化学计量仪器

化学计量仪器分类 化学计量仪器是指检测物质的组成、结构和某些物理特性的仪器，目前已在工业、农业、国防、科研、食品、制药、环境监测、医疗卫生及资源勘探等领域广泛应用。根据化学检测理论和制造原理，大致可分为以下几类: 1.电化学仪器 它根据被测试样溶液的电化学性质及其变化，测量溶液的电位、电导、电量、电流等电化学参量与被测物质含量之间的定量关系。根据所测电化学参数的不同，常用电化学仪器有酸度计、离子计、电导率仪、电解仪、电位滴定仪、库仑仪、极谱仪等。 2.分子光谱仪器 它根据物质的最小微粒分子与辐射能发生相互作用后，分子吸收不同辐射频率的能量而发生不同能级跃迁，产生吸收或散射光的波长或强度信号来检测物质含量或确立复杂化合物结构。这类仪器种类、型号及规格很多，且国内外经典的仪器也很多，如可见分光光度计、单光束、双光束、紫外可见分光光度计、光栅分光光度计、双光束近红外分光光度计、傅立叶红外光谱仪、荧光分光光度计、磷光光谱仪等。 3.原子光谱仪器 它是依据组成物质分子的原子吸收能量以后，由基态跃迁到激发态，引起辐射光强度改变，而特殊光谱的强度又与发光物质的含量存在定量关系的原理设计制造的。这一类仪器又可分为原子发射光谱仪(如看谱仪、摄谱仪、光电直续光谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪等)、原子吸收光谱仪(如多种型号的原子吸收分光光度计、原子荧光光谱仪、X-射线荧光光谱仪等)。 4.波谱类仪器 它是依据物质在外界磁场作用下，呈现出一定磁特性的原理制造的，如核磁共振波谱仪、电子顺磁共振波谱仪等。磁式仪器通过测定原子核在频率逐渐变化的磁场中的强度就可测定不同原子核吸收的频率，从而获得有关化合物分子结构、化学位移等相关信息。 5.色谱仪 它是依据物质在固定相和流动相之间分配性质的差异，使混合物中的多种成分相互分离、分析和制备的仪器。色谱仪国内外的型号和规格繁多，且自动化程度高。如国内的SP、GC、SQ等系列气相色谱仪，LC、SY等系列液相色谱仪，IC系列离子色谱仪等。 6.质谱仪器 它是通过将待测物质分子离子化，然后按质荷比(m/z)对这些离子进行分离和检测的一种仪器，如质谱仪、ICP质谱仪、气相色谱-质谱联用仪等。 7.气体分析仪器 这类仪器种类繁多，其原理各不相同。它是依据气体试样与光、电、磁、热相互作用后，气体分子发生物理化学特性变化的原理而设计制造的。这一类仪器在石油、化工、环境监测、安全防护等方面广泛应用，如光干涉型甲烷测定仪，汽车排放气体测试仪，一氧化碳、二氧化碳红外线气体分析器，硫化氢气体分析仪等。 8.物理特性仪器 这类仪器制造原理与检测参数各异。如各种类型的黏度计、热量计、熔点仪、浊度仪、露点仪、温度仪、水分仪等。

我国计量仪器和国外相比存在一定的差距，更严重的是，国外对一些敏感计量仪器限制进口，严重阻碍了我国经济建设和国防建设的发展。例如：我国激光参数计量测试仪器的发展较为落后，与国外发达国家相比存在明显的差距。目前，我国激光参数计量测试仪器的专业研发单位和供应商很少，仅中国计量科学研究院、中科院上海光机所、北京光电技术研究所、物科公司等少数几家，且研发工作处于十分零散的状态。其提供市场的计量测试设备也较片面，绝大多数只能用于较传统的激光产品的计量测试，对于新型激光器和激光产品常常不能提供有效的计量测试。表现在：（1）现有计量检测仪器无法对某些激光输出参量进行计量检测。目前对于激光脉冲宽度、峰值功率、脉冲激光瞬态功率—时间曲线等重要参数，国内尚没有研发出成型的计量检测仪器，对于此类激光参数难以进行计量检测。（2）现有计量检测仪器不适用于某些激光器的工作状态。对于目前大量使用的高脉冲重复率、高平均功率的激光器，国内现有的计量检测仪器难以适应其工作状态。具体而言，国内现有的激光能量计量仪器绝大部分仍是单脉冲测量仪器，在激光器重频工作状态下根本无法进行测量；少量可测重频激光的能量计，其最高使用频率也仅20~40Hz，对于很多高达百Hz乃至数千Hz的激光输出也不适用；在此种情况下国内一般只能使用激光功率计进行平均功率检测，而这种检测方式无法评估激光输出的脉冲能量的稳定性，同时此类激光往往有较高的输出峰值功率，一般激光功率计在测量时极易受到损伤。又如蓝光DVD使用的半导体激光器的测试仪器，国内外产品普遍采用光电探测器作为激光接受器，但国内探测器一般仅在632.8nm进行校准，且没有给出探测器的光谱响应度曲线，致使国产激光功率测量仪器无法准确测量蓝光DVD使用的半导体激光器的输出功率。（3）现有计量检测仪器的量限难以满足一些激光参数的测试要求。目前激光应用的领域十分广阔，某些应用（如激光测距、制导等）需要对极其微弱的光信号（低至10-14~10-15J）进行检测校准，而另一些应用（如万瓦级激光加工机、化学激光器等）又需要对极高的激光输出能量功率（10KW、1MJ）或极高的峰值功率进行检测。国内现有的激光计量检测仪器其测量下限一般仅在10-9W或10-8J量级，测量上限也仅在数千瓦和数百焦尔量级，无法满足上述应用的计量检测需求。同时，我国国产的激光测数计量测试仪器在新技术的消化、吸收和利用上也远远落后于国际仪器行业的发展水平。当国外先进的激光计量检测仪器在5~10年前，早已全面实现智能化，而向虚拟化、网络化仪器发展的今天，国产激光计量测试仪器大部分仍然停留在模拟集成电路和数字化仪器阶段，仅少量的发展至智能化仪器水平，落后国际水平至少15年。国产激光参数计量测试仪器不仅在测量性能上落后于国际水平，在使用功能上亦远远逊色。进口仪器在智能化的基础上利用仪器本身具备的数据处理能力，提供了丰富的测量数据表达形式，直观友好的人机界面，同时通过仪器具备组网功能，依靠主控计算机强大的处理能力，协调多台仪器进行多参数协同测试，利用神经网络、模糊逻辑等算法对获得的原始测量数据进行综合分析，得到精确的测量结果并给出用户习惯的数据表达方式。而国产仪器绝大部分功能单一，根本不具备基本数据处理能力和联机能力。近年来，国外激光参数测量仪器大量进入国内市场。国内传统的激光参数计量检测产品在性能指标、功能多样性、技术水平、工作可靠性、使用便捷程度等方面均存在较明显差距，仅仅依靠价格优势，勉强抵抗国外产品对我国激光参数计量测试仪器市场的冲击。从中国计量科学研究院每年进行校准的激光参数计量检测仪器的情况看，进口仪器设备所占比重已由1995年的不到10%，迅速增长到50%左右。目前激光产品研究和使用单位在经费许可的情况下几乎很少考虑采购国产测试仪器，国产仪器正受到进口仪器猛烈的冲击。在扫描探针显微镜方面（SPM），国内对SPM的研究应当说是比较早的，中国科学院白春礼院士首先研制出我国

[font=宋体]在实际应用中，尽管光学计量仪器多种多样，但它们的光学原理却[color=blue]都基于四种基本原[/color][/font][font=宋体][color=blue]理[/color][/font][font=宋体]，它们是：[color=blue]望远光学原理、显微光学原理、投影光学原理、干涉光学原理。[/color][/font][font=宋体]基于应用不同的光学原理，光学计量仪器可分为[color=blue]：自准直类光学计量仪器、显微镜类光学计量仪器、投影类光学计量仪器、光干涉类光学计量仪器四大类。[/color][/font][font=宋体]望远系统主要性能是视角放大率，在观察时用来扩大眼睛对远处物体的视角，用以观察物体。在测量时常被用来产生平行光以进行各种用途的测量，应用此原理的光学计量仪器有：自准直光管、测角仪、立[/font]([font=宋体]卧[/font])[font=宋体]式光学计等。[/font][font=宋体]显微系统的主要性能是较高的放大率。它与放大镜相比，有较高的放大率和分辨本领。可清楚地观察和分辨微小物体和物体的细小部位。应用此原理的光学计量仪器有：工具显微镜、光学分度头、测长仪、测长机、双管显微镜等；[/font][font=宋体]投影系统的主要性能：是较高的、准确的横向放大率。[/font][font=宋体]被测量的形状复杂、细小的物体或物体表面缺陷等经强投射光或强反射光照射，再经投影物镜放大成像在影屏上后进行测量。应用此原理的光学计量仪器有：大、中、小型投影仪、专用的公差带投影仪等。[/font][font=宋体]光干涉系统主要性能是有很高的检测精度。它是以光波波长作：“尺子”，实现了对表面粗糙度、长度微小变化等几何量的高精度测量。应用此原理的光学计量仪器有平面平晶等厚干涉仪、接触式干涉仪、干涉显微镜等。[/font]