时域荧光

p strong 仪器信息网讯： /strong 2017年4月24日，由中国仪器仪表行业协会、中国仪器仪表学会、仪器信息网联合主办的中国科学仪器行业的“达沃斯论坛”——第十一届中国科学仪器发展年会 (Annual Conference of China Scientific Instruments 2017，简称ACCSI2017)”在南京国际青年会议酒店隆重召开。作为年会重要分论坛之一——食品快检技术及应用发展论坛在当天下午举行，约有近两百余位代表参加本次论坛。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" DSC00920_meitu_9.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/cc180b4c-2032-4bb7-943c-73fd83191446.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 论坛现场 /strong /p p span style=" COLOR: #00b0f0" strong 快检用于执法检测 /strong /span /p p 　　有研究数据表明，2016年我国食品安全检测仪器需求规模达到600多亿元，其中食品快检市场规模已经超过20亿元。同时，2015年新《食品安全法》规定了快速检测可以在执法检测中使用，作为行政处罚的依据。此外，2015年由国家食品药品监督管理总局发布的《食品安全法实施条例(征求意见稿)》中有5条提到了快速检测方法的需求。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" DSC00973_meitu_6.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/4714ebb1-7be7-4c5f-b3e6-5b3354e50c83.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 中国仪器仪表学会近红外分会理事长　北京化工大学教授　袁洪福 /strong /p p 　　此次盛会邀请到了中国农业大学国家兽药安全评价中心副主任　江海洋、江苏大学食品与生物工程学院教授　陈斌、中国农业科学院油料作物研究所副研究员　张兆威、南京市产品质量监督检验院高级工程师　高瑞峰、南京简智仪器设备有限公司总经理　殷磊、苏州纽迈分析仪器股份有限公司创新工程师　李腾等业内专家人士，为现场观众带来了食品安全快检技术、应用及方法评价的最新研究动态。会议由中国仪器仪表学会近红外分会理事长　北京化工大学教授　袁洪福主持。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" afb53b9f-7443-4d9e-bc3e-52c273bb265d.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/9ed6f352-767a-4955-a552-8963e15f7eb2.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告题目：食品质量与安全几种快速检测方法的研究 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告人：江苏大学 陈斌 /strong /p p span style=" COLOR: #00b0f0" strong 炙手可热的Android平台色度检测、GC—IMS和时间分辨荧光技术 /strong /span /p p 　　陈斌从基于Android平台的试纸色度检测研究、基于光谱检测中的快速检测技术研究和基于挥发性有机组分的快速检测技术研究等方面对食品安全快速检测方法进行了阐述。陈斌谈到，所谓食品安全快速检测中的快速是一个相对的概念，原来需要几天，现在几小时 原来几小时，现在几分钟 原来几十分钟，现在几十秒。接下来，陈斌介绍了试纸检测的种类优点，例如应用面广、简单、便捷、快速、成本低和新品种不断出现等。同时，试纸检测的种类也存在着一些缺点，例如主观性强、时效性差、结果难以重现和溯源性差等。鉴于此，陈斌提出了基于Android平台的色度检测研究，通过该检测技术采用智能手机拍照智能分析、精准确定拍照时间图像可以长期保存，并且可以上传云服务系统。 /p p 　　接下来，陈斌介绍了最新的基于挥发性有机组分的快速检测技术——GC—IMS。陈斌讲到，GC—IMS的工作原理及流程为：样品由载气带入气相色谱柱，经预分离后进入IMS电离室，载气分子和样品分子在离子源的作用下发生一系列的电离反应和离子-分子反应，形成各种产物离子。在电场的驱使下，这些离子通过周期性开启的离子门进入漂移区。在与逆流的中性漂移气体分子不断碰撞的过程中，由于这些离子在电场中各自迁移速率不同，使得不同的离子得到分离，从而达到二次分离和鉴定的目的。GC—IMS相比较其他检测技术具有：(1)快捷、方便，能满足快速、无损的要求 (2)效率非常高，可自动完成检测全过程 (3)使用成本低，仅仅需要少量的高纯氮气 (4)检测限非常低，可用于微量、痕量的检测等方面的优点。GC—IMS技术可用于食品中质量控制、品质分类、真假鉴定、种子鉴定和特定化合物鉴别等方面。同时，陈斌教授就采用GC—IMS检测食用植物油、茶叶品质方面的内容给现场观众进行了介绍。 /p p 　　最后，陈斌介绍了时间分辨荧光在植物油品质判别中的应用。相信随着时间分辨光谱的硬件、信息特征的表达、定性定量计算方法的深入研究和发展，各种时间分辨技术(如：时间分辨荧光、时间分辨拉曼、时间分辨质谱等等)也将在食品的品质检测中得到广泛的应用。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" DSC00905_meitu_2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/bb5b2dfa-0961-4d12-b53c-5c8b8f102036.jpg" / strong 　　 /strong strong 报告题目：农产品生物毒素检测技术研究进展 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告人：农业部生物毒素检测重点实验室 中国农业科学院油料作物研究所 张兆威 /strong /p p span style=" COLOR: #00b0f0" strong 由理论创新到技术和产品的全程创新——黄曲霉毒素专用检测仪 /strong /span /p p 　　张兆威从农产品生物毒素及危害、真菌毒素检测技术与仪器研究和发展趋势等方面就农产品生物毒素检测技术研究进展与现场观众进行了交流。张兆威介绍到，目前农产品生物毒素主要分为动物毒素、高等植物毒素(1000多种)、真菌毒素(300多种)、细菌毒素(220多种)和海洋毒素(50多种)其中黄曲霉毒素是污染农产品毒性最强、致癌力最高真菌毒素。每年由黄曲霉毒素造成的粮食损失达2830-3530万吨，经济损失达680-850亿元。张兆威谈到，现有检测技术(例如薄板层析法、酶联免疫法、生物鉴定法、液相液质联用法)存在着耗时长、污染重、难定量和设备贵等方面不能满足现场检测需求，因此，目前迫切需要高灵敏检测技术从而保障消费安全。 /p p 　　接下来，张兆威介绍了真菌毒素检测技术的最新研究进展，包括其课题组在抗体研制上取得的突破和研发的试剂盒与仪器等。目前，其课题组已开发出3种黄曲霉毒素专用检测仪器(免疫时间分辨荧光检测仪、单光谱成像检测仪和免疫亲和荧光检测仪)，实现了由抗体靶向诱导理论创新到检测技术和终端产品全程创新。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" a48887b4-8b59-42ec-b08d-f23f4acfd0f9.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/9e4d6d48-0e5e-49e5-b7a9-8c28177ec960.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告题目：拉曼技术在食品安全快检中的应用 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告人：南京简智仪器设备有限公司 殷磊 /strong /p p span style=" COLOR: #00b0f0" strong 拉曼技术在食品快检中的成熟应用 /strong /span /p p 　　殷磊指出，目前食品安全检测技术现状与痛点为大型仪器检测时间长、费用高、专业性强 常见快检技术(酶抑制分光光度法、免疫胶体金法、快速理化鉴别等)只能对单个项目进行逐一检测，筛查工作量大 农残检测项目不全，体现的是样品中某类农药残留总量(如常见酶抑制法检测有机磷与氨基甲酸酯类农药)的信息，无法对单个农药项目进行测定。 /p p 　　相比较于其他快速检测技术，拉曼检测技术的优势主要体现在：检测项目多，可实现多项目同时检测 可以具体检测多种国家限制使用的农药物质(如百草枯、敌草快、三唑类、吡虫啉等) 检测方法使用的试剂品种少、用量小，携带方便，便于管理 项目方法开发较其他快检技术简单，可实现新增项目的快速解决方案 光谱仪体积小、操作简单，非专业检测人员能快速掌握操作方法 仪器检测只需数秒就能完成，样品检测时间≤15 min。 /p p 　　目前，拉曼检测技术可用于快速检测食品中非法添加剂、国家要求禁用或限量要求的农药项目、药品、保健品中非法添加物和动物源食品兽药残留。最后殷磊就南京简智仪器设备有限公司研发的拉曼检测技术在食品安全快速检测领域的应用与现场观众进行了详细探讨。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" DSC00930_meitu_7.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/65e30013-3d76-41bf-8b14-7e21364ad6ab.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告题目：《食品安全快速检测方法评价》 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告人：南京市产品质量监督检验院 高瑞峰 /strong /p p span style=" COLOR: #00b0f0" strong 食品安全快速检测方法评价制定迫在眉睫 /strong /span /p p 　　2017年3月31日 ，食品药品监管总局为保证食品快速检测方法评价工作的科学性和规范性,组织制定了《食品快速检测方法评价技术规范》。此次报告，高瑞峰从《食品快速检测方法评价技术规范》适用范围、评价指标、评价方法、评价步骤和评价结果及报告出具等方面与现场的听众进行了探讨。高瑞峰谈到，新颁布的《食品快速检测方法评价技术规范》适用范围为食品药品监管部门组织开展的食品(含食用农产品)中农兽药残留、非法添加、真菌毒素、食品添加剂、污染物质等定性快速检测方法及相关产品的技术评价。《食品快速检测方法评价技术规范》的评价方法为最低检出水平(检出限)设置对于禁用物质或者无残留限量的物质应小于或者等于参比方法的检出限水平，对于存在国家标准限值规定的物质应小于或等于限值规定。所有参数需要在不同种类或者类型的食品中测定的实际结果进行统计。 /p p 　　高瑞峰介绍到，此次颁布的《食品快速检测方法评价技术规范》的评价步骤主要包括：拟定评价技术方案、盲样制备和试验测试。食品快速检测方法评价技术规范应计算快速检测方法可检出限度水平的灵敏度、特异性、假阴性率、假阳性率以及检测结果与参与方法的一致性。一般可考虑(但不限定)每个基质每个浓度水平应在数据采集数不少于50例情况下，获得假阴性率和假阳性率的结果。食品快速检测方法技术评价机构应根据项目实际情况给出上述指标评价结果，并提供具有统计意义的说明。 /p p 　　对于评价结果报告的，高瑞峰指出应对评价整体情况和结果进行汇总整理和分析，报告中应有被评价的食品快速检测方法或相关产品是否符合国家有关规定或产品标称的结论。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" DSC00940_meitu_8.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/032f29c0-7d57-4970-8b0b-92733dd84da7.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告题目：时域核磁共振在食品快检中的运用 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告人：纽迈科技 李腾 /strong /p p span style=" COLOR: #00b0f0" strong 食品中的无损检测——时域核磁共振 /strong /span /p p 　　李腾讲到，时域核磁是指以时间VS核磁信号强度为表征方式的核磁共振技术，其具有场强较低(通常小于1T(H1频率42MHz))、购买和维护成本低、仪器操作简单和占地较小等特点。时域核磁在食品快检的运用包括：食用油脂掺伪检测、固体脂肪含量分析SFC(solid fat content)、 高通量食品含油含水分析(传统索氏抽提)和清醒小动物体脂分析(食品营养代谢基础研究)等。 /p p 　　最后李腾介绍了纽迈科技最新研发的时域核磁共振技术在食品快检技术中的应用案例，引起了现场观众浓厚的兴趣。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" a8369311-2518-4b1b-892c-c58b0dd05fd9.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201704/insimg/f1ea75e9-ba39-422d-a6a9-7bd1ca3e5d5e.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告题目：食品中兽药残留快速检测技术 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 报告人：国家兽药评价中心 江海洋 /strong /p p span style=" COLOR: #00b0f0" strong 快速检测相关产品和市场还需规范 /strong /span /p p 　　江海洋从食品安全现状、快速检测技术发展趋势、快速检测技术及产品的管理体系和快速检测技术及产品的评价体系几个方面为现场观众介绍了食品中兽药残留快速检测技术。江海洋谈到，我国兽药残留问题比较突出，养殖业滥用、违禁使用等现象仍然存在，每年约有10万吨抗菌药物用于养殖业。兽药残留检测一般步骤为先用快速筛查方法(试剂盒或试纸条)进行筛查，可疑阳性样品再用定量确证方法(如色质联用方法)进行验证。美国、欧盟和日本等发达国家均按此程序进行。 /p p 　　近年来，基于酶抑制技术、免疫技术、化学比色分析技术、传感器技术、生物芯片技术、分子生物学技术、ATP生物发光等大量的快速检测技术应运而生，并得到不断发展。其中，化学比色法、酶联免疫法和胶体金免疫层析是目前应用比较成熟且具有商品化产品的快速检测方法。同时，针对国内的快速检测技术目前的发展也存在着一些问题，如检测试剂：市场恶性竞争，良莠不齐，与说明书不符 检测仪器：缺少第三方计量检定，产品质量参差不齐 检测环境：对环境变化耐受能力差，易受温湿度影响 检测过程：无严格规范的操作规程，人为因素影响大等。 /p

1、前言随着半导体封装变得更小、集成度更高，使用非破坏性、高分辨率技术定位故障的能力变得越来越重要。对失效分析手段提出了挑战，故障高分辨率定位能力的需求逐渐增大。为满足这些要求，Advantest开发了TS9001TDR方案，该系统分析通过利用专有的短脉冲信号处理技术进行高分辨率时域反射测量（Time Domain Reflectometry, TDR），对先进半导体封装、电子元件和印刷电路板中的导线故障区域进行快速、高精度和无损分析。 2、主要应用以3D集成电路为代表的高密度集成电路中存在着无限小的布线结构，布线故障在封装、印刷电路板封装过程中频繁出现。检测故障点需要几十微米分辨率。由于上升时间（约20ps）和抖动（约1ps）的限制，传统示波器TDR方法的故障距离分辨率仍保持数百微米的分辨率。使用TS9001TDR系统可以准确分析各种尖端半导体封装的布线质量，如倒装芯片BGA、晶圆级封装和2.5D/3D IC封装，能够直接连接客户的射频探测系统，针对其设备形状和故障分析环境，实现高速、高分辨率的测量，提供灵活的解决方案。（1） 高度集成的集成电路封装故障分析1) 封装引线故障分析：确定引线故障点位于Si Interposer内还是封装内，识别故障是由预处理还是后处理中的因素引起的2) C4 Bump故障分析：利用测试回路确定和分析安装Si Interposer的条件，对测试回路的菊花链结构进行故障点分析，并对安装条件进行反馈3) TSV、Micro-Bump故障分析：识别层压芯片的故障层4) 印刷电路板PCB故障分析：识别PCB板中通孔和信号线的故障点3、原理与优势（1）原理与技术太赫兹脉冲时域反射计的原理参见上图。其利用两个的飞秒激光器分别泵浦光电导电线，产生高频的太赫兹脉冲信号。飞秒激光器的中心波长1550nm，脉冲宽度50fs。其中，一个飞秒激光器的重复频率50MHz，另一个激光器的重复频率稍有区别。采用两个激光器的重复频率稍有差别的缘由在于，利用两个激光器的差频延迟，可以实现高频太赫兹信号的产生和探测。其工作是高频太赫兹信号通过探针接触芯片的管脚，高频太赫兹信号在芯片封装的引线中传播。当芯片封装没有开断路时，高频太赫兹沿着引线向前传播；当芯片封装的引线等出现开路时，将反射回正峰脉冲信号；当芯片封装引线出现短路时，将反射回负峰脉冲信号。（2）技术优势为了识别故障点，常用的封装无损检测方法包括光发射显微镜(emission microscope)和示波器时域反射计(Time domain Reflectometry, TDR)等，但是这些无损检测方法受到时域信号抖动的限制（信号抖动约1ps），导致分辨率不高，不能定位微米级的失效位置，无法以高分辨率检测开路、短路故障。故亟需高分辨率时域反射计，以提供快速且精准的失效定位。Advantest通过独有的光学采样和电短脉冲生成技术，借助飞秒激光技术，产生抖动小于30fs的超短采样脉冲。可以实现5μm的故障定位分辨率。通过使用自动探针的自动触地功能，进行精确的可重复测量，具有更高精度和效率的故障位置测量。TS9001TDR系统通过自动探针和与CAD设计联动，实例分析芯片封装的引线开路和短路故障定位，可以直观快速定位芯片封装的故障点，实现先进封装的失效分析。4、国内外发展现状Advantest的TS9001TDR系统中采用两个超短脉冲激光器异步采样，采取异步采样技术可以使系统不再需要机械式的光学延迟线，并且具有超高速的信号扫描速度。是目前全球独一的技术，目前国内外没有同类设备。5、发展趋势随着晶圆代工制程不断缩小，摩尔定律逼近极限，先进封装是后摩尔时代的必然选择，3D封装迅猛发展。作为一种全新的实现定位方法，在未来的几年里，太赫兹TDR技术将继续保持高速发展的势头。随着关键技术的不断发展，相关产品的种类将越来越丰富，行业应用和相关配套服务也将越来越广泛。搭载脉冲电磁波产生和高速采样的超短脉冲光纤激光器的太赫兹TDR设备，有助于半导体3D封装的故障分析。 6、总结与展望 在实际芯片测量过程中，太赫兹脉冲信号耦合至芯片内部衰减较为严重，对于太赫兹脉冲的信噪比提出了很高的要求。为了进一步提高测量精度和芯片内的传输路径，提高信噪比是亟需攻克的问题。另外芯片内部的引线存在阻抗不匹配又没有完全开路的情况，对于这类Soft Open的芯片检测，TDR波形分析需要结合信号模拟仿真，增强对信号的解读。对于材料的吸收系数、折射率、介电常数等光谱特性，可以用太赫兹时域光谱仪表征，这也是爱德万测试太赫兹技术的核心应用。目前爱德万测试已经有太赫兹时域光谱成像系统，通过发射和接收时域太赫兹信号至样品，可以实现生物医学样品、食品农产品、化学品、复合材料、通讯材料等的光谱特性表征。（爱德万测试(中国)管理有限公司 供稿）

p 　　上海光机所信息光学与光电技术实验室周常河课题组近期将双目测量和时域散斑技术相结合，应用于300mm口径大尺寸透镜毛坯测量，成功重建出透镜毛坯表面的三维形貌。该方法实现了大尺寸透镜的快速、低成本测量，相关成果发表在[Optics Express 27,10898(2019)]上。 /p p 　　大尺寸光学元件，尤其是非球面元件，被广泛运用在大型激光装置，例如“神光”II综合实验激光装置中。在元件的生产过程中，表面检测至关重要。在透镜毛坯的粗研磨阶段，主要检测设备是三坐标测量机。三坐标测量机的测量精度很高，但是这种逐点测量方式的效率低，尤其是在测量大尺寸(例如米级)透镜毛坯时，大型三坐标测量机价格昂贵，且不易移动，不便于使用。 /p p 　　该课题组提出，用双目光学三维测量方法重建透镜粗毛坯的表面。双目视觉原理类似于人眼的三维感知，如图1所示。左右两个不同位置不同角度放置的摄像机，同步拍摄毛坯表面图像，经过同源点匹配和视差计算，可以用三角法对毛坯表面进行三维重构。但是，由于透镜毛坯强散射特性，基于空域的结构光编码方法会出现解码误差。课题组提出用时域散斑技术进行时域方向的编码，实验中顺序投影20幅带通随机数字散斑图像，对于每个像素点，都有一个20维度的编码。通过比较左右待匹配点码值之间的汉明距，可以在极线方向寻找到同源点对。另一方面，偏振技术被运用于消除透镜毛坯的多次反射问题。最终，全场的三维点云数据在短时间内被成功重建出，如图2所示。 /p p 　　相对于三坐标测量机，该方法实现了透镜毛坯表面的快速、全场、低成本的三维测量，是一个很有前景的测量方法，尤其是对米级尺寸的透镜毛坯测量具有重要的应用价值。 /p p 　　该项研究成果得到了中科院前沿科学重点研究项目、上海市科委专业技术服务平台项目、上海市自然科学基金项目的支持。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 266px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/482c68fb-7372-43b1-b732-3fc94bc4fd4c.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" width=" 600" height=" 266" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 图1 双目三维测量系统结构图 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 235px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/fe72b6f5-fdf9-4e68-99b9-cb2ee607b7ed.jpg" title=" 2-2.jpg" alt=" 2-2.jpg" width=" 600" height=" 235" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 图2 透镜毛坯的三维点云 /p