临床检验方法与仪器第一部分作业：光谱分析仪器与技术的总结与归纳+新型光谱仪的调研

临床检验方法与仪器第一部分作业

列表归纳紫外-可见分光光度计、荧光光谱分析仪、原子吸收光谱仪、原子发射光谱仪的原理、特点、技术优势和主要应用对象；
调研新型光谱仪，每一类至少提供1个例子，列出图片、厂家、型号、主要技术特点和优势。

光谱分析仪器与技术的总结与归纳

紫外-可见分光光度计（UV-Vis Spectrophotometer）

紫外-可见分光光度计是一种用于测量样品吸收紫外线或可见光的仪器，通过它所测定的吸光度来分析样品中特定化合物的浓度。

原理：

光源：紫外-可见分光光度计使用光源（通常是氘灯用于紫外区域，钨灯用于可见区域）发射光线。
单色器：单色器用于选择特定波长的光。光通过单色器时，仅一定波长的光能通过。
样品室：选定波长的光进入含样品的比色皿。样品分子吸收某些波长的光，导致光强度削减。
检测器：未被吸收的光最后会达到检测器，检测器测量通过样品后的光强度。
读数输出：基于通过样品的光有多少被吸收，检测器输出一个与样品中特定化合物浓度相关的值。

特点及技术优势：

简便性与效率：UV-Vis分光光度计操作简单，能快速提供结果，适合快速样品检测。
灵敏度高：可以准确测量非常低的吸光度变化，用以检测低浓度的样品。
范围广泛：能够覆盖200到800纳米波长范围，适用于多种类型的样品。
定量与定性分析：不仅可以定量分析样品中的化合物，还可以通过光谱特性进行定性分析。

主要应用对象：

化学分析：用于检测和量化溶液中的化学物质，如金属离子、有机化合物以及生物大分子等。
环境监测：水和空气样本中污染物的检测。
医学与临床：用于测定生物样本中例如血液、尿液中的特定生化成分。
食品工业：检测食品中的色素、防腐剂及营养成分等。
药物分析：在药品制造中用于质量控制及成分分析。

荧光光谱分析仪（Fluorescence Spectrophotometer）

荧光光谱分析仪是基于荧光和磷光测量的仪器，广泛应用于具有荧光性质物质的检测。它通过测定样品在激发光作用下所发出的光的强度和波长，用于分析样品中特定成分的性质和浓度。

原理：

激发光源：荧光光谱仪使用特定波长的光源（如氙灯、LED或激光）来照射样品。
样品激发：当荧光分子吸收这些光子后，从基态（最低能级）跳至激发态（较高能级）。激发态的寿命非常短暂，通常在几纳秒到几微秒。
发射荧光：当激发态的分子回到基态时，会释放出能量，通常以荧光的形式发射出来。荧光的波长通常比激发光的波长长，这种现象称为斯托克斯位移。
检测与分析：荧光的强度和其波长被检测器（例如光电倍增管）记录，光谱仪会分析这些数据，与标准曲线相比较，从而计算出样品中特定化合物的浓度。

特点与技术优势：

灵敏度高：荧光光谱法因其极高的灵敏度而被广泛应用，能够检测到极低浓度的物质（皮克摩尔级别）。
选择性强：通过选择不同的激发和发射波长，可以非常精确地选择性地检测特定的化合物。
速度快、效率高：测量快速且样品准备简单，适合高通量分析。
非破坏性：样品在测量过程中不被破坏，适合珍贵样品的分析。

主要应用对象：

生物医学研究：用于蛋白质和核酸的定量分析，细胞标记和追踪，以及生物分子间相互作用的研究。
临床诊断：检测血液或尿液中特定的生物标志物，如维生素、激素和病理状态下的分子。
环境监测：用于检测水体和土壤中的有机污染物和荧光指示物。
食品工业：分析食品中的添加剂、维生素或污染物。
药物开发：用于药物发现中的药效和代谢研究。

原子吸收光谱仪（Atomic Absorption Spectrophotometer, AAS）

原理：
原子吸收光谱仪广泛用于检测样品（尤其是液体样本）中的金属元素。该技术基于金属原子吸收特定波长的光以量化元素含量的原理。

样品制备和雾化：首先将样品溶解在适当的溶剂中，然后使用雾化器将液体样品转化为气溶胶。
原子化：气溶胶引入到高温火焰或石墨炉中，高温使样品中的金属元素蒸发并形成原子蒸气。
光吸收：光源（通常是中空阴极灯，每个元素一种专用灯）发射出特定波长的光，该光束穿过原子化的样品。由于各元素的原子结构不同，每种元素仅吸收特定波长的光。
检测：通过检测器（通常是光电倍增管）测量未被吸收的光的强度。吸收的光越多，说明样品中相应金属元素的含量越高。

特点与技术优势：

高灵敏度：原子吸收光谱法能检测到非常低浓度的元素，灵敏度可达ppb级别。
高选择性：每种元素都有其特定的吸收线，因此AAS具有极高的元素选择性，可以精确测定特定元素而不受其他元素的干扰。
广泛的应用范围：几乎所有的金属元素均可通过调整光源和分析条件进行测量。
稳定且可重复：结果稳定可靠，适合常规实验室的重复性需求。

主要应用对象：

环境科学：测定水体、土壤和废物样本中的重金属污染，如铅、汞和镉等。
临床实验室：分析血液和尿液中的痕量金属，如铜、锌等，对于诊断某些疾病和状况十分重要。
食品安全检测：测定食品和饮用水中的金属含量，确保达到食品安全标准。
工业监测：在矿业和金属加工行业中，监控和控制金属的纯度和含量，保证产品质量。
药品分析：在药品生产中检测原料的金属杂质，确保药品安全有效。

原子发射光谱仪 (Atomic Emission Spectrometer, AES)

原子发射光谱仪是一种分析技术，用以测定样品中的元素组成。这种技术特别适用于量化金属元素的浓度，并可应用于非金属元素的检测。

原理：
原子发射光谱分析基于元素在受到足够能量激发时，其原子或离子从较高能级跃迁至较低能级并发射光子的原理。这些光子的波长具有元素特异性，通过分析这些发射线的强度，可以确定样品中元素的浓度。

样品准备与激发：样品首先被转化为气态原子或离子，这一过程通常在等离子体源（如感应耦合等离子体 ICP 或直流等离子体 DCP）中完成。等离子体是一种含有高能电子和离子的气体，可以有效地激发样品中的原子。
光子发射：原子或离子在激发后返回到低能态，过程中释放出光子。每种元素的原子发射线具有独特的波长，这些波长对应于元素的电子能级差。
检测与分析：发射出的光束被色散元件（如棱镜或光栅）分离，根据其波长进行识别和测量。光信号的强度（即光子数量）与样品中相应元素的浓度成正比。

特点与技术优势：

多元素同时分析：AES可以同时测定样品中多种元素的浓度，非常适合复杂样品的分析。
高元素覆盖范围：几乎可以检测所有元素的浓度，包括金属和非金属。
高灵敏度与准确性：感应耦合等离子体（ICP-AES）尤其具有极高灵敏度，可达ppb（十亿分之一）水平。
适用于不同状态的样本：固体、液体甚至气态样本经适当处理后均可用于分析。

主要应用对象：

环境监测：测定水质、土壤及大气中的金属含量，如监测重金属污染。
工业应用：金属加工行业用于材料中元素成分的精确测定，以及在矿产勘探中分析矿石的元素组成。
食品与农业：检测农作物及食品中的矿物质含量和污染物，例如检测农药残留和食品包装中的元素迁移。
生物医学研究：用于测试生物样本（如血液、尿液）中的矿物质和微量元素水平，这对理解各种生物学和病理过程至关重要。

新型光谱仪的调研

吸收光谱分析仪器

在这里插入图片描述

图 1 Thermo Scientific iS50 FTIR 傅立叶变换红外光谱仪

参考网址：
https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/912A0760

厂家：
Thermo Fisher Scientific

型号：
Thermo Scientific iS50 FTIR Spectrometer

主要技术特点和优势：

高灵敏度和高光谱分辨率：
- 采用专利的动态对准技术，确保长期的光学性能和极高的灵敏度。
- 配备高性能的傅立叶变换红外（FTIR）干涉仪，可提供高达0.09 cm-1的光谱分辨率。
模块化设计，灵活多样的应用：
- 独特的模块化设计允许用户轻松切换不同的采样配件，适应不同的应用需求。
- 可与显微镜、TGA、GC/MS等其他分析技术联用，扩展分析能力。
直观的软件界面，简化工作流程：
- 搭载直观的OMNIC软件，具有强大的数据处理和分析功能。
- 内置大量的谱库，方便用户进行光谱解析和化合物识别。
稳定可靠的性能：
- 采用密封和干燥的光学系统，最大限度地减少环境因素的影响。
- 配备自动诊断和校准功能，确保仪器的长期稳定性和可靠性。
广泛的应用领域：
- 适用于制药、高分子材料、食品、环境等众多领域的研究和质量控制。
- 可用于分析固体、液体、粉末、薄膜等多种样品类型。