红外表示方法

紫外吸收光谱UV 　　分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁 　　谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化 　　提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息 　　荧光光谱法FS 　　分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光 　　谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化 　　提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息 　　红外吸收光谱法IR 　　分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁 　　谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化 　　提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 　　拉曼光谱法Ram 　　分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射 　　谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化 　　提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 　　核磁共振波谱法NMR 　　分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁 　　谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化 　　提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息 　　电子顺磁共振波谱法ESR 　　分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁 　　谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化 　　提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息 　　质谱分析法MS 　　分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离 　　谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化 　　提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息 　　气相色谱法GC 　　分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离 　　谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化 　　提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据 峰面积与组分含量有关 　　反气相色谱法IGC 　　分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力 　　谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线 　　提供的信息：探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数 　　裂解气相色谱法PGC 　　分析原理：高分子材料在一定条件下瞬间裂解，可获得具有一定特征的碎片 　　谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化 　　提供的信息：谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合物的化学结构和几何构型 　　凝胶色谱法GPC 　　分析原理：样品通过凝胶柱时，按分子的流体力学体积不同进行分离，大分子先流出 　　谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化 　　提供的信息：高聚物的平均分子量及其分布 　　热重法TG 　　分析原理：在控温环境中，样品重量随温度或时间变化 　　谱图的表示方法：样品的重量分数随温度或时间的变化曲线 　　提供的信息：曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区 　　热差分析DTA 　　分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，由于二者导热系数不同产生温差，记录温度随环境温度或时间的变化 　　谱图的表示方法：温差随环境温度或时间的变化曲线 　　提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息 　　TG-DTA图 　　示差扫描量热分析DSC 　　分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，记录维持温差为零时，所需能量随环境温度或时间的变化 　　谱图的表示方法：热量或其变化率随环境温度或时间的变化曲线 　　提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息 　　静态热―力分析TMA 　　分析原理：样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化 　　谱图的表示方法：样品形变值随温度或时间变化曲线 　　提供的信息：热转变温度和力学状态 　　动态热―力分析DMA 　　分析原理：样品在周期性变化的外力作用下产生的形变随温度的变化 　　谱图的表示方法：模量或tg&delta 随温度变化曲线 　　提供的信息：热转变温度模量和tg&delta 　　透射电子显微术TEM 　　分析原理：高能电子束穿透试样时发生散射、吸收、干涉和衍射，使得在相平面形成衬度，显示出图象 　　谱图的表示方法：质厚衬度象、明场衍衬象、暗场衍衬象、晶格条纹象、和分子象 　　提供的信息：晶体形貌、分子量分布、微孔尺寸分布、多相结构和晶格与缺陷等 　　扫描电子显微术SEM 　　分析原理：用电子技术检测高能电子束与样品作用时产生二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线等并放大成象 　　谱图的表示方法：背散射象、二次电子象、吸收电流象、元素的线分布和面分布等 　　提供的信息：断口形貌、表面显微结构、薄膜内部的显微结构、微区元素分析与定量元素分析等 　　原子吸收AAS 　　原理：通过原子化器将待测试样原子化，待测原子吸收待测元素空心阴极灯的光，从而使用检测器检测到的能量变低，从而得到吸光度。吸光度与待测元素的浓度成正比。 　　(Inductivecouplinghighfrequencyplasma)电感耦合高频等离子体ICP 　　原理：利用氩等离子体产生的高温使用试样完全分解形成激发态的原子和离子，由于激发态的原子和离子不稳定，外层电子会从激发态向低的能级跃迁，因此发射出特征的谱线。通过光栅等分光后，利用检测器检测特定波长的强度，光的强度与待测元素浓度成正比。 　　X-raydiffraction,x射线衍射即XRD 　　X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主要有连续X射线和特征X射线两种。晶体可被用作X光的光栅，这些很大数目的原子或离子/分子所产生的相干散射将会发生光的干涉作用，从而影响散射的X射线的强度增强或减弱。由于大量原子散射波的叠加，互相干涉而产生最大强度的光束称为X射线的衍射线。 　　满足衍射条件，可应用布拉格公式：2dsin&theta =&lambda 　　应用已知波长的X射线来测量&theta 角，从而计算出晶面间距d，这是用于X射线结构分析 另一个是应用已知d的晶体来测量&theta 角，从而计算出特征X射线的波长，进而可在已有资料查出试样中所含的元素。 　　高效毛细管电泳(highperformancecapillaryelectrophoresis，HPCE) 　　CZE的基本原理 　　HPLC选用的毛细管一般内径约为50&mu m(20～200&mu m)，外径为375&mu m，有效长度为50cm(7～100cm)。毛细管两端分别浸入两分开的缓冲液中，同时两缓冲液中分别插入连有高压电源的电极，该电压使得分析样品沿毛细管迁移，当分离样品通过检测器时，可对样品进行分析处理。HPLC进样一般采用电动力学进样(低电压)或流体力学进样(压力或抽吸)两种方式。在毛细管电泳系统中，带电溶质在电场作用下发生定向迁移，其表观迁移速度是溶质迁移速度与溶液电渗流速度的矢量和。所谓电渗是指在高电压作用下，双电层中的水合阴离子引起流体整体地朝负极方向移动的现象 电泳是指在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象。溶质的迁移速度由其所带电荷数和分子量大小决定，另外还受缓冲液的组成、性质、pH值等多种因素影响。带正电荷的组份沿毛细管壁形成有机双层向负极移动，带负电荷的组分被分配至毛细管近中区域，在电场作用下向正极移动。与此同时，缓冲液的电渗流向负极移动，其作用超过电泳，最终导致带正电荷、中性电荷、负电荷的组份依次通过检测器。 　　MECC的基本原理 　　MECC是在CZE基础上使用表面活性剂来充当胶束相，以胶束增溶作为分配原理，溶质在水相、胶束相中的分配系数不同，在电场作用下，毛细管中溶液的电渗流和胶束的电泳，使胶束和水相有不同的迁移速度，同时待分离物质在水相和胶束相中被多次分配，在电渗流和这种分配过程的双重作用下得以分离。MECC是电泳技术与色谱法的结合，适合同时分离分析中性和带电的样品分子。 　　扫描隧道显微镜(STM) 　　扫描隧道显微镜(STM)的基本原理是利用量子理论中的隧道效应。将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近时(通常小于1nm)，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。这种现象即是隧道效应。 　　原子力显微镜(AtomicForceMicroscopy，简称AFM) 　　原子力显微镜的工作原理就是将探针装在一弹性微悬臂的一端，微悬臂的另一端固定，当探针在样品表面扫描时，探针与样品表面原子间的排斥力会使得微悬臂轻微变形，这样，微悬臂的轻微变形就可以作为探针和样品间排斥力的直接量度。一束激光经微悬臂的背面反射到光电检测器，可以精确测量微悬臂的微小变形，这样就实现了通过检测样品与探针之间的原子排斥力来反映样品表面形貌和其他表面结构。 　　俄歇电子能谱学(Augerelectronspectroscopy)，简称AES 　　俄歇电子能谱基本原理：入射电子束和物质作用，可以激发出原子的内层电子。外层电子向内层跃迁过程中所释放的能量，可能以X光的形式放出，即产生特征X射线，也可能又使核外另一电子激发成为自由电子，这种自由电子就是俄歇电子。对于一个原子来说,激发态原子在释放能量时只能进行一种发射：特征X射线或俄歇电子。原子序数大的元素，特征X射线的发射几率较大，原子序数小的元素，俄歇电子发射几率较大，当原子序数为33时，两种发射几率大致相等。因此，俄歇电子能谱适用于轻元素的分析。

这种方法允许同时对多个参数进行快速无损地分析近红外分析是基于样品中分子对近红外辐射（800 nm-2500 nm）的响应。当近红外光照射到样品上，要么被样品吸收，要么就发生散射，从而产生了能够反映样品物理性质和化学组成的光谱。近红外是一种间接的测量方式，必须借助于传统的标准化学分析方法的结果建立标定模型。采用化学计量学建立的模型可以用来分析混合物或者天然产物中物质的含量，如谷物和肉类。同时标定自身的数据丰富广泛，在日常检测时非常快速高效。优化近红外分析的小技巧1保持样品的一致性分析的样品应和标定在建模时使用的样品有相同的特性。例如，建模时使用小麦中蛋白质数据所建立的标定就不适用于其它谷物中蛋白质的分析。由于水分和样品颗粒大小也会影响近红外光谱，所以也要保证样品采用相同的处理方式。2校正样品均匀覆盖全部范围特别重要的一点是，建模时选取具有代表性的样品并使得参考值均匀地分布在日常检测所期望的范围内。例如，少量且数值相近的样品建立的模型就无法对一个变化较大的属性给出准确的预测结果。主成分分析（PCA）是一个有效的对比样品差异性的统计工具。3关注参考值可靠的近红外标定依赖参考值。如凯氏定氮测蛋白、索氏提取测脂肪这些参考方法有助于近红外分析得到准确的结果。这些参考方法在整个近红外方法建立过程中都应保持不变，因为不同的分析方法的准确性和精密的都有所区别。考虑这些方法的标准误差和测量不确定度，应为每项属性保留一份当前参考方法的记录。4使用近红外以辅助参考方法使用近红外方法，您能从批量化的检测中获益。专为离线和旁线设计的近红外分析仪器可以分别安装在实验室或生产部门，作为像凯氏定氮仪、脂肪提取器、色谱系统和滴定等传统分析仪器的补充。下述的例子就展示了使用近红外对节省分析支出的贡献：回报实例每天 10 个实验室样品可以节约花费月 15 欧元，一年以 200 天计算共节省 30000 欧元。假如一台近红外光谱仪的售价在 40000 欧元，只需1年就投资就能收获回报。获得额外的收益。试剂溶液以及其它相关实验耗材的使用量都显著地减少，近红外分析在极大地节约成本的同时还保证了安全性。此外，由于近红外分析速度的优势还能提升实验室的效率。步琦解决方案ProxiMate™ 是一台适合放置在产线旁的设备，它拥有 IP69 认证且支持触控，即使戴着手套也不会影响操作，具有强大且稳定的性能。不仅能够使用仪器提供的校准模型，而且也可使用整合在仪器中的自动校准 AutoCal 功能，轻松建立您的专属模型。步琦解决方案的更多信息：https://www.buchi.com/zh/products/instruments/proximate寻找更多有关我们近红外产品的信息：https://www.buchi.com/zh/knowledge/applications

仪器信息网讯 近年来，我国的仪器技术研究与产品开发工作虽已取得较大进展，但是在高端科研仪器领域，除核磁共振波谱仪外，常用的高分辨质谱仪等大型分析仪器、大部分的生命科学仪器如磁共振成像仪、超分辨荧光成像仪、冷冻透射电镜等还大量依靠进口。5月17日，科技部发布“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”重点专项2021年度项目申报指南及“揭榜挂帅”榜单 。该重点专项申报指南围绕科学仪器、科研试剂、实验动物和科学数据等四个方向进行布局，拟支持39个项目，拟安排国拨经费概算5.39亿元。此外，拟支持16个青年科学家项目，拟安排国拨经费概算4800万元，每个项目300万元。本期，仪器信息网特别整理汇总目前部分代表性的生命科学仪器/零部件的国产化成果/进展供大家了解。（欢迎提供最新成果进展予以补充，liuld@instrument.com.cn）1.高性能流式细胞分选仪流式细胞术发展几十年，在仪器技术方面创新不断。流式的应用范围也越来越广泛，除了临床应用的日渐成熟，一些新应用也在积极开发，同时流式也应用到了环境和食品安全检查方法，在生物制药研发和生产中，流式也越来越重要。与此同时2020年全球单细胞分析市场规模估计为26.8亿美元，预计在2019至2026年以16.9%的年复合增长率增长，国内市场规模预计35亿人民币。强大的市场需求以及市场占有率狭小的局面，对国产单细胞分析仪器的研制和产业化提出了巨大的挑战，同时也带来了前所未有的机遇。1-1 高通量流式拉曼分选仪——中科院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心中科院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心研制开发出首款高通量流式拉曼分选仪产品样机FlowRACS。该仪器设备很好地解决了拉曼谱图采集时间长、分选通量低等难题，为酶资源的检测和发掘开拓了崭新的技术方案。上述工作由单细胞中心马波研究员和徐健研究员主持完成，并得到了国家合成生物学重点研发计划、国家重大科学仪器研制项目、山东能源研究院、青岛星赛生物科技有限公司等的支持。高通量流式拉曼分选仪FlowRACS据了解，青岛能源所单细胞研究中心的研究工作组创造发明了pDEP-RADS技术(见上图)，并在此核心技术的基础上研制开发出FlowRACS。研究技术人员采用低拉曼背景石英玻璃为微流控芯片基材，以提升表型检测的普适性 以氧化铟锡(而非金属)加工电极阵列，以防止光热损坏 采用先拉曼检测后液滴包裹、液滴产生和分选同步进行的对策，防止液滴对拉曼信号采集的不良影响，进而提升检测准确度并优化系统操作 利用独立自主开发设计的QSpec软件，完成平台的自动化运转。依托于pDEP-RADS技术的FlowRACS有着完全独立自主的国家知识产权，已于2020年6月份完成现场技术验收，全谱分选通量到达600个细胞/分钟。FlowRACS的问世和应用领域扩展，将为单细胞科学与产业带来崭新的研究工具，并促进我国细胞科学高端品牌仪器产业的自主开发创新。2.第三代基因测序仪基因测序仪是基因检测行业的上游核心壁垒，是生命科学领域和精准医疗行业的“基建”。具有国际先进水平的国产第三代基因测序仪的研制，将使中国在该领域建立先发优势，在未来的国际竞争中占据有利位置。这不仅将填补中国在基因测序基础装备领域的空白、提升装备自主化水平，同时也将使国内生命科学研究机构能获得低成本、高效率的测序工具，更有效地开发和利用中国丰富的基因资源，加速中国基因战略的发展。也对人类提高防备疾病，延长人类寿命将有积极的意义。2-1 单分子基因测序平台——真迈生物真迈生物以基因测序仪为核心的分子诊断上游技术平台的自主研发制造，历经数年刻苦攻关，在中国本土掌握了基因测序平台各项“卡脖子”关键技术和工艺，实现了酶、核酸、染料、芯片等核心原料在国内自主研发生产，拥有基因测序上游核心技术。目前，真迈生物已推出了自研的单分子测序平台和高通量测序平台。单分子基因测序平台GenoCare 1600单分子测序平台GenoCare 1600是全球首个通过医疗器械临床试验的单分子基因测序仪，也是首个获得欧盟CE标志的国产单分子基因测序仪。其独特的单分子测序技术、全内反射荧光显微技术（TIRF），无需扩增、自动化操作、一键出报告等特点，能极大地简化基因检测过程，提高使用便利性，并显著降低测序成本和检测周期。在无创产前基因检测（NIPT）、染色体异常基因检测（CNV-seq）、胚胎植入前筛查（PGT-A）等方向具有明显优势，可为临床诊断提供更便捷高效的解决方案。新冠疫情期间，单分子测序平台GenoCare 1600在助力深圳疾控破解新冠病毒序列的突变位点以及假阳性样本的复核鉴定上也表现优异。3.核磁共振波谱仪在化学分析仪器中，核磁共振谱仪是一种非常重要的研究和测试工具，它的许多功能是其它手段无法代替的。核磁共振谱仪可以给出小到原子核在分子中的精确位置及其周边环境的微小变化，大到整个人体的断层成像等具有丰富内涵的信息。被广泛用于工业、农业、化学、生物、医药、地球科学和环境科学等领域。3-1 核磁共振波谱仪——武汉中科牛津武汉中科牛津波谱技术有限公司在武汉物理与数学研究所核心专利技术的基础上，引进世界领先的英国牛津仪器超导磁体技术，生产出我国完整的具有自主知识产权的核磁共振波谱仪。中科牛津建立于2013年，于2016年与英国牛津仪器公司签订磁体技术转移协议，并在瑞士成立了探头生产子公司-Q.OneTec AG。中科牛津是国内第一家从事超导NMR波谱仪研发、生产和服务的高新技术企业。中科牛津 WNMR-I 400-600MHz 核磁共振波谱仪 4.超高分辨活细胞成像显微镜超高分辨率活细胞成像显微镜系统是用于活细胞长时间、高清晰度、高灵敏度成像的设备。当用活细胞染料标记细胞内特定生物大分子，或者使用荧光蛋白标记体内特定蛋白时，使用该荧光染料或者荧光分子特定的激发光线激发，通过探测其特用的发射光线即可探测到该生物大分子。活细胞成像系统一方面控制细胞生存的外部环境，提供合适的温度、适度和pH，让细胞处于好的状态。另外一方面通过高灵敏度CCD捕捉细胞中的微弱荧光，长时间观察细胞中的荧光分子的运动，具体揭示细胞间或细胞内生物大分子的变化过程。4-1 超分辨显微光学核心部件及系统研制——中国科学院苏州生物医学工程技术研究所中国科学院苏州生物医学工程技术研究所在大数值孔径物镜、特种光源、超分辨显微成像系统集成与检测等关键技术上取得系列突破，研制出具有自主知识产权的共聚焦显微镜、双光子显微镜、STED超分辨显微镜等高端光学显微镜，以及大数值孔径显微物镜、特种LED光源等核心部件。2018年12月，由中国科学院苏州生物医学工程技术研究所承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨显微光学核心部件及系统研制”在苏州高新区通过验收，标志着我国已经成功研制出高端超分辨光学显微镜。该超分辨显微成像系统已应用于国家重点研发计划“战略性先进电子材料”、“重大科学仪器设备开发”、“数字诊疗装备研发”专项相关项目。超分辨光学显微镜及相关核心关键部件的研制，对推动我国生物医学前沿基础研究、光学显微镜行业转型升级具有重要意义。4-2 共聚焦扫描成像模块——北京世纪桑尼科技有限公司北京世纪桑尼科技有限公司，是专门从事高速光学扫描振镜、激光与振镜运动控制卡及其软件、激光扫描系统及技术解决方案的研发、生产、销售和服务为一体的高新技术企业。该公司自主设计开发了 激光扫描共聚焦成像模块。CSIM 110共聚焦扫描成像模块CSIM 110共聚焦扫描成像模块，是桑尼基于多年高速光学扫描振镜和激光打标系统的开发经验，全新自主研发的产品。用户可将其搭配在原有的倒置荧光显微镜上，即可方便、快速地把倒置荧光显微镜升级为激光扫描（单点）共聚焦显微镜，获取高质量的共聚焦图像。4-3 海森结构光显微镜（Hessian SIM）——北京大学陈良怡团队&华中科技大学谭山团队据科技部消息，膜生物学国家重点实验联合华中科技大学发明的海森结构光显微镜 （Hessian SIM)，实现了活细胞超快长时程超高分辨率成像，能辨清囊泡融合孔道和线粒体内嵴动态。在每秒钟得到188张超高分辨率图像时，海森结构光显微镜的空间分辨率可以达到85纳米，能够分辨单根头发的1/600到1/800大小结构，而所需要的光照度小于常用的共聚焦显微镜光照度三个数量级。同时，该显微镜也实现了细胞“能量工厂”线粒体的超快超分辨成像，首次在活细胞中解析线粒体融合、分裂时内嵴的活动，及线粒体内嵴自身的重组装过程，并能够观察内质网与线粒体发生相互作用时的动态变化。这一研究成果在《自然—生物技术》线形式全文发表5. 聚焦离子束/电子束双束显微镜聚焦离子束电子束显微镜系统在材料失效分析、纳米材料结构表征与性能分析以及纳米器件研制等方面发挥着重要作用，主要用于 S/TEM 成像和原子探针断层扫描（APT）以及最高质量的表面下和三维表征。近年来该系统在生物学和医学领域的应用日益受到人们的重视。包括透射电镜生物样品制备、细胞和组织内部结构观察与三维重构等方面的应用。（欢迎联系补充国产成果/进展：liuld@instrument.com.cn）高端科研仪器依赖进口的问题已得到有关部门的高度重视。早在1998年，国家自然科学基金委就设立了科学仪器基础研究专项。2011年，“国家重大科研仪器设备研制专项”和“国家重大科学仪器设备开发专项”设立，分别由国家自然科学基金委和科技部管理，一个负责原创性的仪器研究，一个负责工程化和产业化。据了解，2011至2018年，国家自然科学基金委资助来自中央有关部门推荐、经费体量在1000万元以上的重大科研仪器项目53项，批准资助金额38.14亿元；资助全国科研工作者自由申请、经费体量在1000万元以下的重大科研仪器项目466项，批准资助金额32.03亿元；两类项目合计资助经费超过70亿元。【后记】业内专家表示，国产化道路任重而道远，需要产业链上相关企业同心协力，经过多年奋斗方可实现，许多企业已从有能力实现国产替代的领域着手，逐步实现国产化，配套软件也在同步开发。我们也希望，产业各界能够在重大生命科学仪器设备国产化进展取得进展，早日摆脱科学仪器国产外表进口“心”的局面。