紫外可见分光光度计(UV)

主题:【原创】再谈分光光度计发展(四)-真正微型的光谱仪

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tutm
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光谱仪器中,分光光度计是基础仪器,光谱仪又是基础中的基本部件。天津大学,长春光机所,上海生命所、浙江大学,以及一些国内知名企业等是国内这方面研究开发的排头兵,正在直追国际前沿。
近来看了去年范世福、李昌厚先生的两篇文章(新世纪科学仪器发展战略思考,再论生命科学仪器及应用的最新进展)。其中一些有关小型化、微型化仪器的观点颇为精彩,摘编如下:


范世福:
科学仪器要丢弃“大型、精密设备”帽子,通过数字化、固态化、硅工艺化实现小型化乃至微型化,目前已成为国际先进潮流。科学仪器小型化、微型化不但意味着尺寸缩小,也意味着只用微量试样仍可准确可靠分析检测,在生物、医学、化学等领域有极大学术意义和明显的社会、经济效益;另一方面,科学仪器小型化、微型化和固态化还可适应现代高科技的种种新要求(如航空航天、野外现场观测、战场实地监测等),以及廉价便用(“傻瓜化”)也是各种专用化和家用化市场的受欢迎亮点。
科学仪器已经走出了实验室,突破基础学科研究应用的传统、向各专门领域快速拓展,尤其在种种非传统应用领域得到了广泛的应用。因此,科学仪器已越来越摆脱通用模式,成为各专业领域种种专用化仪器(如大气污染监测仪、汽车尾气检测仪、战场生化或毒气快速侦测系统、家用饮用水质检查仪、有毒气体报警仪,装修卫生检测仪、个人用血糖检查仪、心血管疾病病情随身测报仪等),并已经在世界范围受到极大欢迎。研发和推广应用专用化、家用化和个人用仪器(PI,Personal Instrument)成为新时代的新发展趋势,科技价值和市场潜力极大,应该成为我国科学仪器事业的“必有所为”的发展重点,应特别予以关注。

李昌厚:
超小型,既要超高速、超微量,又要超小型,在同一台仪器上是很困难的。而当代生命科学研究工作和许多家用分析仪器,却往往希望“三超”在同一台仪器上实现,既要仪器稳定可靠,又要求超小型、占地方小、便于携带。所以,近几年国外陆续出现茶杯里能放进的水质分析仪、口袋里可放进的葡萄糖检测仪等超小型生命科学仪器。大家知道,紫外可见分光光度计是生命科学研究中必不可少的分析工具,它被认定为生命科学仪器的主要产品之一。
2007 年的BCEIA 会上,我国上海精科公司的便携式气相色谱GC190 和GC128、北京东西分析的光离子化便携式气相色谱仪、北京普析通用公司的小型紫外可见分光光度计T6、上海光谱公司的超小型紫外分光光度计UV、美国哈希的超小型荧光、超小型拉曼等等,都是国际上超小型生命科学仪器飞速发展的典型例子。

我在网上查阅到一些微型化光谱仪的图片,这是德国Microparts生产的部件和产品,光纤将光线引入后,分光、检测都是做在一块晶片上的,体积之小、技术之高令人看了很是感慨。在此与网友共享。

微型光谱检测器元件,只有手指大小,却集成有分光和检测部分!


用其封装的微型光谱仪,只有普通一个集成电路大小!
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tutm
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微型光谱仪内部结构示意图,其中包括了分光光栅(上面圆圈中),检测CCD(下圈中是光路示意)


上面的光谱芯片带上光源的组合部件外形(system)


两种组合部件产品的技术参数


美国SpectRx公司用这玩意儿开发的非侵入式新生儿黄疸监测仪产品


祥子
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看到有资料说,可以利用MEMS(微电子机械系统)加工技术,把光栅做到CCD上,不过这个资料没找到。

还有什么Lab-on-chip,大概就是tutm的这个。
tutm
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原文由 nemoium 发表:
看到有资料说,可以利用MEMS(微电子机械系统)加工技术,把光栅做到CCD上,不过这个资料没找到。
还有什么Lab-on-chip,大概就是tutm的这个。

这个就是MEMS技术制造的芯片集成元件,光栅、CCD都在一个硅片上,只不过还没将比色皿和光源做到芯片上,否则就是完整的分光光度计了。光源我想做上去可能性较大,现在用发光二极管作光源已不是太大的问题;比色皿大概较难了,好像长春光机所在研究芯片比色皿这类问题。
祥子
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是的,我想光栅做到CCD上还是比较容易吧。光栅做成透射光栅,下面是CCD感光元件就好了。
jiajia
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电源部分如何解决,看图片部分用交流转12V或6V或3V直流,或用电池。
祥子
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原文由 jschenxj 发表:
电源部分如何解决,看图片部分用交流转12V或6V或3V直流,或用电池。


像这种微系统,功耗都及其低的,消耗功率大的应该是数据处理,显示部份。这种仪器的特点就是便携式,你要用交流~220V,那便携就大大折扣了,应该是电池,现在高效电池也是一个发展方向。

想想一个手机,待机时间短短也有3天能用,手机的数据处理功能多强大。

使用手机的数据处理系统,用微系统采集数据,加个无线通信模块,不要显示器了,只是个数据采集终端,利用无线传输给主机进行数据处理。那功耗应该不是问题了。

tutm
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原文由 jschenxj 发表:
电源部分如何解决,看图片部分用交流转12V或6V或3V直流,或用电池。

主贴和1楼的前3张图片是微型光谱元件的图片,那是焊在线路板上的分光集成元件。第四张是组合了光源后的部件产品外形(system);在表格中是两种已做成特定规格的组合件(system,带光源的),可用于进一步开发做成各种用途的分析仪器。表中电源是115 / 230 VAC, 9V DC, 50 / 60 Hz,肯定是要在具体仪器设计中考虑的。最后一张图片是一种实用产品外形。
可能前文没写清楚。
tutm
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原文由 nemoium 发表:
原文由 jschenxj 发表:
电源部分如何解决,看图片部分用交流转12V或6V或3V直流,或用电池。


像这种微系统,功耗都及其低的,消耗功率大的应该是数据处理,显示部份。这种仪器的特点就是便携式,你要用交流~220V,那便携就大大折扣了,应该是电池,现在高效电池也是一个发展方向。

想想一个手机,待机时间短短也有3天能用,手机的数据处理功能多强大。

使用手机的数据处理系统,用微系统采集数据,加个无线通信模块,不要显示器了,只是个数据采集终端,利用无线传输给主机进行数据处理。那功耗应该不是问题了。


嗨!你的想法真好!
这个微型光谱仪真可以做到手机里,无线发送数据,电源只是小问题。
想像一下家里有什么可用的?在家里验血?在家里化验XXXX?然后发给医院?
也可以化验乳制品?饮料?
建议哪个山寨手机厂家开发一下。
可能,也许真能实现!
祥子
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你这么一说还真是不错的想法。

现在的关键还是这个芯片级分光光度计的性能了。
tutm
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原文由 nemoium 发表:
你这么一说还真是不错的想法。

现在的关键还是这个芯片级分光光度计的性能了。

性能规格在1楼的表中。
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