把光譜儀安裝在芯片上 新技術顛覆傳統(tǒng)認知
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】雨后的彩虹給人們帶來綺麗景色的同時，也告訴了人們光是由多種顏色組成的，而隨著人類研究的不斷深入，科學家也意識到了，彩虹的本質實際上是自然界的“光譜”，至此之后，光譜就慢慢發(fā)展成科研中一個重要的概念。
簡單地說，光譜是物質的特性之一，每一種物質都有屬于其獨特的光譜，理論上來講只要能夠觀察到光譜，便可以從中判明物質的類型。換言之，光譜可以作為分析物質的一種條件或者說手段，這便是我們經(jīng)常聽到的光譜法。
光譜分是基于物質與輻射作用時，測量由物質內部發(fā)生的能級躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長和強度，以此來鑒別物質及確定它的化學組成和相對含量的方法。換言之利用光與物質的相互作用來研究物質性質。
光譜法的發(fā)展也催生出了一類重要的儀器誕生——光譜儀。光譜儀是能夠將雜的光分解為光譜線的科學儀器，一般由光源、單色器、樣品室、檢測器、信號處理器和顯示與存儲系統(tǒng)組成。使用時，光源可以產(chǎn)生特定波長的光，光線透過測試的樣品后，部分光線被吸收，不同物質的吸收光譜也不同，因此根據(jù)吸收光譜，便可以對物質進行鑒別。事實上，由于光譜學本身也在不斷發(fā)展，因此光譜分析法本身也在不斷完善，許多新的檢測辦法出現(xiàn)的同時，也發(fā)展出了各種不同的光譜分析儀器。甚至直到今天，仍有不少新的光譜儀類型被研發(fā)并投入使用。
可以說各式各樣的光譜儀為定性定量分析工作，提供了各種可能，但與此同時，巨大的體積也讓其與實驗室“綁定”在了一起。事實上，并不是沒有小型化光譜儀誕生。早在幾年前，日本濱松光子學株式會社就開始提倡分析儀器便攜化、小型化，并推出多款微型光譜儀。這些光譜儀把光柵、圖像傳感器以及其驅動電路等多種光學元件集成在一個緊湊的封殼內。使用時通過光纖導入被測光，實際檢測效果也非常可觀。而當時甚至已經(jīng)出現(xiàn)了拇指大小的小型光譜儀。
不過這似乎還不能滿足科研學者對于光譜儀小型化的追求。就在最近，由芬蘭阿爾托大學研究人員領導的一個國際研究團隊開發(fā)出了一款可以安裝在微芯片上，并使用人工智能進行操作的高靈敏度光譜儀，并且這款光譜儀具備高波長精度、高光譜分辨率和寬工作帶寬，也改變了不少人心中由笨重的光學、機械結構構成的傳統(tǒng)光譜儀形象。
據(jù)悉，該光譜儀利用二維半導體超薄材料制作，不需要組裝單獨的光學和機械部件或陣列設計來分散和過濾光線，完全電控，因此便攜性自由度高的同時，還具備很強的擴展性和可應用潛能。理論上來說，借助這種可以安裝在芯片上的光譜，人們可以使用許多身邊的設備來完成光譜分析工作，例如手機、無人機。
此外相關團隊對于該技術作用于質量檢測平臺、安全傳感器、生物醫(yī)學分析儀、醫(yī)療保健系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測工具和空間望遠鏡等特定領域，也充滿了信心。
當然，就目前來說，這些光譜儀還存在許多需要進一步提升的地方，但是這項技術也向大眾證明了，即便是在那些較為傳統(tǒng)的科研領域內，依舊有大量的創(chuàng)新技術在刺激領域發(fā)展，顛覆傳統(tǒng)的同時為科研帶去新的可能。
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