美利体育登录入口官网:布鲁克专访 微量样品与痕量气体的红外分析
——EMILIE与MIRO MGA的技术特点及多领域应用
从空气中的超细气溶胶颗粒、纳米塑料，到少量蛋白质样品和气体中的痕量组分，越来越多的研究需要在样品量有限或浓度变化微弱时，获得可靠的化学信息。红外光谱如何帮助研究人员解决这些问题？
在西安举行的第12届国际气溶胶大会（IAC 2026）期间，布鲁克携手Invisible-Light Labs展示了EMILIE纳米机电傅里叶变换红外光谱附件和MIRO MGA系列多组分气体美利体育登录入口官网。美利体育登录入口官网采访了Invisible-Light Labs联合创始人兼首席产品官Niklas Luhmann博士，以及布鲁克光谱相关产品负责人赵腾飞工程师，了解两款产品在环境、材料、生命科学及工业领域的应用。
布鲁克光谱赵腾飞工程师（左）与Invisible-Light Labs的Niklas Luhmann博士（右）
EMILIE的微量样品红外分析
EMILIE由奥地利维也纳工业大学衍生企业Invisible-Light Labs研发，面向气溶胶、纳米塑料以及其他样品量有限的分析任务。可以直接接入具备步进扫描功能的INVENIO、VERTEX系列科研级傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）配套，为用户提供完整的分析方案。
安装在布鲁克FTIR光谱仪样品仓中的EMILIE
在同一枚芯片上完成采样与美利体育登录入口官网
Niklas介绍，EMILIE的核心是一枚纳米机电系统（NEMS）谐振器芯片。样品沉积在芯片薄膜上，吸收红外光后产生微小的温升，进而改变薄膜的振动频率。系统记录这一变化，获得样品的红外吸收信息，用于识别化学特征和开展定量分析。
芯片同时承担样品载体和传感器的作用。气溶胶可以直接采集到芯片上，采样结束后将整枚芯片放入EMILIE美利体育登录入口官网。省去中间的样品转移步骤，有助于减少样品损失与污染，也简化了微量样品的分析流程。
气溶胶采样与分析流程? 颗粒采集到芯片后，将芯片转入EMILIE进行红外分析
气溶胶研究? 获取超细颗粒的化学组成
超细颗粒的数量可能很多，但总质量往往有限，因此收集足够的样品并获取化学信息并不容易。EMILIE配合相应采样组件，可将约10 nm至3.2 μm的颗粒直接收集到芯片上，获得这些颗粒样品的整体化学信息。配合粒径分级美利体育官网首页网址，还可以比较不同粒径组分的化学特征。
通过红外光谱，研究人员可以观察有机官能团、硫酸盐等组分的特征吸收；结合参考光谱、校准和数据处理，还可开展相关组分的定量分析。这些信息可用于研究颗粒物的来源、化学转化及其随环境条件变化研究。
例如，在厂家公布的维也纳城市气溶胶实验中，研究人员针对不同粒径切割条件采样20至30分钟，便可获得有机和无机组分的红外特征。具体采样时间取决于颗粒浓度、采样效率和目标组分含量。由于红外光谱表征无损的特点，芯片通过EMILIE获取官能团信息后可直接用于扫描电子显微镜及能谱分析（SEM/EDX），补充颗粒形貌和元素信息。
纳米塑料与材料研究? 识别少量样品的化学特征
纳米塑料是EMILIE的重要应用方向之一。空气中的颗粒可通过气溶胶采样组件收集；液体分散样品则可取少量滴加到芯片上，干燥后进行分析。红外光谱中的特征峰可以为聚合物类型识别及化学变化研究提供依据。
在纳米塑料应用实例中，研究人员已从1 ng的聚苯乙烯或聚丙烯标准样品中获得可识别的红外光谱。对于复杂环境样品，还需结合样品分离、背景处理和适当的校准方法进行分析。
液体样品可少量滴加到芯片上，干燥后美利体育登录入口官网? 图示为20 nL滴加示例
生命科学与药物研究? 利用有限的样品获取光谱信息
在蛋白质、寡核苷酸和纳米药物等研究中，可供测试的样品有时十分有限。EMILIE能够对纳克级样品开展红外表征，为研究人员提供官能团和分子结构相关信息。
以已验证的干燥蛋白质测试为例，牛血清白蛋白和泛素的酰胺Ⅰ带检出限分别约为208 pg和167 pg。这些数值对应具体样品与特征峰；获取完整光谱或进行定量分析所需的样品量，还需结合研究目标确定。液体样品经干燥后测量，有助于降低水对酰胺特征带的干扰。
谈及与布鲁克的合作，Niklas回忆，早期研发时，团队使用布鲁克FTIR顺利完成了系统连接并成功记录光谱。“那是我记录的第一张光谱，当时我们就觉得这个方向非常有前景。”如今，EMILIE可安装于相应FTIR的样品仓，并通过配套软件完成光谱采集与处理。
MIRO MGA的多组分气体高频同步分析
MGA系列采用量子级联激光吸收光谱技术（QCLAS）。不同气体在中红外波段具有各自的吸收特征，仪器利用激光扫描相关吸收谱线，再通过光谱拟合计算浓度。通过集成多个激光通道，单台仪器可按配置同步测量多达10种气体。
MIRO MGA10-GP多组分气体美利体育登录入口官网
赵腾飞介绍，用户可根据研究需求选择CO2、CH4、C2H6、N2O、CO、NH3、NO、NO2、OCS、SO2、HONO、HCHO等气体组合，具体取决于机型与光学配置。最高10 Hz的测量频率意味着每秒可输出10组数据，适合记录快速变化的气体浓度。
精度需要结合气体种类和平均时间理解。以公开的1秒平均性能示例为例，CH4、N2O和NO2的测量精度分别为0.3、0.06和0.4 ppb，CO2为200 ppb。各组分在10 Hz下的性能，以对应配置的技术参数为准。
车载与机载观测? 捕捉移动过程中的浓度变化
车辆和飞机在移动中会快速经过不同排放源，多组分、高时间分辨率的数据有助于捕捉短时浓度变化。MGA结构紧凑，可集成到车载或机载观测平台中；结合定位、气象和其他观测数据，可用于分析排放热点、污染羽流及气体的空间分布。
在荷兰农业排放机载观测研究中，研究人员将经过机载适配的MGA与高频气象测量系统配合使用，获取10 Hz的N2O和CH4数据，开展区域尺度的通量观测。该案例也体现了气体美利体育登录入口官网与采样、校准及气象测量系统协同工作的价值。
生态与城市通量观测? 研究气体交换及排放来源
通量观测关注的是单位时间、单位面积内，地表与大气之间交换了多少气体。涡度协方差方法将高频气体浓度与垂直风速数据结合，用于计算这种交换。MGA可为多组分通量系统提供浓度数据，支持森林、湿地、农田和城市等场景的研究。
在苏黎世城市高塔研究中，研究团队使用MGA开展多组分观测，获得了连续8个月的CO2、CO、NOx、CH4和N2O通量数据。将这些数据与排放清单、气象和通量足迹分析结合，可以研究道路交通、固定燃烧和生物活动等来源的贡献，为城市排放评估提供依据。
对于生态研究，多组分观测有助于在关注CO2交换的同时，纳入CH4、N2O、COS、NOx等气体，了解同一生态系统中不同气体的排放或吸收过程。通量系统的设计仍需结合目标气体、采样管路和现场条件，以保证相应的时间响应与数据质量。
农业氮循环? 评估施肥管理的综合影响
农田中的氮会参与多种转化过程，并可通过N2O、NH3、氮氧化物排放及淋失等途径损失。评估一种管理措施时，既要关注N2O是否减少，也要观察其他氮损失途径和作物产量是否发生变化。
MGA可根据配置同步测量多种含氮气体，并与气室、梯度或涡度协方差系统配合。将气体数据与土壤性质、作物吸收和气象信息结合，有助于分析氮损失特征，检验施肥和农田管理措施的效果。
由奥胡斯大学等机构参与的丹麦SmartField项目，正通过长期田间观测和模型研究评估农业减排措施。MGA用于其中的多组分气体观测。项目目标是在不降低产量、不增加其他氮排放负担的前提下，推动丹麦农业N2O排放减少20%至30%。
工业应用? 关注洁净环境与气体品质
在半导体制造领域，洁净环境中的痕量分子污染也是关注重点。MGA可按目标组分配置，用于监测洁净室空气中的NH3、NO2、SO2等气体。对于高纯气体中的杂质分析，则需结合气体基体、杂质限值及校准条件，选择并验证适合的配置。
碳捕集、利用与封存（CCUS）同样需要关注气体品质。捕集得到的CO2中可能含有水、含硫或含氮杂质，在特定工况下会带来腐蚀等问题，因此需要在运输和封存前进行美利体育登录入口官网。MIRO已公布纯CO2基体中SO2、NO和NO2的验证数据，为相关气体品质控制提供了应用依据。
以应用验证推动技术落地
Niklas在采访中谈到，中国用户对新技术的兴趣让团队印象深刻。“我很高兴能看到这种好奇心与对新事物的接纳意愿，这让我们很受鼓舞。”
赵腾飞表示，布鲁克将通过样机测试、应用交流以及国内外技术团队的协作，帮助用户评估产品适用性，并围绕采样方式、仪器配置和数据分析提供支持。对于微量样品和痕量气体分析，明确目标组分、样品条件和所需时间分辨率，是建立有效测量方案的起点。
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