限，空間分辨率高達(dá)500 nm，可以幫助科研人員更全面地了解亞微米尺度下樣品表面微小區(qū)域的化學(xué)信息;IRsweep公司推出的IRis-F1時(shí)間分辨快速雙光梳紅外光譜儀(QUANTUM量子科學(xué)儀器貿(mào)易(北京)有限公司代理)是一種基于量子級(jí)聯(lián)激光器頻率梳的紅外光譜儀，突破了傳統(tǒng)光譜儀需要幾秒鐘或者更長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間來(lái)獲取一個(gè)完整的光譜的限制，能實(shí)現(xiàn)高達(dá)1μs時(shí)間分辨的紅外光譜快速測(cè)量。
測(cè)試的快速以及操作的便捷一直是儀器使用者的需求，針對(duì)此，賽默飛傅里葉變換紅外光譜儀Nicolet Summit 配置了智能采集背景功能，儀器在空閑時(shí)自動(dòng)采集背景，可將分析時(shí)間縮短 50%，而且其開放式樣品倉(cāng)兼容性可讓用戶自由選用來(lái)自各個(gè)制造商的100多個(gè)紅外光譜采樣附件，新的OMNIC Paradigm 軟件包含一個(gè)多達(dá)10,000 張紅外光譜的譜庫(kù)。
此外，在專用化方面，安東帕專為葡萄酒市場(chǎng)定制了 FTIR 儀。據(jù)悉，該儀器12 次 ATR 測(cè)量池能夠提供理想的信號(hào)強(qiáng)度，結(jié)果幾乎不受混濁或含氣樣品的影響，一次測(cè)量便可快速獲取包括乙醇、糖和酸類含量在內(nèi)的超過(guò)13個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)。
紫外可見分光光度計(jì)
紫外可見分光光度計(jì)在當(dāng)前已經(jīng)是非常成熟的分析儀器了，不過(guò)隨著科研要求的提升，儀器的分辨率、波長(zhǎng)范圍、以及操作的便利性等依然在不斷完善。
2019年度“科學(xué)儀器優(yōu)秀新品評(píng)選”活動(dòng)審批通過(guò)的紫外可見分光光度計(jì)共有4臺(tái)，其中，珀金埃爾默和日立高新分別推出了紫外可見近紅外分光光度計(jì)。珀金埃爾默的LAMBDA 1050+使用無(wú)格柵PMT檢測(cè)器和Peltier冷卻PbS檢測(cè)器，四扇區(qū)分光技術(shù)，最大波長(zhǎng)可達(dá)3300 nm，吸光度可到8A，波長(zhǎng)準(zhǔn)確度可達(dá)0.025nm，紫外-可見區(qū)域的分辨率可以達(dá)到0.05 nm，近紅外區(qū)域的分辨率可以達(dá)到0.20 nm;日立高新的 UH5700采用Czerny-Turner高光量單色器和新研發(fā)的光柵，通過(guò)采用連續(xù)可變狹縫，可在紫外/可見/近紅外的超大波長(zhǎng)范圍(190～3,300 nm)低噪音測(cè)定樣品。
作為一類非常成熟的、分布非常廣的分析儀器，用戶在操作的簡(jiǎn)便性上的要求亦非常明顯。珀金埃爾默的LAMBDA 850+紫外-可見分光光度計(jì)為達(dá)到最高程度的自動(dòng)化，用戶可在測(cè)試分析方法中直接選擇樣品光束衰減器、起偏器和消偏器、光束遮擋器等基本的檢測(cè)附件;尤尼柯的紫外可見分光光度計(jì)UV2355采用人性化的外觀、可擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)，8英寸高分辨率彩色觸摸液晶屏，給用戶呈現(xiàn)了便捷、直觀的圖形化操作界面，簡(jiǎn)單易用。
分子熒光光譜儀
近年來(lái)，分子熒光光譜儀一直處于穩(wěn)定發(fā)展階段，不過(guò)2019年各大儀器廠商也發(fā)布了一些新的技術(shù)，給這類儀器的市場(chǎng)注入了新鮮的活力。比如日立高新技術(shù)公司的熒光分布成像系統(tǒng)(F-7100/F-7000的配件)將熒光分光度計(jì)與CMOS相機(jī)結(jié)合在一起，能夠同時(shí)觀察樣品光譜和圖像的技術(shù)。此外，該系統(tǒng)還運(yùn)用了智能光譜算法，可以獲取樣品任意區(qū)域的光譜信息。
雖然與進(jìn)口產(chǎn)品相比，國(guó)產(chǎn)分子熒光光譜儀在瞬態(tài)熒光方面還有一定的差距。不過(guò)，近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)瞬態(tài)熒光的產(chǎn)品已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。其中，2019年北京卓立漢光儀器有限公司推出了OmniFluo990穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)光譜儀，該產(chǎn)品以960為基礎(chǔ)，增加了瞬態(tài)測(cè)試功能，配合高重頻皮秒激光器，可以實(shí)現(xiàn)最快200ps以上的壽命測(cè)試。
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