大力发展光谱学仪器

大力发展光谱学仪器

摘要：追溯了红外光谱仪和显微镜的发展过程，指出了每种技术发展的一般产品生命周期。相信通过扩展应用范围以及加强教育工作者、研究人员、开发者和仪器制造者间的合作，光谱学仪器能够获得新生。

Abstract：The author traces the evolution of infrared spectroscopy and microscopy, pointing out the normal product life cycle that every technology goes through．He believes that renewed growth is possible through novel applictions and partnerships among educators，researchers，developers，and instrument manufacnturers．

    大力发展光谱学仪器对于改善我们的生存环境是必需的。科学家、教育工作者和研发人员必须善于迎接发明新技术、开发新产品并扩展其应用范围的挑战。光谱学仪器处在一个关键的阶段，其发展是缓慢的，仪器都已趋向成熟，只有富有竞争力的技术才能取得成功。光谱学仪器不是孤立的，这一点同样适用于很多传统的分析仪器。在最近的文献型lI，安捷伦(Palo Alto，CA)化学分析组副总裁Chirs Van lngen声明： “时代在前进，传统的分析仪器市场已经成熟，所以今天所销售的大部分产品都处在被替代的位置。”现在就是赋予光谱学仪器以新的生命的时刻。

1 增长的特点

　　产品生命周期的市场理论假定所有的产品都将经历研制、成长、成熟和淘汰四个明显阶段。这种增长方式就像自然科学的原则一样是最基本的。产品可以是任何被出售的实物、应用、思想或服务。这个周期中的每一个阶段都有各自的特点和潜在的趋势，或是增长，或是停滞，最后将由于竞争、创新、市场转移等原因不可避免的被淘汰。

　　一种技术，一个科学领域，一件仪器，一种应用，它们的生命周期都开始于一个概念，接着是它的研制、认可、快速发展、成熟和衰落。图1描述了一个分析仪器在各阶段常规生命周期的曲线形式。产品生命周期的范围只是相对的，它的阶段性是一个基本的原则，从一个概念到一个被认可的产品可能会经历很长时间。例如，从Coblentz在红外光谱方面的探索工作到第一台商品化红外光谱仪的出现经历了30年的时间。一个新产品的设想就像一粒种子，没有营养，它的生长就会停滞不前。但是，一旦有了营养，发展马上就会开始。研发工作可能需冒一定的风险，风险来自资金、设计思想，或两者兼而有之。发人员必须接受持反对意见者的挑战。如果有10位专家来评价我们认为的最佳设计，他们可能会提出100个理由，来说明这个设计将会失败。

　　研发阶段是一个沮丧、刺激和令人兴奋的阶段。研发道路上的每一步常常就像在笼罩死亡阴影的山谷中行走一样。当产品的失败是一个设定的冒险活动而且不是个人化的，那这样一个研发过程的挑战将是非常令人兴奋的。研发项目导致一个获得认可的产品或是一种应用，是值得庆幸的事情。

　　在一个构想和一个认可的产品之间，市场是跨越障碍的桥梁。对于任何一种产品、服务、应用，都要通过市场来评价它的价值，寻找客户和进行宣传活动。市场要发挥效能，必须与开发过程紧密联系。市场人员必须了解这种产品及其应用才能发现潜在的客户并与其进行专业性的交流。

　　一种被认可的产品的快速增长需要营销手段、不断上升附加值以及规模化的生产。这种快速增长阶段是产品生命周期中利润最丰厚的阶段。产品一旦开发成功，残酷的竞争也就随之开始。成功之后，产品的改进和提高就是必然的，具有竞争力的新产品会很快产生。然而对于初始研发者，由于竞争使成本升高，产品价格下降，利润必然会降低。

　　在产品成熟期，市场占有的争夺与产品的降价、改进、包装和分化是相伴在一起的。产品的成熟期会维持多久?

　　在成熟期，产品的增长是缓慢的，也许会保持不变，或是螺旋式下降，或是重新增长。如果没有采取任何举措来刺激增长，则这一成熟的产品注定要被淘汰。对于一个特定的产品，淘汰阶段是不可避免的。如果你承认这一点，你就会在投资、研发、创立品牌、寻求客户这一系列的过程中游刃有余。

　　产品生命周期理论早在20世纪70年代就已出现。在今天的分析仪器市场里，产品的生命周期更短，而且更加有活力。然而，如果你能确定产品处于哪一个阶段，你就能采用一个明智的策略。为了把产品的生命周期理论应用到分子光谱学仪器上，首先必须确定我们的产品处在哪个阶段，然后才能制定出相应的策略。图2展示了17家美国公司报道223的红外光谱仪(IR)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)以及近红外光谱仪的销售情况(不包括化学过程仪器)，平稳的销售状况清楚地表明了分子光谱仪已经是一个成熟的市场。有三条路摆在这个市场的前面??保持、下降、重新增长，这取决于我们下一步采取什么行动。在这样一个关键的时期，如果没有采取一种积极的措施来促使新的增长。那么分子光谱仪就会进入到淘汰阶段。

　　在此以前的一个生命周期里，IR也曾经面临这样一个关键的时期。尽管Coblentz以为早在20世纪初的几年里，IR就已在分析中有了应用。但是直到30年代，仪器才进入研发阶段。第二次世界大战的爆发，使具有高辛烷值的燃料和合成橡胶成为战略需要，研发人员需要借助IR来分析这些复杂的碳氢化合物，这是一个巨大的增长刺激。在战争结束时，商品化的IR已经可以买到。然而，直到PerkinElmer(Shelton，CT)在1951年推出了21型双波IR^[3]，IR才被广泛接受。随着对FTIR的认可，在接下来的20年里，IR飞速增长并进入到复兴时期。现在又是一个新的平台期，说明FTIR已经进入成熟期。

2 红外显微光谱仪

　　回顾红外显微光谱仪的生命周期，就会看出其对IR增长产生的影响。红外显微光谱仪的历史与IR的发展是平行的，技术上的障碍不仅阻碍红外显微光谱仪被人们接受，而且也限制了其应用。随着技术障碍的突破，新的产品和应用又刺激了增长。

　　1949年的两篇文献^[4，5]阐明了采用显微镜采集到少量样品高品质光谱图的可能性。R．C．Gore在American Cyanamid (Stamford，CT)工作时，进行了显微镜的探索工作。图3为该显微镜。采用紫外放射线来增加分辨率和对比度的全反射显微镜首次被Polaroid公司(Cambridge，MA)的D．S．Grey开发出来。然而当采用紫外放射线来增加分辨率的电子显微镜推出来时，中红外光谱仪已经需要配备这种全反射显微镜了。

　　Vincent J．Coates领导的PerkinElmer工作人员开发出来了第一台商品化的IR用显微镜^[6]。PerkinElmer在1953年推出85型仪器。然而这并不是一个完全革新的产品，由于配套技术没有跟上，该产品没有能赢得市场。并且，显微镜是与单波束IR配套的，而此时IR已经进入了双波束光谱仪时代。1951年，PerkinElmer公司推出了21型双波束IR，并立即获得了市场的认可，成为曾开发的众多科学仪器中最成功一种仪器。当这种仪器的市场火爆时，红外显微镜的市场已萎缩到几乎要消亡的边缘。

　　红外显微光谱仪在整个60年代和70年代早期已处于停滞阶段，直到V．J．Coates在1978年推出了Nanometrics(Sunnyvale，CA)20型红外显微镜系统，该类产品才进入新的增长期。这种系统通过显微镜简化了红外光谱图的采集。微处理技术被同时用于数据的采集、红外光谱计算、数字谱图存储并进行数学操作。红外显微光谱仪开始被市场认可，新的应用也相应地得到发展。在20型IR达到最大市场容量前，它又被新的FTIR技术取代了。

　　在塑料食品包装、故障分析、产品污染鉴定及材料分析领域里也有类似的增长报告。FTIR微探针与一个同步回旋加速器光源相连，这个加速器提供一个独特的红外辐射超亮源，可使直径为几个微米的样品就能满足要求。这些实例说明了新的应用的发现及其与其他技术联合都会导致市场增长。

3 红外显微光谱仪的未来

　　有了过去的基础，如果采取行动来提高技术，扩展应用，开发新的市场，红外显微光谱仪未来的增长是肯定的。新产品正在被开发，这一点就是继续增长的强有力标志。采用红外阵列检测器可产生光谱图像，该技术已导致了新一类红外微探针的开发。在最近的进展中，小规模叮IR已经能通过配备商品化的光学显微镜而成为红外显微光谱仪。这些发展都可能扩展IR的市场。

　　国家健康研究中心的研究人员(Bethesda，MD)发明了对红外光谱成像的阵列检测技术^[7]。采用此技术Digilab和Spectral Dimensions(Olney，MD)开发出光谱成像产品。最近，PerkinElmer基于线性阵列检测器和快速绘图技术，开发出一种新的红外光谱成像显微镜。这些成绩的取得标志着产品水平已经达到光谱成像阶段，而产品生命周期也已经从开发进入到认可阶段，但高昂的价格限制了它的增长。因为阵列检测器的价格计划要降低，这将刺激光谱成像仪器未来的增长。光谱成像仪器已经在材料科学及生物科学领域里发现了新的应用^[8]。在光谱成像方面已经有一个非常大的投资，这暗示了它的未来有巨大希望。

　　大部分红外显微光谱仪的应用重点强调小样品量的红外分析，这不能满足显微镜使用者的需求。显微镜市场要比IR市场大得多。在红外显微光谱仪的参与者中显微镜专家仅是很小的一部分。接近80％的扫描电子显微镜(SEM)是与元素分析用的带有减振器的X射线光谱仪一起销售，SEM的使用者已经认可了X射线光谱仪。直到最近，所有的FTIR显微镜都作为实验室光谱仪的配件来销售。SensIR Technologies(Danbury，CT)推出了一种FTIR光谱仪与商品化的光学显微镜相连接的配件(图5)。这种发光的IR扩展了光学显微镜的性能，为显微镜专家的样品进行化学分析提供了一种新技术。该产品有可能成为红外显微光谱仪用户所青睐的产品。