22屆光譜儀器研討會大咖新說：工具發明常先于應用

發布時間：2018-12-15 19:33 原文鏈接： 22屆光譜儀器研討會大咖新說：工具發明常先于應用

分析測試百科網訊 2018年12月15日，第22屆全國光譜儀器學術研討會第二天，光譜研發界眾位大咖繼續帶來精彩報告，從基礎原理到重大應用。更有學者挑戰“工欲善其事，必先利其器”的說法，提出“不要只圍繞著所謂科學問題去發展工具和技術，發展新的工具常常比要解決的問題本身更重要！”的新觀點，讓我們重新思考和認識：不要只為了應用去發展科學儀器（新工具），而要去不斷發展新的工具。分析測試百科網作為本次會議的支持媒體，全程跟蹤報道。

清華大學張新榮教授

清華大學張新榮教授做題為“下一代臨床免疫分析儀器預測”的報告。免疫檢測是臨床疾病診斷的重要方法。從該方法的發展歷程看，最初是放射免疫法，曾獲得了諾貝爾獎。后來因放射性問題，又發展了酶聯免疫和化學發光免疫法。這兩種方法存在的共同問題是難以用內標物進行校準，也不易在多孔板一個孔中進行多指標的同時測定，用血量多，測量的工作量也大。針對這一問題，課題組提出一種穩定同位素標記—多抗體同時檢測的免疫分析方法。該方法的主要優點是：（1）采用稀土元素的穩定同位素作為標記物，測量的干擾很小；（2）可以在包被抗體和檢測抗體上同時引入標記物來檢測同位素比值，測量精度好；（3）多元素檢測的模式允許在一份血樣中同時檢出多種標志物成分，測量工作量減小；（4）可以采用多負載的同位素長鏈分子標記抗體，靈敏度很高；（5）操作程序與現在醫院常規化學發光免疫的操作程序基本一致，容易被臨床檢驗人員接受。該方法有可能取代化學發光免疫分析方法，成為新一代臨床免疫檢測的工具。報告介紹了該方法的原理和儀器，課題組與301醫院合作，開發了多種腫瘤標志物檢測的方法。

四川大學侯賢燈教授

四川大學侯賢燈教授做題為“原子光譜儀器部件與小型化儀器”的報告。原子光譜分析目前仍然是痕量元素分析最有效最常用的分析方法。課題組在原子光譜分析儀器部件與小型化儀器研制方面的相關工作。首先介紹了在各部件方面的研究工作，比如（1）光源：使用了尖端放電微等離子體、輝光放電微等離子體、介質阻擋放電等；（2）原子化器和離子化源：火焰爐、鎢絲電熱原子化器；（3）檢測系統：基于CCD的微型光譜檢測器；（4）同時檢測模式：原子發射光譜/原子質譜、原子吸收/原子發射等。隨后介紹了課題組研制的便攜式原子光譜儀器，在水質檢測等方面的應用，以及將技術轉化到北分瑞利后形成的商品化便攜式原子光譜系統。隨后介紹了在原子光譜聯用方面的工作，如GD-CE，特點為：無物理接口，可發揮毛細管電泳分離+光譜檢測的優勢，可檢測無機、元素形態和有機樣品。最后可介紹了研究中一些可能的問題，比如高新分析儀器的標準問題，課題組已經開始推動儀器的計量校準規范、標準的工作。

復旦大學化學系王鴻飛教授

復旦大學化學系王鴻飛教授做題為“非線性光譜新發展及科學儀器的研制與產業化”的報告，討論近幾年亞波數高分辨分辨寬帶和頻振動光譜（SFG-VS）和飛秒受激拉曼光譜（FSRS）的發展經驗，并且通過本人二十多年來在美國和國內光譜與動力學相關實驗物理化學研究領域的經歷，討論科學儀器研制和產業化相關的一些問題和可能途徑。首先介紹表/界面研究工具：和頻振動光譜，并研究其與動力學的關系。舉例了EKSPLA公司的SFG光譜儀和光譜顯微鏡。SFG-VS作為原位表面界面分析工具存在如下優勢與挑戰：如何分析與標識光譜，如何準確確定分子基團的取向，如何研究界面分子的動力學性質。高分辨寬帶和頻振動光譜推進光譜分辨率和檢測信噪比的極限。隨后介紹新型非線性光譜技術：同步短飛秒與長皮秒激光系統，并介紹基于新光譜方法的高光譜與時間分辨的多模式光譜學平臺。在研制方面，王鴻飛也提出觀點：工欲善其事，必先利其器并不見得對。其實是新工具即新科學，工具的發明（常常）先于應用。另一個是卡脖子問題，表面上是基本的器件和工藝技術（Know-how）；實際上是基礎科學知識和訓練的欠缺。所以，發展新的工具常常比要解決的問題本身更重要；創新科學工具（儀器和方法）本身就是最重要的目的；發展新武器的目的并不是為了消滅特定的敵人，而是為了在武器上領先于任何可能的敵人。不要只圍繞著所謂科學問題去發展工具和技術。工具和技術發展出來要充分利用去解決科學問題。

中國海洋大學鄭榮兒教授

中國海洋大學鄭榮兒教授做題為“深海原位拉曼光譜技術：從目標（項目）到導向到需求引領”的報告。圍繞海洋探測需求，對課題組近期在發展光譜類海洋傳感技術方面取得的進展進行介紹，并從個人的視角和體會，對水下原位光譜技術發展面臨的關鍵問題和未來發展的方向進行探討。她首先回顧了自己做質譜、光譜用于海洋科學研究的經歷，比如做4000米下的ROV檢測儀器，深海原位拉曼光譜技術；從承擔項目開始，到作為海底觀測網的設備。海洋世紀的競爭焦點是：資源、環境和權益，在資源和權益方面國家都有重點研發計劃；她回顧了幾大國家“863計劃”，然后介紹了課題組的工作。如做海洋觀測網、海底觀測網中的科學儀器設備，需要能長時間觀測，而且當前深海大洋觀測從固定向移動觀測方向推進。在“面向全球深海大洋的智能浮標”項目中，ARGO浮標傳感器技術的要求是：每天觀測后都能傳到衛星上全球可用，并提出了新型設計要求：如能耗更低。生化模塊中需要科學儀器，同時課題組還做了集測試/應用于一體的綜合接駁試驗平臺，從而實現海洋生態環境原位實時監測技術。在深海關鍵技術與裝備中，介紹了深海熱液化學場多光譜原位綜合探測系統，如面向冷泉和熱液的環境探測的DOCARS II系統，插入式拉曼光譜探測子系統RiP-Hv。

吉林大學徐蔚青教授

吉林大學徐蔚青教授做題為“等離激元增強拉曼光譜儀器的研制與應用”的報告。表面增強拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering, SERS）通過利用粗糙金屬表面或特殊的納米結構作為基底使樣品的拉曼信號獲得高達10⁴~10¹⁰的增強的特殊光譜現象，也是目前少數幾種達到單分子水平檢測的超靈敏檢測技術之一。SERS機理可分為物理增強機制（又稱電磁場增強）和化學增強機制（又稱電荷轉移），對于SERS基底的制備，多年來已取得巨大的成就，但如何將SERS基底與儀器設備直接結合，形成方便、快捷、適合于應用的一體化檢測裝置仍面臨著巨大的挑戰。課題組將基礎理論研究與應用方法設計結合，構建“SERS光譜檢測儀”。基本設想是：基于貴金屬納米粒子或膜系統的等離激元特性，通過近場產生的巨大電磁場增強來激發目標分子的拉曼光譜，并根據體系的SERS發射特性，在近場或遠場進行光譜探測；設計幾種等離激元增強拉曼光譜的激發與探測策略以及把SERS基底和光譜檢測系統結合的形式，主要包括：棱鏡耦合可變角度激發的顯微拉曼光譜系統、表面增強拉曼光纖光譜微探針、傳導型表面等離子體與局域表面等離子體共增強耦合體系、波導表面消逝場與表面等離子體耦合激發拉曼散射、長程表面等離子體與局域表面等離子體共增強耦合體系以及金屬包覆波導共振與局域表面等離子體共增強等多種耦合體系。優化出一種集成化等離激元增強拉曼光譜儀（integrated plasmon enhanced Raman spectrograph， iPERS）的設計方案，以滿足功能表面/界面體系表征的特點與苛刻要求，形成有特色的薄膜增強光譜學研究平臺，并向儀器的實用化推進。

北京理工大學趙維謙教授

北京理工大學趙維謙教授做題為“納米級微區形態性能參數激光差動共焦多譜聯用測量方法探討”的報告。從小到細胞觀測，大到地外天體探測，微區物質形態與性能參數的精細探測是探究物質世界不可或缺的手段。課題組介紹新近提出的微區形態性能參數激光差動共焦多譜聯用（瑞利光譜、拉曼光譜、布里淵光譜、LIBS和質譜）探測新方法及其儀器化研究進展，以期為微區物質形態與性能參數的精細探測和揭示反映高端制造過程中物理性質、化學性質、尺度效應和界面效應的演變過程提供新的測量手段，并催生精密測量新原理儀器。課題組研制了激光差動共焦拉曼成像的系統，具有更高的空間分辨能力，樣品定焦能力，以及高動態振幅測量能力；研制了激光差動共焦拉曼-布里淵光譜成像系統；激光差動共焦拉曼光譜-LIBS-質譜成像系統。

華東理工大學杜一平教授

華東理工大學杜一平做題為“基于小型光譜儀器的快檢策略”的報告。分子光譜技術操作簡便快速、儀器小巧、檢測成本低，是理想的快檢技術；而其靈敏度低、譜帶重疊嚴重而導致的光譜干擾問題常影響其應用。對于快檢光譜技術應用于實際樣品檢測，課題組的策略是：對常量組分分析近紅外光譜技術是個理想的選擇；對微量和痕量，甚至是超痕量物質分析，采用固相萃取（SPE）結合分子光譜是一種合適的途徑。課題組發展了固相萃取光譜（Solid Phase Extraction Spectroscopy， SPES）。采用固相萃取光譜技術，先對樣品溶液進行固相萃取操作，富集被測組分，去除溶劑，同時也部分分離干擾成份；之后無需洗脫被測組分直接在固相介質上測定光譜。SPES方法簡單快速，由于無洗脫，被測組分不會被稀釋，富集倍數往往很高，同時在SPE過程中很多共存組分可能不被吸附而被分離，因此選擇性也可得到改善。本文主要介紹以微孔濾膜為SPE材料，小型光譜儀器為檢測部件，測定痕量或超痕量組分的技術和方法。舉例如：光氣的檢測；膜固相萃取熒光檢測苯并芘；分子印跡固相萃取紫外光譜檢測豬肉中左氧氟沙星，以及色素和重金屬的快檢儀器研制。

中國科學院化學研究所夏安東教授

中國科學院化學研究所夏安東研究員做題為“基于受激虧蝕的激發態暗態過程的調控和探測”的報告。課題組主要研究方向是：凝聚相復雜分子的激發態過程。觀察溶劑化導致的激發態光譜移動（紅移藍移）的規律。實驗室原孔繁敖教授打下基礎，研究飛秒熒光虧蝕光譜儀，研究受激虧蝕過程。課題組發展了飛秒光譜實驗室，并重點介紹了基于傳統泵浦-探測改進的泵浦-虧蝕-探測（PDP）實驗系統。比如研究激發態分子內質子轉移化合物的質子轉移動力學，追蹤復雜化學反應中的“暗態”動力學，研究基態質子轉移反應（GSIPT）。該研究實現了基態溶劑化的探測，完整描述分子內質子轉移“四能級系統”的光循環動力學，實現了超快基態質子轉移反應的光譜追蹤，研究了基態質子轉移反應中的溶劑化作用。下一個研究目標是：時間分辨小于10飛秒的探測，使用飛秒的激發態受激Raman和PDP，研究了10fs空芯光波導器。總結中談到，該研究簡單介紹了激發態弛豫過程中的暗態溶劑化的探測方法；實現了針對“形成特別慢、衰減特別快”的暗態的探測。

廈門大學環境與生態學院李權龍教授

廈門大學李權龍教授做題為“分光光度法在海水總堿度自動測定儀器研制中的應用”的報告。海水總堿度表征海水的緩沖能力，是海水碳酸鹽系統的四大參數之一。為了獲取高時空分辨率的總堿度數據，在海洋酸化和海洋碳循環研究中往往需要測定大量的海水樣品，因而對總堿度測定儀器的應用方式、自動化程度和測定速度提出了很高的要求。采用酸堿指示劑結合可見光分光光度法可測定溶液的pH，其精密度達到0.001，是目前測定海水pH值的常用方法。利用環流分析技術，通過一系列的技術創新，結合光分光光度法測定pH，研制了基于單點滴定的走航總堿度測定儀器和原位測定儀器。儀器自動運行，測定效率高，精密度和準確度好。走航總堿度測定儀器已在國內外多家海洋研究機構試用，進一步改進后，可望實現產業化。

中國科學院半導體研究所譚平恒教授

中國科學院半導體研究所譚平恒研究員做題為“超低頻拉曼光譜技術及其在二維材料研究中的應用”的報告。超低頻拉曼（低于50cm^-1）探測在納米材料研究、制藥和半導體加工等許多重要應用中至關重要。傳統上, 使用三重單色儀系統可以測量頻率非常接近勵磁線的拉曼帶，但其通量較低。課題組搭建了低成本微型拉曼模塊，可靈活配置。采用各種類型光譜儀和搭建配置，如搭建顯微拉曼和熒光光譜儀；搭建高光譜透過率顯微拉曼和熒光模塊；可以采用右側耦合或后側耦合，可集成顯微熒光和拉曼成像；可做成雙出口：高分辨拉曼與寬光譜熒光譜儀。實驗表明，超低頻拉曼是觀測二維材料和相關雜化結構的主要非破壞表征手段。

　　大會報告與圓桌會議后，廈門大學任斌教授和光譜儀器專業委員會邢志秘書長主持了此次研討會的閉幕儀式。

會議執行主席，廈門大學任斌教授

　　會議執行主席，廈門大學任斌教授表示，經過兩天緊張熱烈的會議報告，相信從事技術科研的專家學者和儀器廠商均達到了很好的經驗交流效果，預祝各位再接再厲，為我國分析儀器事業做出更大的貢獻。

光譜儀器專業委員會邢志秘書長

　　光譜儀器專業委員會邢志秘書長向各位與會的專家學者表示感謝，此次會議兩天時間，共有26個報告并且組織了圓桌會議，促進了到場的專家學者與廠商的技術分享；同樣感謝廈門大學組織的志愿者，特別感謝兩位副秘書長劉國坤、吳軼老師；并感謝本屆媒體分析測試百科網。下屆“全國光譜儀器學術研討會”將于明年繼續舉辦，希望在座的專家學者、老師及同學到時積極探討光譜儀器相關的科研成果及技術、零部件問題。