物化生学科用的那些精密仪器内部是什么样的？

乔帮主

特别是化学、生物研究用的各种谱仪、干涉仪之类的仪器，内部什么样，是否是一块块电路板，然后上面焊着各种芯片电子元件之类。其实也是好奇，如果内部是各种芯片和电子元器件，它们是怎么检测各种物质的(检测原理)
原文地址：https://www.zhihu.com/question/26469065

感恩由您

看到题目就想起了我们实验室最常用到的仪器。
PCR仪，全称聚合酶链式反应仪器。 其实就是一个可以调整加热时间长短加热温度变化以及过程循环次数的加热器。实验的关键就在于做实验的人要如何设计实验，不同长度的DNA和引物加热和冷却的时间都不一样。浓度不同就意味着循环的次数不同。 嘛，这个不是检测用的仪器而是用来扩增DNA的仪器也不知道算不算跑题了_(:з」∠)_

大力水手

显微镜系列
（1）
a. Olympus IX81倒置荧光显微镜的剖面图，蓝色的是镜片，彩色的是滤光片
b. 汞灯荧光激发模块详细图
c. 绿色荧光模块（Cube）说明图


跳到Zeiss，荧光激发光路走向，荧光模块的作用就体现出来了



（2）
LSM 780 NLO:新一代高性能共聚焦显微镜 + 双光子显微镜



共聚焦光路（激发，样品，探测三点共轭）提高信噪比和精度
图片来源（共聚焦显微镜）


与此对应的是双（多）光子显微镜，即利用两（多）个长波长的光子激发荧光


多光子光路（多光子吸收和激发是非线性过程，因此需要高光子密度，一般使用高能脉冲光束）



部分激发和检测光路



这个部分的外观是这样的


里面实际的结构是这样的


各种激光的入口外观是这样的


打开是这样的，单光子基本上是光纤接入



（3）
如果想提高拍摄的速度，可以使用转盘式共聚焦显微镜 Spinning Disk Confocal Microscopy
就是利用旋转微透镜阵列，实现多点激发，多点采集，从而成倍的提高采样速度。
图片来源（ZEISS Microscopy Online Campus）



内部结构不敢拆开，安装的时候我不在蓝色是激发光束，红色和绿色是双通道采集（有钱，买不起）



转盘的细节如下图，采用是菲尼尔微镜



详细可以看一家公司的中文技术文献，翻译的一般
奥林巴斯显微镜：荧光显微镜优化和故障排除也可以直接去奥林巴斯，尼康，蔡司官网看相关材料
Olympus Microscopy Resource CenterCarl Zeiss Microscopy Online CampusNikon MicroscopyU%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
2017/6/12 SIM 结构光照明超分辨显微镜
GE  DeltaVision OMX   


激发光路 多路激光合束 进入光纤


激发光路下面是电源 控制通信等


显微镜主题


四路荧光检测成像

同花顺

第一次修改。
有同学想看电镜，我表示那不算是化学分析仪器。这样吧，下周拆开气质联用仪给大家看看。
题主想看什么仪器，基本的化学分析仪器我都可以拆给你看，反正仪器多，拆拆当维护。

清风寡欲

看到这个问题忍不住贴上来原理上最让我震惊的仪器FDTR（Frequency-domain Thermoreflectance）。这是一种用光学方法来测量薄膜导热性的技术。


简单地说，两束激光分别照射到薄膜表面（通常镀有金属以增强反射性）的同一点上。第一束pump激光经过EOM调制带上了一个周期变化的信号，在照射到样品表面时，样品的温度被周期变化的pump加热，而样品表面的温度随pump的变化周期性变化，但是这种变化是收到薄膜导热性影响的，而温度又与样品表面镀层的反射能力相关。因此，另一束probe激光照射到表面反射回来时也带有周期表面的信号，通过傅里叶变换求出两束激光的相位差就可以得到薄膜的导热性了。
如有错误，欢迎指正。
参见：Schmitt, A. J., et al., Rev. Sci. Instrum. 2009,80, 094901

卡卡

我个人对化学相关的仪器了解比较多，因此回答参考的仪器以这方面为主。
简单回答：否。
大部分仪器的生产厂商的硬件都是采用购买部件然后自行安装组合的方式。仪器中一般包括电源、电路板、检测器件和各种辅助器件。不同仪器差别比较大，但这其中占据最大空间的，通常是检测器件或辅助器件，电源和电路板占据的空间一般比较小。而且不同仪器的总体积差别可以很大，但电路相关的部件所占的体积基本差不多。这是很容易理解的。因为电源无非是要对各个部件供电，和日常所用的电源适配器是类似的。有些设备需要用到高压电，电源的尺寸比较大（比如需要X射线的仪器）。另外现在的大多数仪器都是通过数据线直接与计算机相连，因此都需要电路板来完成各种通讯的逻辑。但是你可以想象这部分的复杂程度不会比一台笔记本电脑更大，因此实际占用的体积一般也都比较小。
剩下的就是检测器件和辅助器件了。这两者是不容易区分的，但是题主提到了检测的问题，因此这里大概说一下。不同仪器的检测原理差别也极大。在大多数设备需要完成的工作中，检测只是最后一环。各种光电信号产生，携带需要检测的信息，以合适的状态进入检测器，这才是仪器最重要的部分。事实上现在的仪器检测的基本只有光电信号，因此检测器也只是检测光和电信号的。电信号的测量直接用数模转换就能得到处理，光信号则用不同的手段（不同类型的光差别很大）转换成电信号再进行处理。因为个人也不是很了解检测器，所以不再详述。化学方面仪器的结构和原理可以参考仪器分析的教材。
为了让题主有个大概的认识，下面举几个例子。首先以结构比较简单的紫外分光光度计为例，这个仪器是用来测量一个样品的吸光系数的。光源发出的光通过样品和参比之后进入检测器。其中占据体积最大的是光路，而光源和检测器其实很小。



下面是高效液相色谱，这个仪器是用来分离混合物中的各个成分的。高压泵驱动混合物流经色谱柱，然后进入检测器（比如上面提到的紫外检测器）检测。其中高压泵和柱温箱一般是占据体积最大的（这个图里柱子是放在外面的，但是现在一般用的仪器都配有一个精密控温的柱温箱，占据了很大体积。



再看质谱，这个仪器是通过让样品中的物质变成离子，然后通过一套电磁装置达到分离目的的，离子分离后进入检测器检测。其中主要体积来自是真空泵和分离器（四级杆）。


以上图片HPLC来自Wikipedia，其余两张来自仪器信息网。