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天津市能譜科技有限公司
時間: 2020-01-10 瀏覽量: 121 -
1800年,兩個世紀前的某一天,發(fā)現(xiàn)了天王星的英國著名科學(xué)家William Herschel正在對太陽進行例行的天文觀測,突然感覺有一種光線使他的眼睛發(fā)熱,并感覺非常不適。于是,大神William Herschel有點不開心,決意要把這種光線找出來,過濾掉,然后就發(fā)現(xiàn)了紅外線(波長760 nm-1 mm)。
時至今日,這個意外的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)為人類社會帶來了無可限量的作用,從探索宇宙的奧秘,火星探測、到破譯蛋白質(zhì)的分子機理、疾病檢測、食品檢測和法醫(yī)調(diào)查,無一不有紅外光譜的足跡。
何謂紅外光譜?
分子中的原子會不停發(fā)生振動,在紅外光的照射下,當分子獲得與之振動頻率相同的紅外光振動時,就會吸收這部分特定頻率的紅外光,從基態(tài)躍遷到更高能級。根據(jù)紅外線被吸收的情況而得到分子的光譜,就稱為紅外吸收光譜。由于每個分子的振動頻率不同,吸收的紅外光也不同。因此,樣品的紅外吸收光譜可視作分子的指紋光譜。
正是因為如此,紅外吸收光譜間接檢測分子信號的根本性原理也造成了許多局限性,主要包括以下兩點:
1)紅外吸收光譜對光的透射要求較高,使得樣品厚度在大多數(shù)情況下都小于10 μm,樣品被高度稀釋,靈敏度較低。
2)水對紅外輻射具有強烈吸收,樣品必須經(jīng)常濃縮或干燥,導(dǎo)致制樣過程繁瑣。更重要的是,很多需要向樣品中添加鹽或者酸的水溶液來控制分子狀態(tài)的樣品難以測試,尤其是生物樣品的紅外分析難以為之。
自打進入實驗室以來,我們就經(jīng)常面對師兄師姐的教導(dǎo),紅外樣品必須要干燥才能測試,不能含有水分,否則就會有水分子的干擾。但是,如果我的樣品非得有水才能測試怎么辦?有沒有辦法讓紅外不怕水呢?
方法是有的。
2020年1月1日,德國慕尼黑大學(xué)Ferenc Krausz和Ioachim Pupeza等人提出了一種依賴于分子發(fā)射紅外輻射的新方法,有望提高紅外光譜靈敏度,并解決紅外光譜怕水分子干擾的問題,為紅外光譜在生物醫(yī)療領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用開辟新天地。
研究人員采用飛秒級超短脈沖中紅外光照射樣品,當特定頻率的光被樣品分子吸收產(chǎn)生振動后,這些振動在脈沖結(jié)束后依然繼續(xù),并持續(xù)到振動能量消散到環(huán)境中為止,時間大概有幾皮秒。由于振動的原子帶有部分電荷,所以振動會產(chǎn)生電磁輻射,而所產(chǎn)生的輻射又與分子振動具有相同的頻率,因此攜帶了樣品分子的指紋信息。這種紅外光譜是在近紅外光譜范圍內(nèi),通過電光采樣的方法,對第二個超短光脈沖進行測量,被研究團隊稱為全局分子指紋(global molecular fingerprint)。
這種方法和常規(guī)紅外吸收最主要的區(qū)別在于:常規(guī)紅外光譜檢測透射后的光譜;新紅外光譜直接檢測發(fā)射的光譜。這種本質(zhì)上的區(qū)別,解決了傳統(tǒng)紅外光譜兩個致命傷:靈敏度不高和受水分子干擾。
傳統(tǒng)紅外光譜間接檢測分子信號:檢測被分子吸收后的透射光,由于樣品被高度稀釋,被吸收的光對透射光整體強度影響很微弱,導(dǎo)致檢測靈敏度往往較低。如果增加入射光的強度,又會導(dǎo)致常用的紅外檢測器敏感性降低;同時,水分子的信息也被一同檢測,干擾也無法避免。
最新策略直接檢測分子信號:通過直接檢測振動分子發(fā)出的指紋輻射,所以檢測靈敏度更高;水分子不存在干擾。與常規(guī)紅外吸收光譜法相比,紅外輻射光譜法能夠檢測到的樣品濃度可降低40倍,并能更好地鑒別兩種相似的化合物。
最值得一提的是,這種新策略,使得生物樣品的檢測看到了曙光。傳統(tǒng)紅外吸收光譜法檢測時,一些生物樣品會擋住至少99.999%的入射光,只能看到黑暗的地方;而新方法可以感知光線,這是因為新方法不需要靠透射光進行檢測。在許多情況下,將不再需要對樣品進行濃縮或干燥,簡化了樣品的制備,并將開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域,尤其是涉及水性生物樣品的應(yīng)用領(lǐng)域。
當然,這項新技術(shù)的發(fā)展依然面臨諸多挑戰(zhàn),其中就包括:
1)一方面,需要增加用于照射樣品的激光的功率,以實現(xiàn)水樣品中的單分子檢測。
2)另一方面,需要增加可測量的光譜范圍,譬如更短的波長,以發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì),脂質(zhì)和核苷酸等具有醫(yī)學(xué)診斷意義的信號。
3)當然,最主要的還是要開發(fā)出一種具有市場競爭力、適合于商業(yè)化的紅外光譜儀。
能譜科技作為國內(nèi)先進的紅外光譜儀制造商,生產(chǎn)的iCAN9傅立葉紅外光譜儀具有先進的紅外光源系統(tǒng)、穩(wěn)定的光學(xué)系統(tǒng)、高性能的電子系統(tǒng)、人性化的操作系統(tǒng)、極強的防潮處理、豐富的擴展性等特點廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、高校、環(huán)保等領(lǐng)域,得到了廣大用戶的好評。使用iCAN9傅里葉變換紅外光譜儀,搭載原裝進口的PINK ATR附件,輕松滿足新版藥典要求,檢測二甲基硅油,我們的產(chǎn)品可以成為醫(yī)藥企業(yè)實驗室的得力幫手,使您不再為無法滿足新版藥典需求而發(fā)愁。