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【行業資訊】如何評價Kickstarter上的SCiO這款產品？

點擊數：31112016-03-25　來源：深圳易創電子科技有限公司-專業 您值得信賴

       這款產品很明顯并不能像其宣傳所說，對著各種食物、飲料和藥品一樣，就能知道他們所含的化學成分。假如他們真用這種手法來宣傳，就是徹徹底底的忽悠。
       先科普一下基礎的光譜學知識。
       光譜學，是利用光與物質相互作用的現象對物質進行分析的學科。在化學分析中，對有機物分析最常使用的光譜是紅外光譜和紫外-可見光熒光光譜。[1]前者的研究范圍是分子中原子與原子間化學鍵的伸縮、擺動、扭轉等運動方式，其能量對應的波長范圍通常在2.5-25um之間的近紅外波段。后者則是研究分子中電子從在分子軌道能級之間躍遷所發射的熒光來確定分子內電子能級結構，其能量對應波長范圍通常在0.25-2.5um之間的紫外-可見光和部分近紅外波段。
       紅外光譜的優勢在于能夠識別有機分子結構特征，精細的判斷紅外光譜能夠推測出樣品分子中含有哪些官能團結構，也能根據數據庫內標準樣品進行對比；但單純的紅外光譜無法對官能團的數量、位置進行判斷。在產業化方面，目前主流的紅外光譜儀多數采用砷化鎵（GaAs）傳感器，成本偏高，且體積無法降至手持級別。紫外光譜的優勢在于能夠通過激發熒光識別已知吸收峰的有機物，且利用Beer-Lambert定律即可對被測物含量進行定量分析。但紫外光譜特征性不強，無法確定未知化合物的結構，所以其通常作為HPLC后定量分析的輔助手段。

(來源：Hagai Heshes,SCiO)開發團隊經理

       SCiO并不是上文提及到的傳統紅外光譜儀（或FTIR），因為其波長范圍并沒有那么寬，而是在可見光-近紅外范圍內。他也不是網上所流傳的“紅外拉曼光譜儀”，這很容易看出來，至少它的光源是寬譜線的近紅外LED而不是追求單色性的拉曼激光（i.e.）FWHM<0.1nm，例如透射體布拉格光柵（Volume Bragg Gratings，VBG）激光[2]；這種模塊成本很高，至少在2000美元以上。其次則是拉曼光譜儀對噪聲要求非常嚴格，因為拉曼反射光譜本來就很微弱，如果暗底噪太大，增加積分時間也無法打出合適的光譜。所以在DAC上也需要相當大的成本。（典型解決方案是Analog Devices的某款dac，利益相關，不說了）說句好聽的，要是哪天拉曼光譜儀能用這個價錢賣出來，對于科研人員是天大的好事。
不過值得高興的是，他至少沒有學某些國內廠商照抄某OO公司的光纖光譜儀結構。（雖然參數反而會比SCiO好）它靠的是傅里葉濾鏡而不是光柵進行分光，再測量不同波長的光通過傅里葉濾鏡后投射在光傳感器上的環形光斑直徑。我找到了該公司產品專利（專利號WO2013/065035A1）描述原理圖：
散射光(205)，通過201（傅里葉濾鏡）后，再使用200（濾鏡組，專利描述中是包含特定波長的帶通濾鏡）打到204（光學傳感器）上。最終光學傳感器得到的圖樣如Figure.3，就是一系列直徑的同心圓光斑（對應不同波長）。
       他之所以賣這么便宜，就是因為沒有光柵或棱鏡，沒有復雜的反射光路，也沒有光纖耦合光源。有的只是一個近紅外LED，一個1mm直徑的傅里葉濾鏡，光線再通過帶通濾鏡和準直鏡投射在傳感器上。
       問題在于：這種原理的光譜儀分辨率和波長范圍如何？
       理論波長范圍只有221.4nm，實際可能還更窄，作為光譜儀來說會不會太不給力了？本來可見光-近紅外的分子特征性就不強，在這種測量環境下，紅蘋果和紅葡萄、紅紙、紅色LED的反射光譜并不會差太遠（放在近紅外波段原理也一樣），貴公司光譜儀的原理本來就是測量物體表面的反射光譜，你確定在線的數據庫做到準確識別？
作為參考，development forum上就有人提到某原型機的波長范圍。注意：760-810nm與910-1015nm是相當窄的光譜，想看什么金屬離子激發之類的可以洗洗睡了，本來就只能粗略看看反射。
       專利里關于波長精度的描述是<10cm-1，換句話說，如果中心波長在785nm的話它的精度就在+/-0.3nm之內，這顯然是不可能的。因為光線通過NOTCH濾鏡以后會降低測量精確度，而且他們使用的NOTCH濾鏡...
       臥槽，你用這么點錢，竟然造出了<10cm-1 FWHM的帶通濾鏡，確定不是搞笑？目前拉曼光譜儀上的帶通濾鏡也有+/-5-8nm好嗎。。。。
更牛逼的是，在專利里面還出現了使用數字微型反射鏡陣列（digital micromirror device，DMD）的設計。要知道DMD可是最近兩年才開始試產的，代表性的器件是TI的DLP4500系列，器件價格在300-500刀左右?？刂菩酒惨畈欢?00刀。話說起來，TellSpec的beta版確實是用了TI的DMD器件，個人感覺比較靠譜。
       綜上所述，按照目前的項目進度而言，SCiO是一款幼稚的分光光度計，其參數甚至還不如海洋光學的Spark和小日本的C12880MA。作為從業學生，我欣賞他們將光譜分析推廣至生活的創意，但科學原理不講情懷，弄個大新聞，就說自己能用這便宜貨看食物的化學成分甚至熱量，是很不負責任的。

參考文獻：
[1].Skoog, D.A.,Holler, F.J., etc. (2006) Principles of Instrumental Analysis. International series of monographs on physics. Brooks Cole; 6 edition.
[2].B. L. Volodin, S. V. Dolgy, E. D. Melnik, E. Downs, J. Shaw, and V. S. Ban.(2004) Wavelength stabilization and spectrum narrowing of high-power multimode laser diodes and arrays by use of volume Bragg gratings, Opt. Lett. 29, 1891-1893.
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