由芬兰阿尔托大学研究人员领导的一个国际研究团队开发出了高波长精度、高光谱分辨率和宽工作带宽的高灵敏度光谱仪，该光谱仪可以安装在微芯片上，并使用人工智能进行操作。发表在最新一期《科学》杂志上的该成果，将对各种技术和应用大有裨益，包括质量检测平台、安全传感器、生物医学分析仪、医疗保健系统、环境监测工具和空间望远镜。
此次，利用二维半导体超薄材料，研究人员开发出集成芯片上的光谱仪，这种单探测器光谱仪是一种一体化设备，如同一个带有人工智能的光电“芯片实验室”。
美国俄亥俄州立大学科学学院物理学教授伊桑·米诺特说，传统光谱仪需要笨重的光学和机械部件，而新设备甚至可安装在人类头发的末端。新研究表明，新型半导体材料和人工智能可取代传统部件，从而让目前最小的光谱仪（相当于葡萄大小）尺寸再次大幅缩小。
新光谱仪不需要组装单独的光学和机械部件或阵列设计来分散和过滤光线。此外，它可实现与台式系统相当的高分辨率，但封装要小得多。
研究人员表示，该设备是完全电控的，这使得它具有巨大的可扩展性和可应用性潜力。通过这一光谱仪，人们可使用触手可及的设备测量超出可见光谱的每个波长的光强度。例如，它可直接集成到日常的智能手机和无人机等便携设备中，用作智能手机的高光谱相机，不仅可捕捉和分析可见光波长的信息，还可进行红外成像和分析。
此外，这种光谱仪也为研究新科学提供了工具。在医学领域，光谱仪可用于识别人体组织细微变化，比如肿瘤和健康组织之间的差异。在环境监测领域，光谱仪可准确地检测空气、水或地面中有哪些以及有多少污染。
什么是光谱仪？
光谱仪是化学分析测试技术中最重要的仪器之一，它利用光谱原理来分析样品中某种成分所含量物质的含量，并可以粗略地判断样品的物质组成。由此，光谱仪可以用于分析多种物质的组成、探测多种物质的含量，测量各种反应参数。目前，已经有多种光谱仪，根据不同的分析需求，可以选择不同的仪器。
根据激发原理的不同，光谱仪可以分为发射光谱仪和吸收光谱仪。发射光谱仪是把样品进行激发，让样品能够气体化，使其能够发光，分析样品发出的光谱；而吸收光谱仪把样品进行激发，让样品能够吸收外界直接发射出来的光，通过分析样品中光谱的变化，可以分析样品中的物质组成。
光谱仪的主要用途
1、能谱分析：核磁共振、X射线衍射和X射线荧光光谱等方法可以分析样品中的化学成分和电子结构，从而得出样品的物质组成；
2、放射谱分析：根据样品本身结构的变化，通过放射性同位素测量方法可以分析样品中物质的含量；
3、光谱质谱分析：结合光谱分析与质谱分析，可以更准确地得出一个样品中物质组成和含量。
充电桩保有量增加，刺激光谱仪市场规模扩大
国家相关部门相继出台《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《仪器仪表行业“十三五”发展规划》、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》等政策，将高端分析仪器产业列入我国重点发展产品之中，其中光谱仪作为重点类别之一，也迎来发展的新机遇。随着国家政策的不断推动，光谱仪专利数量整体呈现不断上涨的趋势。据统计，2022年中国光谱仪专利数量为2787项，专利数量不断提升，将会促进整个光谱学技术生态链的发展。由于中国光谱仪发展较晚，中国在全球光谱仪的市场份额较低。全球最大的光谱仪市场主要集中在美国、加拿大、欧洲等地。随着光谱仪下游应用市场的逐渐拓宽，如：工业制造、医疗、新能源汽车等领域的不断发展，将带动光谱仪需求量的不断增长，提升中国在全球光谱仪市场中的份额。
在新能源汽车市场的不断普及下，中国充电桩数量保持稳定增长，充电桩设备的电池与材料均需要光谱检测需求。光谱仪下游需求的不断增加将推动光谱仪行业的不断发展。数据显示，2015-2022年中国充电桩保有量整体呈现不断增长的趋势，从2015年的6.6万台增长至2022年的521万台，2015-2022年的年复合增长率为86.66%，2022年中国充电桩保有量为521万台，较2021年增长99.08%。未来，随着新能源汽车的发展，充电桩保有量将持续增长，进而拉动光谱仪数量的增长。
随着相关技术水平的不断提升，光谱仪下游运用领域较多，从而使得其市场规模呈现逐年增长的趋势。数据显示，我国光谱仪市场规模整体呈现不断增长的趋势，从2016年的47.2亿元增长到2020年的71.4亿元，年复合增长率为10.9%，预计2022年中国光谱仪市场规模将增长至83.14亿元，预计到2025年中国光谱仪市场规模将会达到101.65亿元。
微型光谱仪行业发展空间广阔 市场竞争激烈
微型光谱仪是光谱测量系统中的核心部件。微型光谱仪具有高速采集、模块化、体积小等特点，融合了CCD阵列探测器技术、光纤传导技术、计算机技术以及光栅技术，在化学反应动力学监测、工业在线检测、智能建筑、智能手机、智能穿戴设备、环保等领域应用广泛。
微型光谱仪主要组件为光子集成电路。我国光子集成电路行业尚处于起步阶段，市场渗透率较低。2021年我国光子集成电路市场规模达17.8亿元，同比增长21.3％。光子集成电路对生产工艺要求较高，价格相对高昂，导致我国微型光谱仪生产成本增加。未来随着我国光子集成电路生产技术逐渐发展成熟，其市场价格将有所下滑，届时我国微型光谱仪产能将快速扩张。
微型光谱仪应用领域广泛，包括智能建筑、智能手机、智能穿戴设备、环保、医疗等。在智能手机领域，微型光谱仪具有完整的分光光路，能够实现数据存储、显示分析和读取，随着高新技术快速发展，智能手机更新迭代速度不断加快，将为微型光谱仪行业带来广阔发展空间。在医疗领域，微型光谱仪能够同时测定多组分药物的溶出度，具备操作便捷、测定速度快等优势。
根据新思界产业研究中心发布的《2023-2028年微型光谱仪行业市场深度调研及投资前景预测分析报告》显示，在市场需求带动下，微型光谱仪行业景气度不断提高。2021年全球微型光谱仪市场规模达24.5亿元，同比增长12.4％，预计到2028年，其市场规模将突破50.0亿元。
全球微型光谱仪市场主要参与者包括美国必达泰克公司（B&W TEK）、美国赛默飞世尔科技公司（Thermo Fisher Scientific）、荷兰Avantes公司、瑞士步琪实验室仪器公司（Buchi Labortechnik）等。我国微型光谱仪行业起步较晚，但发展势头迅猛。目前，我国微型光谱仪主要生产商包括无锡超微光学科技有限公司、蔚海光学仪器（上海）有限公司、上海复享光学股份有限公司、北京爱万提斯科技有限公司等。
新思界行业分析人士表示，我国微型光谱仪行业尚处于发展初期，受生产成本高、技术壁垒高等因素影响，具备规模化生产能力的企业较少，产品进口依赖度较高。近年来，在市场需求带动下，我国微型光谱仪行业发展空间不断扩大，预计未来一段时间，随着本土企业自主研发实力不断提升，我国微型光谱仪国产化进程将不断加快。
文章来源： 科技日报，凌晨八点，智研咨询，新思界网