大力發展光譜學儀器

摘要：追溯了紅外光譜儀和顯微鏡的發展過程，指出了每種技術發展的一般產品生命周期。相信通過擴展應用范圍以及加強教育工作者、研究人員、開發者和儀器制造者間的合作，光譜學儀器能夠獲得新生。

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．

    大力發展光譜學儀器對于改善我們的生存環境是必需的。科學家、教育工作者和研發人員必須善于迎接發明新技術、開發新產品并擴展其應用范圍的挑戰。光譜學儀器處在一個關鍵的階段，其發展是緩慢的，儀器都已趨向成熟，只有富有競爭力的技術才能取得成功。光譜學儀器不是孤立的，這一點同樣適用于很多傳統的分析儀器。在最近的文獻型lI，安捷倫(Palo Alto，CA)化學分析組副總裁Chirs Van lngen聲明： “時代在前進，傳統的分析儀器市場已經成熟，所以今天所銷售的大部分產品都處在被替代的位置。”現在就是賦予光譜學儀器以新的生命的時刻。

1 增長的特點

　　產品生命周期的市場理論假定所有的產品都將經歷研制、成長、成熟和淘汰四個明顯階段。這種增長方式就像自然科學的原則一樣是最基本的。產品可以是任何被出售的實物、應用、思想或服務。這個周期中的每一個階段都有各自的特點和潛在的趨勢，或是增長，或是停滯，最后將由于競爭、創新、市場轉移等原因不可避免的被淘汰。

　　一種技術，一個科學領域，一件儀器，一種應用，它們的生命周期都開始于一個概念，接著是它的研制、認可、快速發展、成熟和衰落。圖1描述了一個分析儀器在各階段常規生命周期的曲線形式。產品生命周期的范圍只是相對的，它的階段性是一個基本的原則，從一個概念到一個被認可的產品可能會經歷很長時間。例如，從Coblentz在紅外光譜方面的探索工作到第一臺商品化紅外光譜儀的出現經歷了30年的時間。一個新產品的設想就像一粒種子，沒有營養，它的生長就會停滯不前。但是，一旦有了營養，發展馬上就會開始。研發工作可能需冒一定的風險，風險來自資金、設計思想，或兩者兼而有之。發人員必須接受持反對意見者的挑戰。如果有10位專家來評價我們認為的最佳設計，他們可能會提出100個理由，來說明這個設計將會失敗。

　　研發階段是一個沮喪、刺激和令人興奮的階段。研發道路上的每一步常常就像在籠罩死亡陰影的山谷中行走一樣。當產品的失敗是一個設定的冒險活動而且不是個人化的，那這樣一個研發過程的挑戰將是非常令人興奮的。研發項目導致一個獲得認可的產品或是一種應用，是值得慶幸的事情。

　　在一個構想和一個認可的產品之間，市場是跨越障礙的橋梁。對于任何一種產品、服務、應用，都要通過市場來評價它的價值，尋找客戶和進行宣傳活動。市場要發揮效能，必須與開發過程緊密聯系。市場人員必須了解這種產品及其應用才能發現潛在的客戶并與其進行專業性的交流。

　　一種被認可的產品的快速增長需要營銷手段、不斷上升附加值以及規模化的生產。這種快速增長階段是產品生命周期中利潤最豐厚的階段。產品一旦開發成功，殘酷的競爭也就隨之開始。成功之后，產品的改進和提高就是必然的，具有競爭力的新產品會很快產生。然而對于初始研發者，由于競爭使成本升高，產品價格下降，利潤必然會降低。

　　在產品成熟期，市場占有的爭奪與產品的降價、改進、包裝和分化是相伴在一起的。產品的成熟期會維持多久?

　　在成熟期，產品的增長是緩慢的，也許會保持不變，或是螺旋式下降，或是重新增長。如果沒有采取任何舉措來刺激增長，則這一成熟的產品注定要被淘汰。對于一個特定的產品，淘汰階段是不可避免的。如果你承認這一點，你就會在投資、研發、創立品牌、尋求客戶這一系列的過程中游刃有余。

　　產品生命周期理論早在20世紀70年代就已出現。在今天的分析儀器市場里，產品的生命周期更短，而且更加有活力。然而，如果你能確定產品處于哪一個階段，你就能采用一個明智的策略。為了把產品的生命周期理論應用到分子光譜學儀器上，首先必須確定我們的產品處在哪個階段，然后才能制定出相應的策略。圖2展示了17家美國公司報道223的紅外光譜儀(IR)、傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)以及近紅外光譜儀的銷售情況(不包括化學過程儀器)，平穩的銷售狀況清楚地表明了分子光譜儀已經是一個成熟的市場。有三條路擺在這個市場的前面??保持、下降、重新增長，這取決于我們下一步采取什么行動。在這樣一個關鍵的時期，如果沒有采取一種積極的措施來促使新的增長。那么分子光譜儀就會進入到淘汰階段。

　　在此以前的一個生命周期里，IR也曾經面臨這樣一個關鍵的時期。盡管Coblentz以為早在20世紀初的幾年里，IR就已在分析中有了應用。但是直到30年代，儀器才進入研發階段。第二次世界大戰的爆發，使具有高辛烷值的燃料和合成橡膠成為戰略需要，研發人員需要借助IR來分析這些復雜的碳氫化合物，這是一個巨大的增長刺激。在戰爭結束時，商品化的IR已經可以買到。然而，直到PerkinElmer(Shelton，CT)在1951年推出了21型雙波IR^[3]，IR才被廣泛接受。隨著對FTIR的認可，在接下來的20年里，IR飛速增長并進入到復興時期。現在又是一個新的平臺期，說明FTIR已經進入成熟期。

2 紅外顯微光譜儀

　　回顧紅外顯微光譜儀的生命周期，就會看出其對IR增長產生的影響。紅外顯微光譜儀的歷史與IR的發展是平行的，技術上的障礙不僅阻礙紅外顯微光譜儀被人們接受，而且也限制了其應用。隨著技術障礙的突破，新的產品和應用又刺激了增長。

　　1949年的兩篇文獻^[4，5]闡明了采用顯微鏡采集到少量樣品高品質光譜圖的可能性。R．C．Gore在American Cyanamid (Stamford，CT)工作時，進行了顯微鏡的探索工作。圖3為該顯微鏡。采用紫外放射線來增加分辨率和對比度的全反射顯微鏡首次被Polaroid公司(Cambridge，MA)的D．S．Grey開發出來。然而當采用紫外放射線來增加分辨率的電子顯微鏡推出來時，中紅外光譜儀已經需要配備這種全反射顯微鏡了。

　　Vincent J．Coates領導的PerkinElmer工作人員開發出來了第一臺商品化的IR用顯微鏡^[6]。PerkinElmer在1953年推出85型儀器。然而這并不是一個完全革新的產品，由于配套技術沒有跟上，該產品沒有能贏得市場。并且，顯微鏡是與單波束IR配套的，而此時IR已經進入了雙波束光譜儀時代。1951年，PerkinElmer公司推出了21型雙波束IR，并立即獲得了市場的認可，成為曾開發的眾多科學儀器中最成功一種儀器。當這種儀器的市場火爆時，紅外顯微鏡的市場已萎縮到幾乎要消亡的邊緣。

　　紅外顯微光譜儀在整個60年代和70年代早期已處于停滯階段，直到V．J．Coates在1978年推出了Nanometrics(Sunnyvale，CA)20型紅外顯微鏡系統，該類產品才進入新的增長期。這種系統通過顯微鏡簡化了紅外光譜圖的采集。微處理技術被同時用于數據的采集、紅外光譜計算、數字譜圖存儲并進行數學操作。紅外顯微光譜儀開始被市場認可，新的應用也相應地得到發展。在20型IR達到最大市場容量前，它又被新的FTIR技術取代了。

　　在塑料食品包裝、故障分析、產品污染鑒定及材料分析領域里也有類似的增長報告。FTIR微探針與一個同步回旋加速器光源相連，這個加速器提供一個獨特的紅外輻射超亮源，可使直徑為幾個微米的樣品就能滿足要求。這些實例說明了新的應用的發現及其與其他技術聯合都會導致市場增長。

3 紅外顯微光譜儀的未來

　　有了過去的基礎，如果采取行動來提高技術，擴展應用，開發新的市場，紅外顯微光譜儀未來的增長是肯定的。新產品正在被開發，這一點就是繼續增長的強有力標志。采用紅外陣列檢測器可產生光譜圖像，該技術已導致了新一類紅外微探針的開發。在最近的進展中，小規模叮IR已經能通過配備商品化的光學顯微鏡而成為紅外顯微光譜儀。這些發展都可能擴展IR的市場。

　　國家健康研究中心的研究人員(Bethesda，MD)發明了對紅外光譜成像的陣列檢測技術^[7]。采用此技術Digilab和Spectral Dimensions(Olney，MD)開發出光譜成像產品。最近，PerkinElmer基于線性陣列檢測器和快速繪圖技術，開發出一種新的紅外光譜成像顯微鏡。這些成績的取得標志著產品水平已經達到光譜成像階段，而產品生命周期也已經從開發進入到認可階段，但高昂的價格限制了它的增長。因為陣列檢測器的價格計劃要降低，這將刺激光譜成像儀器未來的增長。光譜成像儀器已經在材料科學及生物科學領域里發現了新的應用^[8]。在光譜成像方面已經有一個非常大的投資，這暗示了它的未來有巨大希望。

　　大部分紅外顯微光譜儀的應用重點強調小樣品量的紅外分析，這不能滿足顯微鏡使用者的需求。顯微鏡市場要比IR市場大得多。在紅外顯微光譜儀的參與者中顯微鏡專家僅是很小的一部分。接近80％的掃描電子顯微鏡(SEM)是與元素分析用的帶有減振器的X射線光譜儀一起銷售，SEM的使用者已經認可了X射線光譜儀。直到最近，所有的FTIR顯微鏡都作為實驗室光譜儀的配件來銷售。SensIR Technologies(Danbury，CT)推出了一種FTIR光譜儀與商品化的光學顯微鏡相連接的配件(圖5)。這種發光的IR擴展了光學顯微鏡的性能，為顯微鏡專家的樣品進行化學分析提供了一種新技術。該產品有可能成為紅外顯微光譜儀用戶所青睞的產品。