等离子谱仪

佰汇兴业（北京）科技有限公司最新代理日本MICRO EMISSION MH-5000等离子体发射光谱仪,该仪器为一款利用液态电极等离子体来分析痕量金属的发射光谱仪，它通过向溶液施加电压以使其加热并蒸发，液体电极产生等离子体，溶液中的溶质被送入等离子体中产生发射光谱。它可以应用到冶金制造、工业废物处理和环境监测等领域中。 特点： 手持掌上型尺寸的实现（小型，便携式手持） 操作简单，初学者也可快速入门 电池驱动，可使用于现场测定 同时测定多种元素 检测极限0.1ppm～100ppm 工程管理、土壤测定、水质测定、食品测定

4月10日，中科院计划财务局组织专家对长春应用化学研究所承担的院科研装备研制项目“集成电化学方法的表面等离子体共振及其高通量分析仪器”进行了现场验收。验收专家分别听取了项目的结题、财务和用户使用报告，审阅了项目组提交的验收材料，并实地考察了研制样机的示范性实验操作，一致同意该项目通过验收。 专家现场考察样机 　　表面等离子体共振光谱(SPR)技术是一种全新的生物化学分析方法，具有实时、免标记等独特的检测优点，可广泛应用于生物分析、无机材料、化学分析和材料科学等领域，逐渐成为国际传感器领域的研究热点。实现具有时间分辨采集功能的SPR仪器方法，开发具有我国自主知识产权的新型电化学传感器、检测器和联用仪器是当前科技生产的迫切需求。 　　项目组以开发研制具有时间分辨测量能力、电化学检测系统、高通量成像分析模块的表面等离子体共振分析检测系统为目标，经过2年多的努力，研制开发出具有自主知识产权的具有时间分辨、电化学联用、成像测量等功能模块的表面等离子体共振光谱仪，可应用于界面小分子吸附反应动力学及涉及小分子相互作用的分析测量中，并可实现与多种电化学暂态、稳态技术方法的联用；该仪器设计新颖，利用二像素光学位置阵列传感器件，极大地提高了SPR光谱测量的时间响应；通过与多种电化学暂态及稳态技术方法的联用，拓宽了SPR光谱仪器的应用领域。 　　该项目研制开发的表面等离子体共振光谱及其联用仪器设备已经通过长春市产品质量监督检验院技术测试认证，现已小规模研制工程样机15台，并在清华大学、吉林大学、长春应化所、化学所、西北师范大学、东南大学、福州大学等科研和教学单位试用，效果良好。 　　该集成仪器系统将可广泛应用于电极界面纳米结构复合材料的电化学制备、修饰、电化学衍生及电极界面的自组装、生物芯片分析、医疗卫生、食品、毒品毒物分析等领域，是对目前SPR领域仪器方法的有益补充，具有广阔的市场前景。 　　该项目研制期间发表科研论文21篇；申请发明专利7项，4项已获授权；培养博士研究生7名，硕士研究生2名。

近年来，研究人员和业内主要厂商已将研发重心转向微型化、便携式且低成本的光谱仪系统，使之可以在日常生活中实现现场、实时和原位光谱分析的许多新兴应用。然而，受到过度简化的光学设计和紧凑型架构的机械限制，微型光谱仪系统的实际光谱识别性能通常远低于台式光谱仪系统。如今，克服这些限制的一种策略便是在光子方法学中引入深度学习（DL）进行数据处理。据麦姆斯咨询报道，近日，美国纽约州立大学布法罗分校（University at Buffalo，the State University of New York）与沙特阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science & Technology）的联合科研团队在Nature Communications期刊上发表了以“Imaging-based intelligent spectrometer on a plasmonic rainbow chip”为主题的论文。该论文第一作者为Dylan Tua，通讯作者为甘巧强（Qiaoqiang Gan）教授。在这项研究工作中，研究人员开发了一种紧凑型等离子体“彩虹（rainbow）”芯片，能够实现快速、准确的双功能传感，其性能可在特定条件下超越传统的便携式光谱仪。其中的分光纳米结构由一维或二维的梯度金属光栅构成。该紧凑型等离子体光谱仪利用普通相机拍摄的单幅图像，即可精确地获得照明光源光谱的光谱信息和偏振信息。在经过适当训练的深度学习算法的辅助下，研究人员仅用单幅图像就能表征葡萄糖溶液在可见光光谱范围内的双峰和三峰窄带照明下的旋光色散（ORD）特性。该微型光谱仪具有与智能手机和芯片实验室（lab-on-a-chip）系统集成的潜力，为原位分析应用提供新的可能。研究人员利用彩虹捕获效应（rainbow trapping effect）来开发片上光谱仪系统。图1展示了该研究工作所提出的片上光谱仪和一维彩虹芯片的设计原理。如图1a所示，该光谱仪利用等离子体啁啾光栅实现分光功能。这种表面光栅几何形状的逐渐变化，导致了局部等离子体共振的空间调谐（即为光捕获“彩虹”存储）。如图1b所示，研究人员采用聚焦离子束铣削技术，在300 nm的银（Ag）薄膜上制备了啁啾光栅。当白光垂直入射时，通过简单的反射显微镜系统（如图1c），就可以观察到明显的“彩虹”色图像，如图1d的顶部所示，该现象源于光栅引发的等离子体共振。图1 片上光谱仪的等离子体啁啾光栅根据这些空间模式图像，可以建立共振模式与入射波长一一对应的关系，这是片上光谱仪的基础。因此，研究人员探讨了该光谱仪对任意光谱特征的空间分辨能力。通过深度学习辅助的数据处理和重建方法，研究人员利用这种分光功能可以构建用于光学集成的智能化、微型化光谱仪平台。具体而言，研究人员提出了基于深度学习的智能彩虹等离子体光谱仪概念，并构建了带有等离子体啁啾光栅的光谱仪示例，如图2所示。该光谱仪利用深度神经网络预测了所测量的共振模式图像中的未知入射光光谱，而无需使用传统的线性响应函数模型。实验中的光谱仪架构如图2a所示。智能光谱仪主要由三部分构成：空间模式、预训练神经网络以及对应的波长。图2 基于深度学习的数据重建光谱分辨率是评价传统光谱仪性能的重要参数之一。因此，研究人员对该光谱仪的分辨率做了详细测试，测试结果如图3所示。图3 智能等离子体光谱仪的分辨率以上初步测试数据表明，智能彩虹芯片光谱仪具有实现高分辨率光谱分析的潜力，其性能可与传统台式光谱仪相媲美。随后，研究人员将一维光栅扩展到二维，以利用紧凑型智能等离子体光谱仪实现偏振光谱的测定，其性能超越了传统的光学光谱仪系统。同时，研究人员展示了等离子体彩虹芯片光谱仪可以引入简化、紧凑且智能的光谱偏振系统，具有准确且快速的光谱分析能力。图4a为具有梯度几何参数的二维光栅。图4 用于测定偏振光谱的二维啁啾光栅接着，研究人员利用该二维偏振光谱仪芯片对旋光色散进行了简单而智能的表征。图5a为传统的旋光色散系统测量由物质引起的旋光度随入射波长的函数变化。最后，研究人员展示了将二维光栅作为光谱偏振系统，并介绍了用于葡萄糖传感应用的示例。图5 更简单、准确且智能的光谱偏振分析综上所述，本研究中提出了一种集成了片上彩虹捕获效应与紧凑型光学成像系统的智能芯片级光谱仪。研究结果表明，该等离子体芯片可以在可见光光谱（470 nm - 740 nm）范围内区分不同的照明峰值。该芯片充分利用其波长敏感结构，能够根据照明光谱峰值显示不同的等离子体共振模式。随后将芯片扩展到二维结构，共振模式的复杂性增加，从而在入射光偏振方面提供更多信息。通过使用片上共振模式的空间和强度分布图像来训练深度学习算法，研究人员在同一系统内分别实现了光谱分析和偏振分析。随后，研究人员利用一种将旋光引入透射光的手性物质（即葡萄糖），证明了所提出光谱仪在旋光色散传感方面的可行性，旋光色散是一种有助于手性物质检测和定量的偏振特异性特征。深度学习模型的分析表明，该算法能够基于等离子体芯片的共振模式准确预测葡萄糖引入的旋光。即使在分析多峰照明下的共振模式时，这种性能也得到了保留。这种由深度学习支持的基于图像的光谱仪能够通过利用纳米光子平台的单幅图像同时进行光谱分析和偏振分析。因此，该光谱仪标志着在单一紧凑型且轻量化设计中实现了高性能的光谱偏振分析，为深度光学和光子学在医疗保健监测、食品安全传感、环境污染检测、药物滥用传感以及法医分析等领域的应用赋能。这项研究获得了沙特阿卜杜拉国王科技大学物理科学与工程部的科研基金（BAS/1/1415-01-01）和NTGC-AI项目（REI/1/5232-01-01）的资助和支持。