主题:【原创】【海洋之心】海洋光纤光谱的认识历程

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马踏飞燕
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海洋光纤光谱的认识历程



提起海洋光纤光谱,真的很陌生,(毕竟来中国才5年,再说也没真正使用过)。虽说鄙人做原子吸收光谱接近10年,对光谱也算略有了解,譬如原子吸收,原子荧光,分子荧光,紫外等都操作的很熟了,但是面对海洋光纤光谱这个微型光谱时,却一脸茫然,到底是神马神秘的光谱呢?

首先要感谢仪器信息网,如果没有这个网络平台,我不会这么快了解和认识海洋光纤光谱;如果有这个网络平台,而我恰恰又不是做光谱的分析者,那么估计我也不会对光谱感兴趣。因此,有了信息网,有了我的化学专业,有了我的分析经验,有了光谱的操作经历,我又恰好注册了账号,也做了原子吸收光谱的一个小版主,这种种的有了的结合,造就了我认识海洋,了解光纤,熟悉光谱。这也许就是所谓的冥冥中的上天安排,面对海洋光纤光谱,先是好奇,后面又有想了解的欲望。因此,就这样,莫名其妙的加入到了光纤光谱版面,并且入住为一个居民。

阅读了版规,看到了海洋之心征文活动,虽然我没有使用过光纤光谱,也尚未正式申请试用,但,我在充满好奇中,对海洋光纤光谱进行了一个月的认识和了解。在这里突破常规,写出心得,留下思绪,作为自己的原创,也作为海洋之心征文的原创,因为这是为了海洋光纤光谱而整理,也为了让和我一样的版友能更进一步地了解光纤光谱而整理,这就是和海洋光纤光谱所结的缘分。也许,这是网魔附身的结果。Tangtang老师说的很好,网络不是全部,生活中有许多比网络更好的东西,需要我们自己去体会,自己去把握,不要因为错过了日出而伤感,因为还有晚霞,还有明月,还有闪耀的星星……。写心得的最终目的:让和我一样对海洋光纤光谱感兴趣,但都很忙碌,没有时间仔细了解海洋光纤光谱的版友快速了解,分享经验,共同探讨,引起共鸣,共同关注海洋光纤光谱。

海洋光学集中运用了大量的光子学科技,包括先进的微型光谱仪,强健的过程控制系统,光纤光化学传感,薄膜及其光学元器件。他们的产品富于创新,平均每星期都有一种新产品问世,很神速,这个没有创新的科研精神和强劲的科研团队是永远无法做到的。海洋光学已经销售了200,000台以上的光谱仪,它们被应用于不同的领域。他们的光谱仪及其新技术已传送至月球,赶赴火星,深埋于活火山,穿梭于热带雨林,攀登于珠峰之巅(试想,从太空到地下,从陆地到海洋,他们无处不在,浩瀚星空,茫茫宇宙中,我们地球人应该可窥海洋光纤光谱之全貌,虽说在全球销售200000台件也不算很多,但应用领域之广,非一般仪器所能企及)。

海洋光学是世界公认的微型光纤光谱仪的发明者,他们公司依靠“一切皆有可能”在同行业中已建立了良好的口碑。 他们将针对终端客户的应用需求提供可靠、便利的解决方案。海洋光学生产的光谱仪已被广泛应用于火山观测、 太空探索、疾病诊断和教育教学等领域。 无论您是身处实验室、教室、野外或者工业生产线上, 海洋光学都能为终端客户提供解决问题的最优方案。(能揣摩客户的心,想客户所想,为客户量身式的订做,一切为了客户需求而创新,只有想不到的,没有做不到的,的确“一切皆有可能”,可敬!无论身处何地,他们都能根据客户的提供解决问题,面对各个领域的要求设计创新。充分说明了海洋的科研团队是个善于创新,敢于挑战,勇于拼搏的强劲团队,能为各个领域设计制造,那么市场前景是多么的大,我们可以想象得到,因此,祝福海洋光纤光谱越走越远!

说了一大堆废话,但都是肺腑之言。现在步入正题,其实海洋光纤光谱开坛后也参与了不少讨论,但是大家到底了解多少,中国到底有多少客户使用海洋光纤光谱,海洋光纤光谱到底如何开拓市场,何去何从,等等,冲浪版主也是一一做了些许回应,中国市场几千个客户,目前开拓市场以高校合作、大型实验室合作的模式进行等等……

鄙人经过一个多月的了解,现对海洋光纤光谱有了一个小小的了解,在这里整理出来,作为海洋之心征文的另类原创作品,发布上来,不管模式如何,因为我都打破了常规,打破了海洋之心征文的常规,但是,我相信,我的打破常规的发布,将是一个改革,一个全新的改革,也符合市场规律。现在,让我们一起了解海洋光纤光谱。

一、重量级的新闻

1.海洋光学(Ocean Optics)氧传感器及pH传感器通过美国药典六级(USP ClassicVI)认证;(这个认证的确的不容易,光纤光谱能如此,了不起,也为中国药典检测使用光纤光谱埋下了伏笔,做了铺垫

2.《时代杂志》评选出2010年十大科学发现第3位:月球有水;(登上月球的贡献,名列第三,不可小觑,因此2011年也就有了海洋光学赶赴火星的这个特大新闻

3.Jaz-SPL脚本语言为海洋光学Jaz模块光谱仪提供全新支持;(专门支持了海洋光学的脚本语言,赞一个)

4.古玩界玩高科技:北京古玩专家采用光谱仪进行古玩鉴定;(能准确快速鉴定古玩,对于全球的古玩界都是一个福音

二、重量级的应用

1.拉曼光谱用于临床医疗、癌症的检测与诊断

随着激光技术的进步及新型探测器CCD的工艺及应用逐渐成熟,拉曼光谱技术越来越得到广泛的应用;不仅成本下降,更重要的是性能不断得到提升,已从一些传统的拉曼技术逐渐扩展到像显微共聚焦成像拉曼、表面增强拉曼、共振拉曼等综合性拉曼光谱联用技术,检测器分类上主要有以CCD为代表的多通道拉曼光谱检测及傅里叶变换拉曼光谱技术。(能有效应用于临床医疗和癌症的检测与诊断,说明医疗市场已经打开,医疗市场在全世界都是一个大市场

2.光谱仪在远程监测农作物光合作用中的应用

光合有效辐射吸收系数(The fraction of absorbed photosynthetically active radiation, fAPAR)是一个反映地球表面生物层与大气层进行气体交换程度的重要参数,同样也是分析农作物产量的重要指标。(农业市场不用说,全世界大多数国家都离不开农业

3."大气/水质/土壤"快速原位解决方案专家

在工业技术日益发达的同时,生存环境日趋恶化。评价水质,土壤,大气的指标亦层出不穷,相应的监测方法应运而生,不断发展,检测大气中有害气体的方法也非常丰富,如气相色谱、液相色谱、选择电极法等。而近年来,利用紫外吸收法检测大气或烟气成分的分光光度技术以其快速、准确、便捷、低成本等优势获得了迅速的发展。(全球环境监测检验刻不容缓,海洋快速介入,目标明确,前景不可估量

4.教育业的贡献。海洋光学的教育事业部为实验室光谱教学提供最好、一流的课程设置及支持,尤其带来了创新发展的理念,这符合国家创新发展的战略部署,特别好的发展思路,不论大到国家,企业,小到家庭,个人,只要善于创新,前途都不可估量。

5.航天领域的参与。踏入月球,赶赴火星,展望浩瀚太空,海洋光学何等强悍!

6.其它领域的涉猎。各行各业,只有您能想到,光纤光谱就能做到!

从医疗、农业、教育、环境中的大气、水质、土壤、航天、探险及其它领域的应用,可以看出海洋光纤光谱涉猎领域之广泛,不满足于地球使用之现状,已经辐射宇宙。

三、海洋光纤光谱特有的信息

1.光谱仪的工作原理

CCD探测器型的海洋光学光谱仪的工作原理如动画展示。光通过光纤有效的耦合到光谱仪中,经球面镜将进入光谱仪中的发散光束会聚准直到衍射光栅上,衍射分光后又经第二面球面镜会聚聚焦,光谱像投射到线性CCD阵列上,数据信号经A/D转换传至计算机上。
光子撞击CCD像素上的光敏二极管后,这些反向偏置的二极管释放出与光通量成比例的电容器,当探测器积分时间结束,一系列开关关闭并传输电荷至移位寄存器中。当传输完成,开关打开并且与二极管关联的电容器又重新充电开始一个新的积分周期。同时,光能被累积,通过A/D转换数据被读出移位寄存器。数字化的数据最后显示在计算机上。



2.光学分辨率

单色光源的光学分辨率以半高全宽值(FWHM)来表征,它依赖于光栅刻槽密度(mm-1)及光学入瞳直径(光纤或狭缝)。海洋光纤光谱配置客户所要求的系统时,必须平衡两个重要的因素:

1) 光栅刻槽密度增加,分辨率增大,但光谱范围及信号强度会减小。

2) 狭缝宽度或光纤直径变窄,分辨率增大,但信号强度会减小。

如何估算光学分辨率(nm,FWHM

2. 1. 确定光栅光谱范围,找到光栅的光谱范围通过:

选择光栅:“S”光学平台 ;选择光栅:“HR”光学平台; 选择光栅:“NIR”光学平台 。(有想详细了解的,烦请光纤专家予以解释

2. 2. 光栅光谱范围除以探测器像元数,结果为Dispersion

Dispersion (nm/pixel) = 光谱范围/像元数

探测器像元素见图2



3.像素分辨率

下表列出了不同狭缝(或光纤直径)尺寸下的像素分辨率。尽管狭缝入射宽度不同,但高度一致(1000um)。有想深入了解的版友直接向专家提问。

4.计算光学分辨率(nm

Dispersion (Step 2) x Pixel Resolution (Step 3)

举例:确定光学分辨率,光谱仪型号:USB4000,光栅型号:#3,狭缝宽度:10um 650nm(#3光栅光谱范围)/3648USB4000探测器像元数)X5.6(像素分辨率)=0.18X5.6nm=1.0nm(FWHM)

5.海洋光纤光谱仪的系统灵敏度

海洋光纤光谱仪对系统灵敏度的定义打破常规,不需要对影响光谱幅度的各种因素进行校正。他们提供一种更有用的方法: NIST-traceable辐射标准(LS-1-CAL),它可以用能量项来标准化光谱数据。在他们的SpectraSuite操作软件中,可以使用“I”模式下相对能量分布(01)或绝对值(以W/cm2/nm或流明或勒克斯/单位面积为单位)来标准化光谱数据。对透射或反射实验,可以使一个物理标准来标准化(归一化)数据如利用空气中的传播或漫射白板来确定。

6.海洋光纤光谱解决影响光谱幅度值的因素

1CCD探测器响应。各生产商提供原始硅探测器响应曲线,但这只是影响光谱幅度值的部分因素。在CCD上,海洋光纤光谱增加了一个镀层以破坏掉结构上由SIO2形成的光学腔。这样便极大的减小了各个波长下的光谱数据幅度不一致的情况。

2)紫外响应。海洋光纤光谱增加了一个磷镀层。可以根据生产商提供的数据,为自己的系统探测器响应提供比较好的近似。

3)光纤衰减。 在可见区,各波长下衰减比较平坦,但在紫外区急剧衰减;在近红外区,水吸收带750nm-900nm会影响光纤衰减,会有光谱衰减曲线。a光栅衍射效率。所有刻划及全息光栅,在特定波长区都会优化一阶光谱,取决于闪耀波长等因素。海洋光学提供14种光栅:每种都有其特定衍射效率。使用这些光栅图表来比较衍射效率;b光线采集器件。采样光学器件有其特定的光谱特性,比如用于样品池上的准直透镜。这些是简单的色差透镜,波长不同,焦距不同,可以查看UV样品池透射曲线来查看这些色差;c光源及样品。光源及样品有他们特定的光谱响应。若光源自身作为样品,则测量的正是其光谱响应。若用于透射、反射实验,必须考虑光源的光谱响应。如海洋提供的LS-1卤钨灯光源的光谱。

4)其它因素。CCD设计及电子等特性也会影响灵敏度,例如,探测器的电压信号包含一些补偿诸如暗电流及0点放大称之为“暗光谱”。这些值随像素点而变化,必须要从CCD像元中扣除。另外,不同像素点响应值也会不同,因此数据标准化,必须逐一像素进行校正。(称之为固定噪声),唯一有效可行的考虑所有因素的方法是进行校正实验及通过比对样品光谱与参考光谱来标准化数据。

a.%透射(i)或%反射(i=[S(i)-D(i)]/[R(i)-D(i)],其中SCCD像素点(i)上的样品光强值,D是像素点(i)上的暗噪声值,R是像素点(i)上的参考光强值。     

b. 吸光度(i=-log[T(i)]

c. 能量I(i)= B(i)[T(i)],其中B是标准辐射光谱值。(想详细了解的版友可以咨询光纤专家或者版主)

四、海洋光纤光谱的应用

1992年以来,经过20年的历程,海洋光纤光谱已经出售了超过200,000Ocean Optics光学传感系统,(平均全球年销售10000台,还是可以,毕竟起步阶段销售较慢)这让光纤光谱在工业应用领域和其它应用领域拥有无与伦比的知识与经验。以下列举Ocean Optics部分广受欢迎的系统配置:溶液吸光度、 上升流/下降流、 氧传感、 气体吸收率、 荧光测量、 LED分析、激光分析、激光诱导击穿光谱(LIBS)、计量学、UV-VIS反射测量、反射颜色测量等等,范围之广在这么短的时间内远非我能所了解,只能慢慢了解,循序渐进。比较受欢迎的仪器如下:

1.微型光谱仪:各种波长范围的光纤光谱仪,适用于实验室或其他多种领域;(我对手持微量金属分析仪比较感兴趣,如MH-5000元素分析仪。不过卫生指标的检测,估计难以达到,仔细看了一下,基本上适用于ICP-OES检测的所有元素,检测下限为0.1ppm,针对于环境水质检测还可以,对于生活饮用水的卫生指标检测,这样达不到要求的;但是对固体等可以直接检测,所以测定食品还是没有问题,比较感兴趣,容后和冲浪小子版主站短再议

2.光纤:具有专利技术的光纤, 用户定制光纤, 多层次光纤拉丝塔;

传感器:海洋光学出产的低成本,创新性的传感器,为传统的化学传感测量提供光辉的前景;

3.探测器:用户自定义设计及生产,他们的探测器可应用于实验室,过程监控等多种领域;

4.计量器:独特的测量工具,用于薄膜测量,血浆分析和光谱特征检测(这个计量院用的比较多,不知道用于血浆分析的属于哪个型号仪器,想进一步了解);

5.附件:校正波长,比色皿,支架,流通池和各种采样系统(计量院用的多,不过自己实验室自校时绝对用得着);

五、海洋光纤光谱在世界各国的受欢迎程度

海洋光学以灵巧,微型、便利等作为很受欢迎的光谱仪之一。尤其最新推出的USB4000光谱仪是目前世界上最受欢迎的光谱仪!它内置了先进的探测器和强大的高速电路系统,具有16A/D转换,4种触发模式,根据温度变化的暗噪声校正和22针的连接口(包括8个用户可编程GPIO端口)USB4000可兼容Linux,MacWindows等多种操作系统.模块化的USB4000光谱仪可以响应从2001100nm的光谱范围,通过配合海洋光学生产的各种光学平台组件、光源和采样光纤,可以为上千种吸收、反射和发射测量应用搭建各具特色的系统。

海洋光学的微型光纤光谱仪通常采用光纤作为信号耦合器件,将被测光耦合到光谱仪中进行光谱分析。更好的是,由于光纤的方便性,用户可以非常灵活的搭建光谱采集系统。其优势在于测量系统的模块化和灵活性,且测量速度非常快,可以用于在线分析。而且采用了低成本的通用探测器,降低了光谱仪的成本,从而也降低了整个测量系统的造价。具有很高的性价比。   

六、个人对海洋光纤光谱的意见及建议

海洋光学在世界已经走了20个年头,已经成年。但步入中国才5个年头,还处于幼儿期,市场前景可观,个人认为,在国内的发展问题说难不难,说不难却不容易。 因为市场竞争有四步历程,第一步——早期巨大的市场空间;第二步——众多企业杀入;第三步——市场竞争产生;第四步——竞争白热化。您觉得海洋光纤光谱在国内正处在哪一步的市场竞争中?

同时,市场竞争也有四个领域,一、产品质量的竞争——质量为本;二、售后服务的竞争——实行三包;三、知名程度的竞争——品牌战略;四、价格领域的竞争——价格战。您觉得海洋光纤光谱现在又介入到哪个领域了?

不知道您们留意过没有?整个行业的发展前景都是朝着电子应用前进,比如电子政务、电子商务、电子公务等,这些应用,最需要的就是网络组建,我们假设一下,你我他她四人是企业领导,政府首长,组建一个电子网络,我们会着重从哪些方面考虑?还是网络建设吧?当然还必须具备技术实力,最重要的一点就是必须有关系,打通政界和顾客之间的关系。 也许就三方面,第一、打响海洋光纤光谱在中国的知名度;第二、做好网络建设(人际网路和internet网络)的人才储备;第三、必须抢在所有竞争对手前面,打点好各方面的关系。这样才可能在下一个五年内,也就是在中国的第十年,光纤光谱会在中国突飞猛进,普及到各个行业的各个实验室。

啰啰嗦嗦说了一大堆废话,也许到最后什么都不是,毕竟海洋光纤光谱有自己的方式,但是作为一个一线的实验室检测人员,对海洋光学已经做了初步的了解,了解了就写出发布了,发布了,心里面也就松了口气,但愿这篇乱七八糟的文字心声能给各个版友提供快捷的了解光纤的方式,但愿我的建议也给光纤光谱官方起到一丁点的敲打作用。不管如何,已经写完了,花费了很久的时间写完了这篇六千多字的文章。

鄙人没有用海洋的仪器,但没有为没法写原创而发愁,因为,这就是一篇另类的原创,另类海洋之心征文的原创文章。但愿我的突破也能起到一丁点什么作用!好了,就此搁笔!
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马踏飞燕
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MH-5000元素分析仪我想了解具体情况和价位等,冲浪版主看到后可以站短联系我,先了解,后体验,最后购买,基本就是这个模式了。
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计量器:独特的测量工具,用于薄膜测量,血浆分析和光谱特征检测,具体测量血浆中的神马东东,和我们的大生化全自动生化仪有神马区别,期望得到版主和专家的解释。
冰火女孩
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支持飞燕老师多写几篇原创了,学习了,实际上大家现在都不怎么了解光纤光谱仪。
dahua1981
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dahua1981
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原文由 重做小学生(langhuashang) 发表:
另类的原创,啰啰嗦嗦的六千多字,但表达了我的全部想法,其它商业想法只能和冲浪版主站短再叙了。

估计可以参加海洋之心吧
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2012/2/11 15:57:36 Last edit by dahua1981
马踏飞燕
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谢谢冰火妹子的鼓励啊,了解完就写了。
马踏飞燕
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原文由 冰火女孩(xuwanxiu2006) 发表:
支持飞燕老师多写几篇原创了,学习了,实际上大家现在都不怎么了解光纤光谱仪。

坚持学习,不断写作,慢慢提供。
马踏飞燕
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原文由 dahua1981(dahua1981) 发表:
马老师的作品不错
拜读了

谢谢大华老师,作品谈不上,就是说出了心里的想法而已,顺便总结了一下光纤。
马踏飞燕
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原文由 dahua1981(dahua1981) 发表:
原文由 重做小学生(langhuashang) 发表:
另类的原创,啰啰嗦嗦的六千多字,但表达了我的全部想法,其它商业想法只能和冲浪版主站短再叙了。

估计可以参加海洋之心吧

已经写了,能否参加也有待于光纤决定。