很多人对光谱检测的认知仍停留在实验室里那些笨重的大型设备上,采样之后还得等上几个小时甚至几天才能得出结果。然而如今,随着光纤光谱技术的不断成熟,以往只能在实验室完成的高精度检测,如今已能够被人们揣在包里,带到田间、生产线、野外监测点,甚至是医疗检测现场,只需几毫秒就能获取准确的数据。
不少人会感到好奇,这种小巧的设备究竟是如何实现高精度检测的呢?从本质上来说,近红外光谱仪是一种为光进行“分子级身份核验”的工具:每种物质与光发生相互作用(无论是被光照射后反射、透射,还是自身发出荧光、拉曼信号)之后,返回的光信号中不同波段的能量分布都是独特的,就如同每种物质独有的“光身份标识”。近红外光谱仪正是通过捕捉、分析这份特殊的身份标识,来判断物质的成分、含量,甚至是动态的反应过程。
和传统光谱仪直接利用镜头采集光信号不同,近红外光谱仪采用光纤作为光信号的传导介质,无需将待测样品搬到设备跟前。哪怕是狭小的设备缝隙、高空的采样点,只要把光纤探头伸过去,就能完成采样,场景适配性得到了大幅提升。但要在小巧的机身里实现与大型设备相当的检测精度,需要跨越三个关键技术门槛:一是分光系统要能够在宽波段范围内实现均匀分光,避免出现某一段波段的数据失真;二是感光元件要能够捕捉到微弱的光信号,例如荧光、拉曼这类本身能量极低的特征信号;三是设备稳定性要强,能够适应各种复杂环境,即便24小时在线运行也不会出现数据漂移。
针对这些行业普遍存在的技术痛点,景颐光电推出的HS2000PRO近红外光谱仪给出了成熟的国产化解决方案。这款设备采用双闪耀光栅设计,能够覆盖200 - 1100nm的紫外、可见、近红外全波段,在全波段范围内都能保持较高的量子效率,不会出现部分波段检测精度不足的问题;关键感光元件选用滨松背照式CCD,感光强度远超普通CCD元件,噪音控制水平在行业内处于较高地位,哪怕是纳瓦级的弱光信号也能准确捕捉,完全能够满足拉曼、荧光这类弱光检测需求;同时整机尺寸仅为14611547mm,比普通笔记本电源还要小巧,既可以随身携带到现场使用,也能直接嵌入工业生产线做长期在线检测,连续运行的数据稳定性完全不输给大型台式设备。
目前这款设备已经在多个场景实现了规模化落地:在医疗检测领域,它的高灵敏度弱光捕捉能力可以准确识别荧光标记的病变细胞信号,还能通过血液的光特征变化快速测算血氧浓度,为恶性病早期筛查、床旁快速检测提供了轻量化的工具;在农业生产领域,它可以在不采摘作物叶片的前提下,准确捕捉叶绿素、类胡萝卜素的荧光特征,快速判断作物的养分状况、病虫害发生风险,为准确施肥、病虫害预警提供数据支撑,大幅降低农业生产的人力成本和农药、化肥的使用量;在工业生产领域,它毫秒级的检测速度可以完全匹配生产线的运行节拍,不管是元器件的透光率、反射率检测,还是材质成分的快速筛查,都能实现24小时不间断在线检测,从根源上避免漏检、错检问题,提升产品的良率;在科研领域,它小巧的机身不会占用过多实验台空间,全波段的检测能力可以覆盖化学、材料、生物等多学科的光谱实验需求,大幅降低科研团队的设备采购成本。
和传统台式光谱仪相比,这类高性能便携近红外光谱仪的价值不止于体积更小:首先它有效打破了光谱检测的场地限制,不管是高海拔的环境监测点、偏远的农田,还是正在运行的生产线,都能实现实时检测,不用再把样品送到几公里甚至几百公里外的实验室,检测效率提升了几十倍;其次它的复用性更强,只需要更换不同的光纤探头和配套光源,就能实现透光率、反射率、吸光度、荧光、拉曼等多种检测功能,不用采购多台专用检测设备,使用成本大幅降低;第三它可以直接接入物联网系统,成为智能感知网络的关键节点,实现全区域、全流程的动态检测,为各行业的智能化决策提供实时、准确的数据支撑。
随着智能检测的需求在各个行业快速普及,高性能便携近红外光谱仪的应用边界还在不断拓宽。景颐光电也在持续迭代光纤光谱检测的相关技术,针对不同行业的定制化需求优化设备性能,让原本“高高在上”的光谱检测技术,能下沉到更多普通的应用场景,为各行业的数字化、智能化升级提供关键的技术支撑。
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