石油入定仪

近年来，以光场显微镜为代表的一系列计算成像技术，因其低光毒性、快速三维成像能力等优势备受注目，在活体显微成像领域取得了突破性的成果【1】。由于光场成像技术可以在单次拍摄下获取样本的高维信息，在长时动态观测方面具有独特的优势，例如观测血流、大规模神经活动、细胞内以及细胞间长期相互作用等等。而在复杂的活体成像环境下，光场系统采集的高维目标信号与无序散射光以及高强度背景光深度杂糅，极大限制了穿透深度与信号的定量程度。近日，清华大学的研究团队提出了一种基于非相干散射理论的多尺度量化模型（QLFM），可通过充分挖掘光场数据的高维特性和准确的物理建模，从而实现计算光学层析能力。该研究显著减少了背景荧光与散射光子的影响，同时也提升了单光子成像在复杂活体环境下的穿透深度，推动光场显微技术进入定量荧光显微时代。相关研究成果于 2021 年 11 月 4 日在线发表在 Nature Communications 杂志，题为：Computational optical sectioning with an incoherent multiscale scattering model for light-field microscopy。在复杂的成像环境下，由于背景光、散射光以及系统像差等多种因素的干扰，传统的光场成像模型无准确求解成像反问题。这一特性极大限制了光场显微成像技术在活体观测中的应用。在此基础上，QLFM提出了多尺度精确量化模型，在完备空间下剥离信号光、背景光以及散射光分量，实现了光学计算层析，显著提升了成像穿透深度。通过此方式，科学家在400μm的成像深度下，将图像的信背比 (signal-to-background ratio, SBR) 提升了20dB。该方法被用于观测等斑马鱼脑、果蝇脑、果蝇卵、小鼠脑等多种活体生物样本，并在多种成像环境下成功解析了高SBR的三维动态信息。此外，由于不需要额外的硬件支撑，该方法广泛适用于各种相空间成像系统。图1 | QLFM 概念与原理示意在传统的光场成像模型中，大量的背景光极易将目标荧光信号淹没，极大制约了成像深度。QLFM首先提供了一种多尺度的完备空间模型，利用光场不同角分量下点扩散函数 (point spread function, PSF) 的不同特征，分离出大尺度范围内的背景光分量，并将其在成像反问题求解过程中剔除。另外，为了提升计算效率，QLFM提供了一个基于非均一分辨率的多尺度采样机制。这种采样方式极大的节约了计算成本，将重建速度提升了两个数量级，为长时间活体三维观测提供了基础。图2 | 在斑马鱼心脏成像实验中，QLFM 与传统模型的对比除了背景光，杂乱无序的散射光也是一个需要考虑的因素。在传统成像模式下，由于散射光与信号光深度杂糅，不能通过常规的光学层析将散射光剔除。但在光场成像模式下，相空间分量准确描述了目标的高维光场分布，这为解析散射光提供了可能。基于上述理论，QLFM还提出了一种相空间下非相干散射传播模型，对目标体中的散射光进行逐层建模，并将此模型融合到相空间成像反问题求解算法中，通过反复优化迭代，最终获得分离的散射光和信号光分量。另外，系统畸变造成高维PSF畸变也是导致成像质量下降的一个因素。QLFM提供了一个基于向相位恢复算法的PSF矫正模型，通过反复迭代拟合，使得仿真PSF的强度分布收敛到与实采PSF一致，同时又保证了更高的信噪比。使用矫正后的PSF进行反问题求解可以显著缓解近焦面的伪影，同时在整个成像范围内都提升了空间分辨率。QLFM 利用精确数学建模获得了光学计算层析能力，极大程度削弱了背景光的干扰，剔除了活体样本中散射光的影响并消除由系统像差引入的畸变，由此从高维光场信号中准确求解复杂成像反问题，显著提升了光场显微系统的实用性与在活体环境下的定量荧光观测能力。同时QLFM也进一步提示了复杂物理模型在反问题求解过程中的重要性。如何准确地从数据中可解释地挖掘出真实世界的定量本真信息将是未来发展的一个重要趋势。清华大学自动化系博士生张亿、卢志、清华大学自动化系助理教授吴嘉敏为该论文的共同第一作者，清华大学自动化系、脑与认知科学研究院、北京科学信息与技术国家研究中心戴琼海教授、季向阳教授、吴嘉敏助理教授为论文共同通讯作者。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26730-w

光谱起源于17 世纪，1666 年物理学家牛顿第一次进行了光的色散实验。他在暗室中引入一束太阳光，让它通过棱镜，在棱镜后面的白屏上，看到了红、橙、黄、绿、兰、靛、紫七种颜色的光分散在不同位置上—即形成一道彩虹。这种现象叫作光谱。这个实验就是就是光谱的起源，然而自牛顿以后，一直没有引起人们的关注。 直到1859年克希霍夫和本生为了研究金属的光谱，自己设计和制造了一种完善的分光装置，这个装置就是世界上第一台实用的光谱仪器，研究火焰、电火花中各种金属的谱线，从而建立了光谱定性分析的初步基础。 1882 年，罗兰发明了凹面光栅，即是把划痕直接刻在凹球面上。凹面光栅实际上是光学仪器成象系统元件的合为一体的高效元件，它解决了当时棱镜光谱仪所遇到的不可克服的困难。凹面光栅的问世不仅简化了光谱仪器的结构，而且还提高了它的性能。 在积累了30多年光谱定性分析的经验后，光谱理论迅速发展，在1930年以后，罗马金和赛伯提出定量的经验公式，建立了光谱定量分析方法，从此光谱分析法进入定性、定量分析的新纪元，在工业方面得到了广泛的应用。 发射光谱的基本原理是处于基态的原子在受到光、电或热激发时，由基态跃迁到激发态，激发态为不稳定态，再返回到基态时，发射出特征光谱。 所以发射光谱分析的基本过程即为： 因此，发射光谱仪的基本结构由激发系统、真空系统、分光系统、检测系统以及计算机系统组成。在光谱应用和仪器发展的过程中，出现了很多不同类型的激发光源，根据激发光源类型的不同，发射光谱仪也可分为以下不同的类型，而目前火花、电感耦合等离子体、X射线为应用最广泛的激发光源。 现代社会的基础建设少不了钢铁等金属材料的大量使用，金属材料的质量如何决定着工程的最后质量，所以钢铁基础建材的质量把控也由此成了工程整体质量管理的核心；与此同时，不合格的基材、使用后的残料如何处理也是一个关乎环境保护以及经济循环的重要问题。 Elementar（德国元素）公司基于自身一百多年的材料分析经验，结合了目前金属材料检测和金属回收的分析场景，经过多年的精心研发，于2020这一非凡之年，推出了目前市场上最轻便的移动式火花直读光谱仪—ferro.lyte.△传统火花光谱仪结构示意图 ferro.lyte采用传统火花激发光源，结合经典的凹面光栅罗兰圆结构，并创新的采用了新型CMOS检测器代替了CCD检测器，CMOS检测器紫外灵敏度更高，实现非金属元素（N、C、S、P）更精准的分析。CMOS具备防光晕技术，提高光学系统分辨率，提升仪器检测限。更强的抗干扰能力，保证数据稳定性。 ferro.lyte移动式直读光谱仪能够满足不同的使用场景，既不需要繁琐的样品前处理，也不需要对样品进行切割移动，同时还可完美地检测C、P、S的轻原子序数的元素。ferro.lyte采用了Elementar专利的CONLYTE® 技术，可以实现双相不锈钢中N元素的检测，同时也拥有媲美台式直读光谱的精度和稳定性，为任何使用场景都可提供一个完美的解决方案。 All-in-one的设计理念赋予了ferro.lyte无与伦比的移动性，16Kg的重量（不含钢瓶）刷新了您对移动式直读光谱仪的重量认知，集成的钢瓶托架让您的分析无时无刻，无处不在！同时，配套的移动小车能够让您随心所欲驾控您的检测环境。 目前，移动式直读光谱仪已被广泛的用于各个行业，如钢铁、大型阀门、特种管道（石油管道）、压力容器等，以及用于一些特殊的难以触及检测的桥梁管道等，为大基建的钢筋铁骨保驾护航！

p 　　近年来，VOCs作为新型大气污染物逐渐进入公众视野。随着环境监测投资加码，VOCs监测将成为“十三五”环境行业新的增长点。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong VOCs纳入总量控制指标 /strong /span /p p 　　作为四大总体污染物之一，VOCs相对脱硫、脱硝等市场起步较晚，2010年才首次将VOCs列入大气污染防治范围。 /p p 　　2013年以来，国家陆续发布了《挥发性有机物污染防治技术政策》、《重点行业挥发性有机物削减行动规划》、《挥发性有机物排污收费试点办法》等多项政策措施。此外，今年年初发布的“十三五”规划纲要，首次将VOCs新纳入总量控制指标。“十三五”规划纲要提出，在重点区域、重点行业推进VOCs排放总量控制，全国排放总量下降10%以上。 /p p 　　国家层面目前对11个重点行业提出明确的削减目标和减排手段。截至目前已有15个省市开展VOCs排放收费。北京、上海、安徽、江苏、河北、湖南、四川、辽宁、天津、浙江等已建立明确VOCs排污收费标准。其中，北京排污收费标准最严格，收费标准差别化最高达40元/公斤。上海征收范围覆盖最广，除国家强制要求必须征收的石油化工和包装印刷两个行业外，收费范围还包括船舶制造、汽车制造、家具制造等12个大类行业中的71个中小类行业。 /p p 　　分析人士认为，VOCs纳入总量控制指标，在总量控制标准的强制约束下，预计VOCs治理进度将加快。随着后续配套政策(治理标准、重点行业整治方案、排污费征收等)的陆续出台，VOCs治理将在未来三年迎来快速增长，撬动近千亿的治理工程市场。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " VOCs减排带来市场空间 /span /strong /p p 　　海通证券认为，到2020年，预计工业源VOCs减排控制带来的市场空间为1809亿元。其中，含VOCs产品的应用和排放环节的减排需要达到759.22亿元，占总需求的41.53%。 /p p 　　VOCs作为环境监测中重要的细分领域之一，VOCs监测的市场空间主要体现在空气质量监测和重点领域污染源监测两个方面。空气质量VOCs监测方面，“十二五”国家环境监测方案已经要求“国控点”安装VOCs监测设备。 /p p 　　污染源VOCs监测方面，“十三五”将重点推进石化行业和印刷行业的VOCs监测，包括全国381个石化工业园区，以及全国4142家规模以上印刷企业。这部分的市场空间在百余亿元。 /p p 　　东方证券分析师认为，鉴于政府对VOCs实行排污收费政策，环保逐步转入定量时代，监测成为监管治理的基础。就目前工业及城市发展现状进行预测，相关企业按单套监测设备40万元估算，市场空间为370亿元。相关产业园区按单套设备150万元估算，市场空间为60亿元，城市空气质量在线监测市场空间为40亿元，VOCs治理市场约为95亿元。VOCs监测与治理共500多亿元的市场静待释放。 /p p 　　随着VOCs排污收费政策大幅推进实施，VOCs监测与治理市场出现一批技术领先和项目经验丰富的公司。VOCs监测治理领域有先发优势的聚光科技、汉威电子、先河环保等公司值得关注。 /p p br/ /p