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超越牛顿光学实验极限!浙大学者杨宗银研发出世界上最小光谱仪【附光谱仪行业发展趋势分析】

研选快讯

光谱仪

图片来源:摄图网

浙江日报消息,12月27日,2023达摩院青橙奖名单公布,杨宗银成为获奖的4位浙江青年学者之一。杨宗银研发了世界上最小的光谱仪。在他提出了一种全新的结构,用半导体纳米材料替代了传统光谱仪中用到的光栅、探测器阵列和准直光路等大元件,结构非常简单,因此尺寸能缩小为传统光谱仪的千分之一。该光谱仪可用于单细胞高光谱成像、光谱监测和筛选。此外也可通过材料的替换,使该微型光谱仪的工作波段从可见光延伸到中红外,从而开拓出更多的应用,如血糖检测。

在曙光出现前,杨宗银已经前前后后研究了8年,失败了150多次。可喜的是,他的论文于次年5月投稿给Science杂志,7月便被接受。Science的编辑评价这项成果是“世界上最先进的材料合成,最高超的实验技巧,最巧妙的算法”, 杨宗银的科研成果也让中国在光谱仪微型化领域走在了世界前列。当时发表的这篇Science论文,剑桥大学新闻稿用的标题是超越牛顿光学实验的极限。

——光谱仪定义及分类

光谱仪(Spectroscope)是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器,由棱镜或衍射光栅等构成,利用光谱仪可测量物体表面反射的光线,可以广泛应用到包括食品、化学、电子学、空气污染、水污染在内的各种领域。

从原理角度讲,光谱仪器可以分为:吸收光谱(紫外吸收、可见吸收、紫外可见吸收、气相分子吸收、红外吸收、原子吸收等)、发射光谱(荧光、拉曼、微波等离子体等)、旋光光谱等;从应用角度讲,可分为分子光谱(红外、紫外、可见、紫外可见、旋光、气相分子、荧光、拉曼等)、原子光谱(原子吸收、原子荧光等)。

据初步统计,目前国际上的光谱仪器达20多种。但是,使用最多、覆盖面最广、最具有代表性的光谱仪器是紫外光谱、红外光谱、原子吸收光谱等。此外,如今的激光拉曼光谱和近红外光谱的发展也非常火爆。

图表1:光谱仪产品分类

——市场规模稳步提高

光谱分析仪器科学仪器的重要分类,具有功能齐全、操作简便、分析准确等优点,是诸多领域的理想检测设备。现如今,光谱分析仪器行业发展迅速,市场需求日益凸显。据中国分析测试协会数据分析,2015-2018年之间,我国光谱仪器市场年复合增速达到7%,2018年市场规模达到8.52亿美元,约合人民币56.38亿元(按照国家统计局公布的2018年人民币兑美元的平均汇率6.61741折算)。

 图表2:2015-2018年中国光谱仪器市场规模(单位:百万美元)

——行业发展趋势分析

分析仪器属于高新技术领域,从其应用到工业和生产中后,一直处于快速的发展和变更中。随着技术发展带动的产业升级,未来光谱仪检测中,对检测物的数量和重量限度将进一步降低,同时检测的精确度将进一步提高;目前我国市场上已经出现了便捷的手持式光谱仪,国内外知名品牌已在便携式光谱仪领域进行竞争,未来在应用加深下,便携式、手持式和个性化光谱仪将进一步发展;同时万物互联的5G时代和物联网时代到来,光谱仪领域单个装置微型化、智能化趋势较为明显。

图表5:中国光谱仪行业发展趋势

前瞻产业研究院分析认为,随着光谱技术和光谱仪器持续向高科技知识密集化方向发展,光谱仪器的应用面继续拓宽且在原有领域的应用进一步加深,近红外光谱分析技术和仪器不断成熟和推广应用下,小型便携的光谱仪器将成为目前以及未来的发展潮流。目前从光谱仪的发展趋势来看,实验室级大型光谱仪器的市场已趋于稳定,而工业和生活中的光谱检测应用不断扩大,小型光谱是一个正在兴起的新的物理维度。前瞻预测,在2019至2024期间,整个光谱仪器市场年增长率为4%,而小型/微型光谱仪的复合年增长率将达7%,2024年整个光谱仪器市场将达104亿美元,未来光谱仪市场发展前景良好。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国光谱仪行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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