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一个“乐在其中”的分析测试人 分子荧光魅力何在——访北京大学分析测试中心 关妍博士

仪器信息网 2017/06/14 13:44:09 点击 2248 次
标签分子荧光光谱分析测试中心
默克工艺解决方案
[导读] 分子荧光光谱仪,虽然是一类“小众”的仪器,但是随着科研工作者科研需求变化而导致的更新换代、国家对双一流高校的建设支持而导致的新购,未来市场前景依然值得期待。而从技术层面而言,联机以及功能化附件是目前反馈最明显的需求。

  在各大高校,都有这样一群人,虽然没有教授的头衔,虽然没有科研工作者瞩目的SCI文章,却一直在默默付出。尽管,也曾有抱怨,也曾有感慨,但在“痛并快乐”的工作和生活中,他们默默付出,乐在其中......北京大学分析测试中心关妍博士就是其中一位。

  关妍,2009年博士毕业之后开始与分子荧光光谱仪“亲密接触”,据其介绍,从最初单纯的用仪器,到现在的“DIY”,关妍与分子荧光光谱仪已经建立了深厚的感情。她认为,分子荧光光谱仪不再是冷冰冰的仪器,而是可以提供客观详实数据的“朋友”,关妍说她非常喜欢现在的工作。

  今天,我们就一起走进北京大学分析测试中心,走近一线的分析测试人员,听关妍聊一聊与分子荧光光谱仪的那些故事......

北京大学分析测试中心 关妍博士

  “小众”仪器,不再“小众”的应用

  谈到分子荧光光谱仪,关妍也承认,相对于质谱、色谱等分析仪器,这类仪器略显“小众”。 “很多时候,分子荧光光谱仪只是用于材料的发光性质的表征,可并非所有的材料都发光这也在一定程度上影响了它的应用。”关妍解释道。

  不过,虽然看似“小众”,但是随着科研需求的发展,分子荧光光谱仪的应用范围也在不断的拓展中,其发挥的作用也越来越明显。“以前,做化合物研究的时候往往先从样品的组分和结构分析入手,随之延伸到性质方面研究,特别是研究生物探针,基本发光和物性性质一定要搞清楚才能用于应用,这样的情况下,分子荧光光谱仪就有了更多的用武之地。”

  不仅如此,据关妍介绍,近年来,随着仪器功能的扩展,分子荧光光谱仪的用户群体也在逐渐壮大。“以前大部分送样测试的分子荧光光谱仪的用户是做材料研究的,现在扩展到多个学科领域包括新能源、照明及配位化学、细胞生物学等,测试内容也在扩展,比如很多做生物的用户,扩展到采用荧光寿命进行生物标记及其在生物体内的状态分析,环境学院、地空学院、采矿及考古专业的科研工作者等都开始使用了。希望分子荧光光谱仪像电镜一样,更多学科采用这个高灵敏度的科研表征工具。

  “而且,值得一提的是,很多科研不是停留在完成一个材料的制备和基本性能表征,更多的关注点放在其实用性和功能化。而发光是一种代表性的功能化应用,相应的,很多有发光性能的材料就有了测试的需求。不仅如此,近几年,之前经典物理认为不发光或者弱发光的材料也被拿来重新检测,比如纳米硅、石墨烯量子点和碳量子点等。”

  就北京大学分析测试中心而言,目前配备了9台分子荧光光谱仪,涉及5个品牌,其中关妍博士主要负责HORIBA公司的Nanolog荧光光谱仪和DeltaFlex荧光寿命测试系统两台产品。从职责上来说,这两台仪器首先辅助本校的教学科研,同时也外接样品,涉及的研究对象包括量子点、上转换材料、荧光发光粉、钙钛矿等多种类型。“基本上化学各个领域的应用都很多,而同时在学科交叉的趋势下,生物、环境、地质等领域的样品也慕名而来,络绎不绝。”

Nanolog及DeltaFlex

  他们选择分子荧光光谱仪时更看重这些关键点......

  选择一款适合的分子荧光光谱仪有哪些关键点?就北大分析测试中心而言,关妍给我们分析了以下几大因素,包括仪器性能以及仪器操作等多个方面。

  “由于我们是一个平台,总体要求在功能全的基础上,性能还要优一些。不过,如果大而全不如小而精的话,我们会选择后者来保证其专业性。”关妍介绍到。据悉,在购买荧光寿命测试系统的时候,关妍比较了多个厂家,最终选择HORIBA 的DeltaFlex也是考虑了多方面的因素,包括仪器操作简单、相应的配置性能好、具有多种扩展性等。“其中光源、检测器、计时单元是三个关键因素:一套设备覆盖了皮秒到秒的测试范围;配备了紫外可见区和近红外区两个波段的检测器;此外,计时单元的响应速度等也决定了测试的准确性等,测试速率是满足预期的。”

  “在仪器功能方面,我们考虑比较多的是仪器的先进性和前瞻性,当我们进行功能拓展的时候,方不方便进行,与已有设备是否兼容等。”

  “再者,从高校采购的角度来说,和资金也有很大的关系。就目前分析测试中心的服务对象和资金水平而言,我们比较关注的是仪器的性能,如光栅、检测器等关键部件的参数,以及信噪比、稳定性等。”关妍举例道,“在近红外检测器方面,有单点PMT和IGA(铟镓砷)CCD检测器等,我们选择了后者。因为,对荧光很强的样品,单点和面扫描没有太多的区别,而对于荧光非常弱的样品,例如单壁碳纳米管的分类分级的检测,后者的优势就显现出来了。”

  玩转“小”部件,仪器使用才能淋漓尽致

  对一线分析测试人员而言,用仪器和用好仪器其实是两个层面的问题,而关妍对自己的要求则是如何把仪器使用的淋漓尽致。其介绍道,“每个分析测试人员甚至是前来送样的学生操作仪器都没有问题,不过,我们更关心的是如何把样品测好,这其中不仅有一些技巧和实验参数的测定,而且对一些‘小’部件的研究经常会给实验带来意想不到的效果,甚至可以解决之前一直困扰大家的难题。”

 

 

这些“小”部件需要发现的眼睛

  在采访过程中,一谈起自己心爱的仪器,关妍就滔滔不绝,我们真切的感受到了她对这份工作的热爱。而关妍也就自己所负责的Nanolog, DeltaFlex两套系统着重给我们介绍了她的使用体会,特别是很多“小”部件的“大”用处。

  据关妍介绍,很多时候大家可能更关注光栅、检测器等分子荧光光谱仪的关键部件以及检测方法,但是对仪器的一些特殊功能却往往忽略了。比如Nanolog上的“front face”,看似只是一个小小的按钮,但是其对高散射样品,以及自吸收特别强的样品具有神奇的疗效。关妍解释道,“front face”模式,光路只打到样品的前表面,靠反射模式检测,进而收集信号。对自吸收特别强的样品,只需变动一个按钮,就可能得到一个完美的数据。

  再者,做荧光寿命的时候,仔细观察就会发现,DeltaFlex的样品槽,液体是垂直放置的,而固体是倾斜的,这是理所应当还是精心设计?关妍介绍说,对固体样品而言,杂散光的抑制非常重要,而一定角度的设计可以很好的减弱甚至避免杂散光的干扰。不仅如此,如此设计的固体样品槽还可以根据样品的薄厚、高度进行调整,方便各种样品的测试,特别适合面向多学科的测试。“有时候并不是样品难测,而是没有充分利用仪器给我们创造的条件。”

  “这两台分子荧光光谱仪器的好处之一就是可以‘DIY’的地方很多,给科研留了很多可能性,这也是我们比较喜欢的,比如开放式的样品仓,可以配置不同的检测器以及激光器等。”

  分子荧光光谱仪未来发展方向:功能性拓展、联机等

  很多人提到,与其他分析仪器相比,分子荧光光谱仪器新品推出的速度相对较慢,对此,关妍谈到,“分子荧光是最皮实的仪器,光路是确定的,光源基本上是唯一的耗材,而且从现在的制作工艺和性能来说,光栅等部件都很耐用,这也在一定程度上给大家留下了更新慢的印象。”

  那么是否就意味着分子荧光光谱仪已经到达瓶颈阶段?关妍表示,虽然对仪器主机而言目前已经比较稳定,但是在功能性拓展、联机等方面有很好的发展前景。

  一方面,目前无论氙灯狭缝打入还是光纤导入,入射光斑都比较大,这样的光斑尺寸导致得到的结果多是整个样品的平均值。如果想看一根单晶,微区检测就很重要,这就涉及到和显微镜的联用等。

  另一方面,在附件方面,分子荧光光谱仪一直没有停止前进的脚步,这也是用户呼声最高的地方,包括光源、检测器、即插即用的附件、无需过多调整的附件耦合、微量样品池、变温附件等多方面。“从小附件,到大附件,当前对功能化附件的要求不断增加。希望仪器具有更多适合需求的功能化附件,或者预留更多接口满足DIY的需求。”针对这一点,关妍还特别强调道,“附件匹配的时候不仅需要各个厂家硬件的完美耦合,软件方面更重要,希望能开放更多的编辑功能。”

  当然在仪器本身的基础上,关妍也在尝试进行一系列仪器及附件的改进,比如通过增加一个脉宽控制模块,实现半导体激光器应用于上转换寿命测试,这个对于脉宽敏感的上转换材料发光分析特别重要。

  此外,在仪器使用方面,关妍表示有几个问题值得关注:在仪器校正方面最好做到全谱范围,希望在检测器上可以有大的突破,中间不用换光栅;希望有更好的定性和定量的标准,包括检测方法和仪器校正等

  一线分析测试工作者:痛并快乐着

  作为一线分析测试工作者,每天在实验室面对冷冰冰的仪器,是否会感到枯燥、无聊?对此关妍不以为然,其表示跟仪器打交道的时间久了,感觉很亲切,而且仪器给出的就是真实的表象,挺喜欢自己的工作。“关键是要看你对这个工作是不是感兴趣,心态很重要,如果没有投入自己的心思,一定做不好。”

  不过,谈到分析测试一线人员的职业经历,关妍给我们的形容是:痛并快乐着。她说,痛有两种概念,看到好的设备没有的时候比较痛;另外,有时候不被理解也是一种痛。“国内有些人对仪器管理的定位是不正确的,往往导致自我价值认同上的偏差。此外,刚刚毕业的博士生从事这个行业需要一个情感经历的过程,特别是当看到与自己同龄或者同期毕业的人现在以‘青千’的身份回来,而自己只能评工程岗位的职称,并且晋升机会少的时候确实比较痛。”

  不过,相对痛而言,关妍感受更多的是快乐,她说,“在工作过程中能帮助到大家是一件很高兴的事情,通过我们的工作可以促进老师和同学的科研进展,感觉自己的付出很值得,这是自我价值的认同。另一方面,随着科研的进步,大家在思想上也逐渐意识到检测的重要性,国内的很多政策也在往这个方向倾向,我们感觉分析测试人的地位在逐渐提升,这也是值得高兴的事情。”

  关妍表示,以前分析测试一线人员一直都比较低调,默默做着自己的工作,其实他们需要更多的信息来源和交流机会。“一方面,希望仪器公司可以给我们提供最新产品和技术的信息,最好可以有试用的机会;另一方面,也希望同行之间可以多互动,信息共享,互通有无。”

  后记:一线分析测试工作者,他们与仪器有着最亲密的接触,了解仪器的每一个细微之处,本次走近分子测试一线工作者,不仅让我们了解了有关分子荧光光谱仪的技术和应用情况,更为这样一群分析测试人员点赞。

  落到分子荧光光谱仪,虽然是一类“小众”的仪器,但是随着科研工作者科研需求变化而导致的更新换代、国家对双一流高校的建设支持而导致的新购,未来市场前景依然值得期待。而从技术层面而言,联机以及功能化附件是目前反馈最明显的需求。

  北京大学分析测试中心概况

  北京大学分析测试中心(简称:中心)成立于1983年,是北京大学最早通过国家计量认证、可以出具权威检测报告的分析测试机构。中心挂靠化学学院,化学学院院长(书记)兼任中心主任,2011年与化学学院中级仪器实验室合并,是北京大学乃至周边单位重要的分析测试平台。

  自成立以来,在国家科委、国家教委多次重点投资及世界银行贷款的支持下,陆续装备了光谱、质谱、色谱、X射线衍射、能谱、透射电镜、激光共聚焦显微镜、核磁、元素分析、热分析等在学科领域均有广泛应用的仪器设备,总价值约7340万元的先进大中型分析测试仪器65台套,代表仪器包括:多功能成像电子能谱(XPS),傅里叶变换高分辨质谱等,实验室总面积约1,600平方米,在成分与结构分析方面的仪器设备已基本配套,部分仪器还通过国家计量认证资质认定。

  目前,中心主要业务范围包括无机物和有机物成份与结构分析、表面分析、热分析和物性测定分析等分析测试服务。校内主要用户单位包括化学、物理、环科、工学、交叉、生命以及医学能学院。中心的仪器均参加了北京大学校内分析测试基金开放服务,每年约完成1/3基金测试任务,基本满足校内教学和科研的测试需求;中心参加了北京地区协作共用网和首都科技条件平台开放实验室的开放工作,积极开展社会服务,为各兄弟院校、科研院所、冶金、医药卫生、材料和食品等部门和行业提供大量可靠的分析测试数据。1993年,中心首次通过计量认证,2012年9月通过换证复审,成为可以向社会相关单位提供公证数据的检测机构,为了达到公正、科学、可靠、准确的要求,多年来形成一整套行之有效的运行管理模式,以计量认证为契机,对人员培训、档案管理,功能分区等方面进行了严格的规范,确保中心有序高效运行;实验室开放管理、远程监控、在线预约等手段,大大降低管理成本,显著提高了工作效率和仪器使用率;注重新的测试技术与方法的研究,力求公正、科学、可靠、准确,分析测试和管理水平不断提高赢得了良好的声誉。

北大分析测试中心老师合影

采访编辑:叶建

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