| 单词 | 分析仪器智能化 |
| 释义 | 【分析仪器智能化】 拼译：intellectualization of analytical instrument 分析仪器种类繁多，参照分析仪器文摘，可分为：光学式分析仪器、射线式分析仪器、电化学式分析仪器、热学式与磁学式分析仪器、色谱仪、质谱仪、波谱仪、能谱仪、物理特性分析仪器。 分析仪器不仅能分析物质的成份和结构，而且能够确定物质的结构细节、微观形貌、络合状态，原子的价态、元素间的联系、元素的微区分布与薄层分布。在分析化学中占据独特地位，而且日益重要。最初的分析仪器全靠手工操作，输出模拟式的各种物理参量(其中有的是电参量)，根据这些输出信号还须进行繁琐的后继处理，如记录、绘图、计算、拟合、辨识、检索、鉴定……等。这类分析仪器被称为模拟式分析仪器。分析仪器与光电器件及各种传感器结合，导致“电气化”分析仪器的出现，传感器把作为分析仪器输出信号和分析所依据的各种非电学的物理参量(温度、压力、流量、光谱、光学图像干涉图、衍射图、射线……)转换为电参量，为分析仪器同电子技术之结合开辟了道路。电气化分析仪器与数字化技术的结合，形成了数字化分析器，由传感器输出的电参量经由模拟／数字变换器A D C，转换为二进制数码。具有精度高、抗干扰，便于存贮、传送、显示，便于计算机处理等优点。为分析仪器的小型化、微机化创造了条件。1972年，美国IBM公司率先实现计算机系统的全面商业化，促进了计算机对各行各业的普遍渗透。数字化分析仪器与微型计算机系统相结合，构成了微机化分析仪器。微机化分析仪器由分析仪器(信号源)、传感器、预处理器(包括放大、滤波、采样保持等)、模／数换转器、计算机系统，输出终端、仪器接口及软件组成。其主要功能有：(1)自诊断与故障监控。识别正常与异常状态；确定故障位置，便于检修；自动报警；自动中断，避免故障的蔓延扩大。(2)减小误差，提高精度。校正零点，克服零点漂移；设定满度；校正传感器的不一致性和输出特性的非直线性；补偿由温度、压力等外界因素的变化所引入的误差。(3)改善信噪比：除模拟滤波之外，还可针对干扰的特性分别采用不同的数字滤波技术，抑制和消除低(高)频干扰、脉冲干扰、随机干扰和噪声，增强信号。用锁相放大技术，还能将淹没在强噪声中的微弱信号提取出来。(4)计算与数据处理：查找、排序、加减乘除、初等函数、微分积分、实验曲线的函数拟合、相关、卷积、傅里叶变换、自适应等。(5)自动控制：对被控参数进行巡回检测，与设定值相比较，按PID规律输出控制指令给执行机构，对过程实施控制，使仪器本身处于最优状态；在软件的指挥下，按预定方案，在脱离人工干预的条件下，进行重复性操作，自动记录、绘图、打印、列表输出结果。(6)数字图象处理：用计算机软件对扫描电镜等成像仪器输出的图像进行空间滤波、图象增强、加减、相关、特征提取、特征识别等特殊处理，从中提取有用信息，作出判断和鉴定。作为以上功能的综合效果，微机化分析仪器具备了高精度、高灵敏度、宽动态范围、强适应性、多功能、小体积、轻重量、低能耗、方便操作等大量优点，能迅速、准确地提供大量分析数据和图象，实现了“最优化”和“自动化”的目的，是智能化的初级阶段。80～90年代，分析仪器进入智能化高级阶段。多种科学技术的溶合与渗透，促使仪器向固态化、高集成化、高效能、强适应性发展，特别是半导体激光器、CCD、光导纤维、集成光学、ASIC电路、DSP芯片将扮演重要角色，分析仪器将最终走出实验室，进入生产现场，进入家庭，进入社会生活的一切领域。激光是高单色性、高准直度、高功率密度、高相干性理想光源，半导体激光还有体积小、功耗低、固态化的优点，是智能化分析仪器的理想光源。电荷耦合器件(CCD)是一种多通道光学检测器，具有光电转换、时间积分、信号存贮及传送功能，可同时获取一定波长范围内的光谱信息或一定空间范围内的图象信息。响应时间快、光谱范围宽、灵敏度高、噪声低、线性度高、空间分辨率高、时间分辨率高、体小、重量轻、功耗小、全固态，已用于发射光谱、吸收光谱、拉曼光谱、色谱等场合，预计在20世纪末可能最终取代光电倍增管而广泛应用于各种光谱检测。光导纤维，(简称光纤Fibre)，不仅是光能及光信号的传送工具，而且可以做成各种光纤传感器，它具有抗腐蚀、耐高压、耐辐射、抗干扰、特经特细的优点。在遥控、遥测、多道分析、流程检测、实时测控、深入人体内脏、恶劣环境等场合特别能发挥作用，与光纤配套的光电转换及电光转换器件、光纤耦合器件也有很大发展，已进入实用阶段。专用集成电路(ASIC)，是由分析仪器设计专家用计算机输助设计(CAD)，将分析仪器的各个功能单元，设计为集成电路，向半导体厂家定做，也就是把分析仪器的某些功能单元集成在一块芯片上。数字信号处理芯片(DSP)。过去，数字信号的实时处理要求大容量、高速度的计算机，这一点一直阻碍着这一技术在分析仪器上的普遍使用，数字信号处理芯片的成功，令分析仪器上不配大容量、高速度计算机就能进行数字信号的实时处理。集成光学(IO)，可把复杂的光学系统集成于一块芯片上，其中可以包括传统光学系统的一切功能。现代分析仪器纵然能够以惊人的速度提供大量准确的分析数据和图象。如果没有相应的有效方法从中提取信息，仍然得不出人们需要的答案。这就需要发展分析化学统计学分析测试与专家系统。化学统计学是由分析数据推断分析结论的系统数学方法。比如，由蒸汽压、折射率、密度与粘度推求混合溶剂的组分；用谱相关和自适应计算，从红外光谱测定复杂样品的组分。专家系统是一种计算机程序，它能体现知识丰富、技艺超群的人类专家的技能，在特定领域高水平地处理问题，作出决策，通常称专家系统为知识基系统，由知识库、数据库以及控制推理程序(规定选用知识的策略与方式)3部分构成。分析测试专家系统的任务有：知识的获取、知识的处理、知识的表达；分析路线与分析方法的设计与优化、谱图解析；谱图库检索。其中谱图库检索是一项急待解决的主要任务。国内外相继做了不少工作。将功能互补的分析仪器用接口和计算机联合使用，大型分析仪器并入计算机网络，自动制样及送样装置、机器人进入实验室……，可形成实验室信息管理系统。在此系统中，分析仪器在中心计算机和高功能外围设备的支持下，以更合理的方式、更高的效率，完成更大容量和更高速度的分析任务。智能分析仪器集数、理、化、生、光、机、电、算众多学科于一身，是典型的技术密集产品，用途广泛，发展迅速，前景广阔。【参考文献】：1 De Monchy A R, et al. Anal Chem,1988,60(23):1355A～ 1356A2 Grahan R C. Intell Instrum Comput, 1988,6(2) :46～573 Williamson J M. Appl Spectrose,1989,43(3) :372～3754 McDowell R D, et al. Anal Chem,1990,62(21): 1069A～ 1077A(四川师范大学郭才陶副教授撰；罗忠鉴审) |
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