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22届光谱仪器研讨会大咖新说：工具发明常先于应用

2018.12.15

分析测试百科网讯 2018年12月15日，第22届全国光谱仪器学术研讨会第二天，光谱研发界众位大咖继续带来精彩报告，从基础原理到重大应用。更有学者挑战“工欲善其事，必先利其器”的说法，提出“不要只围绕着所谓科学问题去发展工具和技术，发展新的工具常常比要解决的问题本身更重要！”的新观点，让我们重新思考和认识：不要只为了应用去发展科学仪器（新工具），而要去不断发展新的工具。分析测试百科网作为本次会议的支持媒体，全程跟踪报道。

清华大学张新荣教授

清华大学张新荣教授做题为“下一代临床免疫分析仪器预测”的报告。免疫检测是临床疾病诊断的重要方法。从该方法的发展历程看，最初是放射免疫法，曾获得了诺贝尔奖。后来因放射性问题，又发展了酶联免疫和化学发光免疫法。这两种方法存在的共同问题是难以用内标物进行校准，也不易在多孔板一个孔中进行多指标的同时测定，用血量多，测量的工作量也大。针对这一问题，课题组提出一种稳定同位素标记—多抗体同时检测的免疫分析方法。该方法的主要优点是：（1）采用稀土元素的稳定同位素作为标记物，测量的干扰很小；（2）可以在包被抗体和检测抗体上同时引入标记物来检测同位素比值，测量精度好；（3）多元素检测的模式允许在一份血样中同时检出多种标志物成分，测量工作量减小；（4）可以采用多负载的同位素长链分子标记抗体，灵敏度很高；（5）操作程序与现在医院常规化学发光免疫的操作程序基本一致，容易被临床检验人员接受。该方法有可能取代化学发光免疫分析方法，成为新一代临床免疫检测的工具。报告介绍了该方法的原理和仪器，课题组与301医院合作，开发了多种肿瘤标志物检测的方法。

四川大学侯贤灯教授

四川大学侯贤灯教授做题为“原子光谱仪器部件与小型化仪器”的报告。原子光谱分析目前仍然是痕量元素分析最有效最常用的分析方法。课题组在原子光谱分析仪器部件与小型化仪器研制方面的相关工作。首先介绍了在各部件方面的研究工作，比如（1）光源：使用了尖端放电微等离子体、辉光放电微等离子体、介质阻挡放电等；（2）原子化器和离子化源：火焰炉、钨丝电热原子化器；（3）检测系统：基于CCD的微型光谱检测器；（4）同时检测模式：原子发射光谱/原子质谱、原子吸收/原子发射等。随后介绍了课题组研制的便携式原子光谱仪器，在水质检测等方面的应用，以及将技术转化到北分瑞利后形成的商品化便携式原子光谱系统。随后介绍了在原子光谱联用方面的工作，如GD-CE，特点为：无物理接口，可发挥毛细管电泳分离+光谱检测的优势，可检测无机、元素形态和有机样品。最后可介绍了研究中一些可能的问题，比如高新分析仪器的标准问题，课题组已经开始推动仪器的计量校准规范、标准的工作。

复旦大学化学系王鸿飞教授

复旦大学化学系王鸿飞教授做题为“非线性光谱新发展及科学仪器的研制与产业化”的报告，讨论近几年亚波数高分辨分辨宽带和频振动光谱（SFG-VS）和飞秒受激拉曼光谱（FSRS）的发展经验，并且通过本人二十多年来在美国和国内光谱与动力学相关实验物理化学研究领域的经历，讨论科学仪器研制和产业化相关的一些问题和可能途径。首先介绍表/界面研究工具：和频振动光谱，并研究其与动力学的关系。举例了EKSPLA公司的SFG光谱仪和光谱显微镜。SFG-VS作为原位表面界面分析工具存在如下优势与挑战：如何分析与标识光谱，如何准确确定分子基团的取向，如何研究界面分子的动力学性质。高分辨宽带和频振动光谱推进光谱分辨率和检测信噪比的极限。随后介绍新型非线性光谱技术：同步短飞秒与长皮秒激光系统，并介绍基于新光谱方法的高光谱与时间分辨的多模式光谱学平台。在研制方面，王鸿飞也提出观点：工欲善其事，必先利其器并不见得对。其实是新工具即新科学，工具的发明（常常）先于应用。另一个是卡脖子问题，表面上是基本的器件和工艺技术（Know-how）；实际上是基础科学知识和训练的欠缺。所以，发展新的工具常常比要解决的问题本身更重要；创新科学工具（仪器和方法）本身就是最重要的目的；发展新武器的目的并不是为了消灭特定的敌人，而是为了在武器上领先于任何可能的敌人。不要只围绕着所谓科学问题去发展工具和技术。工具和技术发展出来要充分利用去解决科学问题。

中国海洋大学郑荣儿教授

中国海洋大学郑荣儿教授做题为“深海原位拉曼光谱技术：从目标（项目）到导向到需求引领”的报告。围绕海洋探测需求，对课题组近期在发展光谱类海洋传感技术方面取得的进展进行介绍，并从个人的视角和体会，对水下原位光谱技术发展面临的关键问题和未来发展的方向进行探讨。她首先回顾了自己做质谱、光谱用于海洋科学研究的经历，比如做4000米下的ROV检测仪器，深海原位拉曼光谱技术；从承担项目开始，到作为海底观测网的设备。海洋世纪的竞争焦点是：资源、环境和权益，在资源和权益方面国家都有重点研发计划；她回顾了几大国家“863计划”，然后介绍了课题组的工作。如做海洋观测网、海底观测网中的科学仪器设备，需要能长时间观测，而且当前深海大洋观测从固定向移动观测方向推进。在“面向全球深海大洋的智能浮标”项目中，ARGO浮标传感器技术的要求是：每天观测后都能传到卫星上全球可用，并提出了新型设计要求：如能耗更低。生化模块中需要科学仪器，同时课题组还做了集测试/应用于一体的综合接驳试验平台，从而实现海洋生态环境原位实时监测技术。在深海关键技术与装备中，介绍了深海热液化学场多光谱原位综合探测系统，如面向冷泉和热液的环境探测的DOCARS II系统，插入式拉曼光谱探测子系统RiP-Hv。

吉林大学徐蔚青教授

吉林大学徐蔚青教授做题为“等离激元增强拉曼光谱仪器的研制与应用”的报告。表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering, SERS）通过利用粗糙金属表面或特殊的纳米结构作为基底使样品的拉曼信号获得高达10⁴~10¹⁰的增强的特殊光谱现象，也是目前少数几种达到单分子水平检测的超灵敏检测技术之一。SERS机理可分为物理增强机制（又称电磁场增强）和化学增强机制（又称电荷转移），对于SERS基底的制备，多年来已取得巨大的成就，但如何将SERS基底与仪器设备直接结合，形成方便、快捷、适合于应用的一体化检测装置仍面临着巨大的挑战。课题组将基础理论研究与应用方法设计结合，构建“SERS光谱检测仪”。基本设想是：基于贵金属纳米粒子或膜系统的等离激元特性，通过近场产生的巨大电磁场增强来激发目标分子的拉曼光谱，并根据体系的SERS发射特性，在近场或远场进行光谱探测；设计几种等离激元增强拉曼光谱的激发与探测策略以及把SERS基底和光谱检测系统结合的形式，主要包括：棱镜耦合可变角度激发的显微拉曼光谱系统、表面增强拉曼光纤光谱微探针、传导型表面等离子体与局域表面等离子体共增强耦合体系、波导表面消逝场与表面等离子体耦合激发拉曼散射、长程表面等离子体与局域表面等离子体共增强耦合体系以及金属包覆波导共振与局域表面等离子体共增强等多种耦合体系。优化出一种集成化等离激元增强拉曼光谱仪（integrated plasmon enhanced Raman spectrograph， iPERS）的设计方案，以满足功能表面/界面体系表征的特点与苛刻要求，形成有特色的薄膜增强光谱学研究平台，并向仪器的实用化推进。

北京理工大学赵维谦教授

北京理工大学赵维谦教授做题为“纳米级微区形态性能参数激光差动共焦多谱联用测量方法探讨”的报告。从小到细胞观测，大到地外天体探测，微区物质形态与性能参数的精细探测是探究物质世界不可或缺的手段。课题组介绍新近提出的微区形态性能参数激光差动共焦多谱联用（瑞利光谱、拉曼光谱、布里渊光谱、LIBS和质谱）探测新方法及其仪器化研究进展，以期为微区物质形态与性能参数的精细探测和揭示反映高端制造过程中物理性质、化学性质、尺度效应和界面效应的演变过程提供新的测量手段，并催生精密测量新原理仪器。课题组研制了激光差动共焦拉曼成像的系统，具有更高的空间分辨能力，样品定焦能力，以及高动态振幅测量能力；研制了激光差动共焦拉曼-布里渊光谱成像系统；激光差动共焦拉曼光谱-LIBS-质谱成像系统。

华东理工大学杜一平教授

华东理工大学杜一平做题为“基于小型光谱仪器的快检策略”的报告。分子光谱技术操作简便快速、仪器小巧、检测成本低，是理想的快检技术；而其灵敏度低、谱带重叠严重而导致的光谱干扰问题常影响其应用。对于快检光谱技术应用于实际样品检测，课题组的策略是：对常量组分分析近红外光谱技术是个理想的选择；对微量和痕量，甚至是超痕量物质分析，采用固相萃取（SPE）结合分子光谱是一种合适的途径。课题组发展了固相萃取光谱（Solid Phase Extraction Spectroscopy， SPES）。采用固相萃取光谱技术，先对样品溶液进行固相萃取操作，富集被测组分，去除溶剂，同时也部分分离干扰成份；之后无需洗脱被测组分直接在固相介质上测定光谱。SPES方法简单快速，由于无洗脱，被测组分不会被稀释，富集倍数往往很高，同时在SPE过程中很多共存组分可能不被吸附而被分离，因此选择性也可得到改善。本文主要介绍以微孔滤膜为SPE材料，小型光谱仪器为检测部件，测定痕量或超痕量组分的技术和方法。举例如：光气的检测；膜固相萃取荧光检测苯并芘；分子印迹固相萃取紫外光谱检测猪肉中左氧氟沙星，以及色素和重金属的快检仪器研制。

中国科学院化学研究所夏安东教授

中国科学院化学研究所夏安东研究员做题为“基于受激亏蚀的激发态暗态过程的调控和探测”的报告。课题组主要研究方向是：凝聚相复杂分子的激发态过程。观察溶剂化导致的激发态光谱移动（红移蓝移）的规律。实验室原孔繁敖教授打下基础，研究飞秒荧光亏蚀光谱仪，研究受激亏蚀过程。课题组发展了飞秒光谱实验室，并重点介绍了基于传统泵浦-探测改进的泵浦-亏蚀-探测（PDP）实验系统。比如研究激发态分子内质子转移化合物的质子转移动力学，追踪复杂化学反应中的“暗态”动力学，研究基态质子转移反应（GSIPT）。该研究实现了基态溶剂化的探测，完整描述分子内质子转移“四能级系统”的光循环动力学，实现了超快基态质子转移反应的光谱追踪，研究了基态质子转移反应中的溶剂化作用。下一个研究目标是：时间分辨小于10飞秒的探测，使用飞秒的激发态受激Raman和PDP，研究了10fs空芯光波导器。总结中谈到，该研究简单介绍了激发态弛豫过程中的暗态溶剂化的探测方法；实现了针对“形成特别慢、衰减特别快”的暗态的探测。

厦门大学环境与生态学院李权龙教授

厦门大学李权龙教授做题为“分光光度法在海水总碱度自动测定仪器研制中的应用”的报告。海水总碱度表征海水的缓冲能力，是海水碳酸盐系统的四大参数之一。为了获取高时空分辨率的总碱度数据，在海洋酸化和海洋碳循环研究中往往需要测定大量的海水样品，因而对总碱度测定仪器的应用方式、自动化程度和测定速度提出了很高的要求。采用酸碱指示剂结合可见光分光光度法可测定溶液的pH，其精密度达到0.001，是目前测定海水pH值的常用方法。利用环流分析技术，通过一系列的技术创新，结合光分光光度法测定pH，研制了基于单点滴定的走航总碱度测定仪器和原位测定仪器。仪器自动运行，测定效率高，精密度和准确度好。走航总碱度测定仪器已在国内外多家海洋研究机构试用，进一步改进后，可望实现产业化。

中国科学院半导体研究所谭平恒教授

中国科学院半导体研究所谭平恒研究员做题为“超低频拉曼光谱技术及其在二维材料研究中的应用”的报告。超低频拉曼（低于50cm^-1）探测在纳米材料研究、制药和半导体加工等许多重要应用中至关重要。传统上, 使用三重单色仪系统可以测量频率非常接近励磁线的拉曼带，但其通量较低。课题组搭建了低成本微型拉曼模块，可灵活配置。采用各种类型光谱仪和搭建配置，如搭建显微拉曼和荧光光谱仪；搭建高光谱透过率显微拉曼和荧光模块；可以采用右侧耦合或后侧耦合，可集成显微荧光和拉曼成像；可做成双出口：高分辨拉曼与宽光谱荧光谱仪。实验表明，超低频拉曼是观测二维材料和相关杂化结构的主要非破坏表征手段。

　　大会报告与圆桌会议后，厦门大学任斌教授和光谱仪器专业委员会邢志秘书长主持了此次研讨会的闭幕仪式。

会议执行主席，厦门大学任斌教授

　　会议执行主席，厦门大学任斌教授表示，经过两天紧张热烈的会议报告，相信从事技术科研的专家学者和仪器厂商均达到了很好的经验交流效果，预祝各位再接再厉，为我国分析仪器事业做出更大的贡献。

光谱仪器专业委员会邢志秘书长

　　光谱仪器专业委员会邢志秘书长向各位与会的专家学者表示感谢，此次会议两天时间，共有26个报告并且组织了圆桌会议，促进了到场的专家学者与厂商的技术分享；同样感谢厦门大学组织的志愿者，特别感谢两位副秘书长刘国坤、吴轶老师；并感谢本届媒体分析测试百科网。下届“全国光谱仪器学术研讨会”将于明年继续举办，希望在座的专家学者、老师及同学到时积极探讨光谱仪器相关的科研成果及技术、零部件问题。