分析检测技术与仪器的现代化发展(续)
时间:2019-03-02 18:31:45 来源: 时时彩信誉平台 作者:匿名


本文作者是天津大学精密仪器与光电子工程学院教授,??博士生导师。他还是中国仪器仪表学会的主任,分析仪器研究所的副主席和光学仪器学会的副主席。

其次,分析检测技术和分析仪器现代化的前沿,新思路和新技术

在过去20年世界分析测试技术和分析仪器现代化的过程中,它已经揭示(或即将“突然”脱离地球)一些显着的发展前沿,并将促进深化甚至转向分析测试技术和仪器的发展变化。新思路和新技术将影响中国分析检测技术和分析仪器现代化的方向和进展。我们必须密切关注它们。

1.以信息和网络为指导的分析仪器的设计和应用

如今,它已进入信息时代,经济全球化和科技国际化促成了互联网的无处不在。作为信息来源,科学仪器技术和产品必须使用现代信息手段快速,多方向地收集,处理和传输信息。因此,利用信息和网络思想实现分析检测技术和分析仪器的设计和应用现代化是不可避免的。

传统的分析仪器是每台仪器的独立设计和独立工作,采用手动操作,解释和记录测试结果的应用方法。因此,每个仪器都是“单独作战”,仪器获得的信息是离散的而不是开放的。

调制解调器安装在分析仪器的计算机系统中,使仪器可以连接到网络进行远程信息交换,远程控制,维护等,但是传统仪器初始信息网络化的第一步。多年来,该仪器仍然遵循传统思维。它的设计和制造简单地完成了仪器和网络功能的简单添加,就像20世纪70年代“内置计算机”分析仪器的初始计算机化一样。

跳出连接到网络框架的单个仪器独立系统,分析仪器的传感,数据采集和处理,仪器控制等功能直接与网络集成,从而通过以下方式实现仪器功能网络,仪器不必“完成”独立形成,它可以充分利用局域网或远程网络的各种专用或通用平台,强大的软件和网络功能,使仪器结构更加模块化甚至虚拟化,功能更多,效率更高,适用性更强。更强。对于仪器用户而言,联网仪器不再是一大群传统仪表组,它们独立工作并分开工作,并提供大量无法传输和交换的离散信息,并使手动管理实现实时有效的测量和控制效果。它是一种功能系统,在网络的每个终端(不一定在同一位置)有机地和有序地分布,并且可以并行分布。它可以在该地区(在实验室,企业中)或在场外甚至全球网络中工作。随着各种软件和网络系统(如LIMS,实验室信息管理系统)的不断完善,有必要满足传统仪器无法满足的信息化和网络分析检测的要求。2.虚拟仪器概念的建立和发展

传统科学仪器的设计和制造符合规定的要求。每台仪器根据确定的特定观测对象的工作方法完成预先指定的分析和观测任务,最后给出预期的观测和观测结果。因此,传统的仪器任务,工作方法甚至仪器结构都要事先明确和固定。仪器设计完成后,该仪器的结构,工作模式,使用,性能和功能指标已经明确定义。制造商和用户不能再改变它。可以说它必须“从最后”直到仪器磨损。例如,紫外可见分光光度计只能在紫外 - 可见区域进行吸收光谱分析和测量任务。当遇到荧光光度检测任务时,不能应用,因此必须添加荧光光谱仪;一个工作波长范围确定为340nm至800nm。紫外 - 可见分光光度计不能分析观察波长范围扩展到1500nm的近红外区域的吸收光谱测量任务。用户无法自动修改仪器的功能范围。

近年来,利用计算机硬件和软件技术实现“灵活仪器”甚至“虚拟仪器”已成为可能,并将成为分析仪器现代化的前沿和趋势。

源自电子测量仪器的虚拟仪器概念已被科学仪器的许多方面所接受,并已成功实施。它必将成为未来分析仪器领域的前沿。在必要的模块化硬件的基础上,由专用或共享开发平台和专门设计的“灵活”软件系统组成的虚拟仪器具有一个或几个类似传统科学仪器的基本功能,并允许用户根据不断变化的使用要求,它可以在任何时候定义,适当匹配和构造,以满足新的应用要求。虚拟仪器没有明确的仪器种类和门特性,并且没有像传统仪器那样清晰的形状,结构和用途。需要改变其软件和硬件结构甚至仪器的形状,以实现所需的功能和性能指标。当然,基于技术和经济等一系列实际问题,每个虚拟仪器都不能像魔术一样“普遍”和“变色”。虚拟仪器的概念是对传统科学仪器的设计,制造和应用的时代挑战。它的优点是灵活,功能强大,适应性强,易于升级,仪器总体成本低。目前,虚拟仪器技术概念在分析仪器领域的发展仍处于上升阶段。在技??术和经济方面仍存在一系列实施困难,特别是设计和开发应用人员的过程,以及概念更新,逐步学习和接受的过程;从开发的角度来看,在“仪器就是软件”(NI公司,仪器=AD/DA CPU软件)的发展前沿的影响下,我们真的不能再吃传统的硬件和设备了。

3.分析仪器的小型化和固化

近年来,一方面,由于生物学,医学,甚至航空航天,军事等领域的现代化,迫切需要对仪器的小型化,轻量化和凝固化的要求;另一方面,新技术出现在各个科学和技术领域。科技成果(如超大规模集成电路,微传感器,微机械,微电子,硅工艺,激光,光纤......)为小型化和固态发展提供了物质基础分析仪器,因此出现了各种小型化和固态。新型商品分析仪器,如短柱高速气相色谱仪,便携式质谱仪,便携式气相色谱/质谱仪,便携式伽马射线分析仪,星载傅立叶变换光谱仪等,可在现场使用。

小型化和小型化不仅涉及仪器的体积和尺寸,还涉及小样本的概念。例如,微流体全分析芯片(芯片实验室)不仅是具有钉子尺寸的硅片,而且还需要nL到pL。采样,分离,反应和检测的整个过程甚至可以通过小样本(甚至是单个细胞)完成。分析仪器的固态也是最近现代分析仪器发展的最前沿。固态分析仪器可以使用固态半导体激光器,固态光电热电探测器,微电子硅工艺,光纤和其他技术成果和新型器件开发。 。仪器中没有移动机械和其他消耗部件,因此仪器不仅体积小,无磨损,耐用(防震,抗干扰......),甚至“零故障”。不仅在技术的前沿和军事领域,而且在家庭和平民(如临床和个人宝江......)中,迫切需要小型化,固态和恶劣条件(高,低)温度,湿度,强烈地震,强烈冲击,强电磁干扰......一种新颖的分析仪器......)。预计在未来,分析仪器的小型化和固态将同时沿着两条思路发展:。探索新的分析和检测机制,采用新技术(如微光机电,纳米材料,硅工艺......)设计开发新型仪器;基于传统工具。工作原理,有针对性地利用最新的科技成果,快速开发出一种原则上不是新的但又焕然一新的仪器。

4.在广泛采用新技术的基础上开发新颖的专业分析仪器

传统分析测试中使用的分析仪器通常基于实验室应用,科学研究和产品质量控制。因此,除了一些小型仪器(例如pH计)之外,它们通常被设计成在相对大的范围内“通用”。很少有仪器和专门的分析仪器。随着现代科学技术和工业的快速发展,特别是经济全球化和现代社会结构的变化以及人民生活水平的提高,各种特殊类型的分析工具(只有少数功能甚至只是特定的对象,只有一,功能)需求量极大,以适应现代大型工业生产过程,科技农业,环境监测,生态保护,生物医学分析与诊断,家庭与人身安全,战舰,现代战争,现场生物化学和化学试剂检测等分析和测试要求,附加仪器结构简单,轻巧耐用,适应恶劣的工作环境条件和特殊的工作条件,当然仪器也应准确可靠,使用方便,故障和干扰少,寿命长,价格便宜。因此,目前专业分析仪器的研发趋势不同于以往简单的“专业化”概念,必然要立足于全球科学,经济和社会发展趋势的新趋势。它的特点是广泛使用最新的科技成果。它可以满足用户更深入,更细致的特殊要求,以最先进合理的仪器工作原理,结构,装置和软件设计出最贴近用户特殊需求的新型分析测试仪器。未来,全球科学,技术,经济,社会和军事形势的变化必然会“立即发生变化”,新思路,新成果,新需求将日新月异。因此,传统的“小而完整”或“大而全”的通用分析测试仪器市场将越来越窄;这是一个不容小觑的新趋势,积极主动地引入新思想和新技术,以满足用户随时变化的特殊需求,开发新的专业分析仪器。

5.现场和在线分析仪器逐渐成为主流

传统的实验室分析仪器一直是分析测试和仪器领域的主流。这些仪器不适用于现场和在线分析测试要求(仪器通常是“大型精密仪器”,测试样品的预处理要求很高。仪器的工作环境和工作条件是苛刻的......)。但是,近年来,全球的技术,经济,军事和社会发展形势与前一次有很大不同。对能够适应现场和在线分析和测试的仪器的需求大大增加,并将逐渐成为主流,需要分析仪器来适应现场(例如工厂和矿山生产)。目前,环境和生态分析处于野外,复杂甚至恶劣的环境(高温,寒冷,灰尘,阳光,雨水,强烈振动,严重的电磁干扰......),快速,准确,分析检测任务用于远程遥测。在应用要求方面,现场和在线分析仪器应满足以下技术要求。:对样品(或工艺流程中的物流)进行在线实时检测,对分析测试样品的预处理要求低或无需对样品的物理形式(气体,液体,固体或凝胶,粉末,生物体)具有良好的适应性组织......)或化学成分(单组分,多组分,聚合物......);在恶劣的现场或在线环境中长时间检测精度,分辨率,选择性和稳定性;快速访问分析数据,实时数据处理,传输或交换;希望完成多通道多组分同时检测和高分析效率;仪表系统具有分布式或集中控制网络功能甚至远程联网能力,以实现现代远程监控;为了便于在野外长时间自动检测,它必须坚固且耐损坏。腐蚀,电池组操作等特点。因此,现代化的现场和在线分析仪器在技术上是困难的,必须结合现代设计理念,最新科技成果和高性能组件开发现代化的现场和在线分析仪器。和特殊的制造工艺。第三,结论

本文简要总结和分析了检测技术和分析仪器现代化的现状,趋势和一些前沿,新思路和新技术;我们面对全球科学,技术,经济,社会和军事形势的快速变化,我们应该认识到这种情况。需求,主动迎接挑战,能够赶上世界的分析测试技术和仪器仪表的发展趋势,奋斗和创新,为中国的分析测试技术和仪器行业的现代化做出应有的贡献。 (继续)

[关键词]分析测试,分析仪器,国家标准物质网络

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