质谱仪,顾名思义就是用来检测原子或者分子质量的一种科学仪器,这种仪器通俗的说就好像是体重称——称的是微观世界里的粒子的体重。但是,微观世界里发生的事情比宏观世界要复杂一些。
在宏观世界里,如果一个女生想要知道自己的体重,她可以直接站在体重秤上,就会得到她的受到的重力(其实是质量)。这里面其实是利用的是地球的万有引力,一个50千克的人会受到490牛顿的重力,所以可以通过重力的大小换算出质量来。
但是,在微观世界,因为原子或者分子的质量很小,万有引力(它的大部分产生重力)又是宇宙中最弱的力,所以人类还无法测出原子受到地球的万有引力的大小(测量误差比较大,而且不容易把微观粒子的重力换算成质量,因为这需要考虑广义相对论效应),因此,人类不能象女生称体重那样通过重力的方法来测量原子或者分子的质量,而需要另辟蹊径,这就是质谱仪的起源。
一般流行的质谱仪,其体积都很大,价格也十分昂贵,动辄需要几百万人民币才能买一台。
质谱仪的种类
徐伟老师告诉蝌蚪君,质谱仪分为很多种类,都不是利用万有引力,而是利用电磁力或者其他别的物理效应来进行质量测量的。
一般来说,质谱仪按照它的“称重方式”不同,可以分为磁质谱、四极杆、离子阱、飞行时间质谱与轨道阱等不同的种类。
磁质谱利用的是磁场对离子的拐弯效果来进行离子质量检测的,不同质量的离子的拐弯半径并不一样。这就好像在学校操场的跑道上,内圈与外圈的拐弯半径是不一样的,不同不同的跑道可以对应不同的赛跑选手。
四极杆质谱利用的是射频电场对离子的参数共振的作用来挑选出各种不同质量的离子,有点象是在荡秋千的过程中把人从秋千上振下来。
离子阱质谱的原理与四极秆是一样的,只不过离子阱可以在空间体积上做得更小一些。
飞行时间质谱是通过在同一电场中,不同质量的离子跑动速度不一样来分辨出各个不同的离子——这就好像汽车与飞机的速度是不一样的,所以我们可以从速度上分辨出汽车与飞机的质量是不同的。
轨道阱利用的原理是不同质量的离子在轨道阱的电场中振动的频率不一样,这就好像是不同摆长的单摆,通过单摆的频率不同,我们可以反推出各个不同的单摆。
在中国已经有一些大学与企业正在研究开发各种类型的质谱仪,都是一群年轻人奋战在第一线。徐伟老师的实验室主要是集中精力研究开发离子阱质谱仪。
离子阱质谱仪的内部结构是由四块相对放置的带电电极组成,就好像是一个小房子,离子在那个小房子里不断运动,其质量被测出来——有点象是一个监狱里的囚徒,不断在牢笼里跑来跑去的样子。
离子阱质谱仪示意图
离子阱质谱仪的应用范围很广。
徐伟说:“它的应用场合很多,比如医院的新生儿筛查,就可以用;比如一个地方发生了炸药爆炸,用质谱仪可以分析出这个炸药是什么种类的,是怎么合成出来的,从而确定这个炸药的来源;再比如瘦肉精的检测这些,与食品安全相关的,质谱仪都是可以做的。”
目前正在做放在空间站上的质谱仪
在上个世纪60年代,美国航天局与欧洲航天局开始把质谱仪放到了太空的卫星里用来检测太空中的各种有机物。在中国,徐伟老师也正在与中国科学院某个研究所合作放在空间站的质谱仪器。
对于放在太空中的质谱仪,蝌蚪君也是非常好奇。
蝌蚪君:“我们国家目前有把质谱仪放到卫星上吗?”
徐伟:“有一个,放在环绕月球的卫星上了,是一个磁质谱。目前我们正在合作做小型的离子阱质谱,将来也会放到空间站上去。”
蝌蚪君:“您提到的那个放到绕月卫星上质谱仪主要是用来测什么?”
徐伟:“它主要用来测氦3,这是一种核聚变的原料。月球上的氦3比较丰富,在月球表面扬起的灰尘中也有氦3,可以用质谱仪测出它的含量有多少。”
还有测神经毒气的质谱仪
徐伟教授还提到,在纽约的地铁站有测神经毒气的质谱仪,这对于反恐是很重要的设备。但目前在北京的地铁站,还没有测神经毒气一类的质谱装置,在中国的地铁安检中多数采用的是灵敏度低一些的光谱仪或者离子迁移谱的方法。
为什么质谱仪没有在地铁安检中大规模推广开来呢?原因有两个,首先是检测的时间稍长,其次是仪器整机太大,价格太昂贵。
徐伟:“如果我们能把质谱仪做成低成本与小型的,那么也许可以在各个地铁站普及这种小型质谱仪,也可以用来检测各种神经毒气以及其他的危化品。”
蝌蚪君:“你们目前做的小型质谱仪大概有多大?”
徐伟:“目前做到的重量是6公斤,体积大概比一个台式电脑的机箱小一些吧。如果质谱仪可以做得象手机那样大,那么一定会有更多人来使用它!”
研究开发质谱仪有什么困难?
虽然质谱仪用途很广用处很大,但开发出一款方便实用的仪器并非易事。徐伟老师的在读研究生郭丹给蝌蚪君介绍说,开发一款质谱仪,一般一开始是做理论研究与数值模拟,徐老师的研究组有自己开发的模拟离子在质谱仪中运动的模拟软件,通过模拟以后,再进行机械结构与电路设计,然后就是采购相关的材料进行加工与组装,最后才是进行整机性能的测试。
而整个流程中,最困难的就是中国国内的材料以及机械加工水平的制约,比如像轨道阱这样的具有不规则几何形状的电极,国内的机床还加工不出来。
徐老师也提到,他希望国家能继续加大对质谱仪这种高端科学仪器的支持,虽然目前科技部等政府部门有一些重大科学仪器开发专项的支持,但质谱仪的研究与开发还需要更长时间更大力度的支持。中国人在1970-1980年代曾经做过质谱仪,当时国家还不富裕,支持力度不够,最后整个研究队伍还是散了。所以徐老师更期待到了21世纪的今天,“做质谱仪的中国人”这支队伍能在国家的支持下不断取得进步,茁壮成长。
关于艾默生网络能源
艾默生网络能源是艾默生(纽约证券交易所股票代码:EMR)所属业务品牌,为数据中心关键基础设施、通信网络、医疗和工业设施提供保护和优化。艾默生网络能源在交直流电源和可再生能源、精密制冷、基础设施管理、嵌入式计算和电源、一体化机架和机柜、电源开关与控制,以及连接等领域为客户提供全球领先的解决方案以及专业的技术和灵活的创新。所有的解决方案在全球范围内均能得到本地的艾默生网络能源专业服务人员的全面支持。
关于 Emerson
总部位于美国密苏里州圣路易斯市的 Emerson (纽约证券交易所股票代码: EMR)是一家全球领先的公司,该公司将技术与工程相结合,为全球工业、商业及消费者市场客户提供创新性的解决方案。公司的五大业务分别为过程管理、工业自动化、网络能源、环境优化技术、及商住解决方案。公司 2015 财年的销售额达 223 亿美元。
企业文化
我们立志-敏锐预测客户面对的快速多变的商业环境, 成为全球最前沿科技和网络能源整体解决方案的唯一选择。
求索:我们任用、培养最优秀人才,不断学习,不断成长,不断挑战自我,共同投入到工作中。
互信:我们相信,与客户的关系是基于对市场的一致认识;是强调质量,保护和增值客户业务的承诺。
必胜:我们坚定不移地解决问题,为所有企业创造效益。
诚信:我们谨守行为道德,正直、诚实,尊重所有的人。
公司历史
美国艾默生电气公司于1890年在美国密苏里州圣路易斯市成立,当时是一家电机和风扇制造商。经过100多年的努力,Emerson已经由一个地区制造商成长为一个全球技术解决方案的强势集团公司。
白手起家
公司的创始人一对苏格兰兄弟,是查尔斯与亚历山大.梅斯托(Charles and Meston Alexander),看准了一种可靠电机的专利中含有巨大的商机。他们说服了约翰.书斯利.艾默生 (John Wesley Emerson)作为其主要的投资人,而艾默生氏以前曾作军官、法官和律师。之后,时称为艾默生电气制造公司。很快就开始探索这种基本未经试验的电气技术在各种家庭和商业应用中的新用途。
1892年,Emerson在美国售出了第一批电风扇,这件产品使公司很快而闻名。随着公司的发展,通过在新产品如缝纫机、牙钻、自动钢琴和电动工具上配装电机,Emerson拓展了公司的产品线。
第二次世界大战期间,Emerson作为一家美国空军供应商,成为世界上最大的飞机枪炮转塔制造商。在战后时期,公司面临的是双重的挑战,既要对其季节性很强的风扇生产线进行合理化,又要应付更大的电机制造厂家的激烈竞争。
具焦点的多元化业务
1954年,公司的新任领导人,帕森斯(W.R.Persons),直接面对了这一问题。他对Emerson的生产基地进行了更新改造和分权管理,开始了持续的多元化进程。公司迅速瞄准了高增长市场并进行了收购,使艾默生在市场中获得了有利的地位。Persons 重新肯定了生产零部件而不是终端产品的公司长期政策,并致力降低成本、改善质量和进行正式的规划。
当1973年作为首席执行官的Persons退休时,Emerson的业务规模已由1954年的2家工厂4,000多名员工发展到82家工厂31,000名员工。产品线由5个基本产品增至几百个。在这个过程中,Emerson已成为一家多元化产品公司,销售额接近10亿美元。
坚实传统上增长
1973年,在时任首席执行官查尔斯.奈特(Charles F. Knight)的领导下, Emerson发展成为一家全球性的重要企业,生产的先进技术产品用在如电信、电子、供暖、通风和空调,以及过程管理等一些市场中。奈特一上任,便扩充和改进了一套在企业管理界十分有名的专业管理程序,强调部门和公司总体的计划与以年为周期的总结会议和评审。
在1970和1980年期间,Emerson展开了一系列的重组活动和战略性收购,使得公司重新对核心业务进行了配置,使产品多样化以进入几个有前途的新领域,包括电力事业支持、计算机支持和电子业务以及过程管理。1984年,奈特发表了"最佳成本生产者"的制造战略,在质量和成本上进一步强调执行更具有全球竞争力的标准。
对增长的投资
在90年代,Emerson持续对其程序和产品技术进行了升级,显著地增加了海外销售。在奈特先生的领导下,艾默生通过推出一些扩展市场的措施和充分利用公司人力和技术资源,为其增长对自身进行了重新调整。
近期的一个增长措施包括在一些子公司中投资25亿美元,而这些子公司均把焦点集中在网络能源快速增长的市场上。这些子公司服务于飞速发展的通信业和因特网基础设施扩张的需要。2000年又增加了艾默生电信产品和艾默生能源系统两家子公司,我们在核心网络能源能力方面新增的年销售额超过10亿美元,使Emerson成为高可靠能源系统的全球领导者。在实施这一增长举措的同时,我们创造了艾默生的网络能源业务,它目前已是艾默生最大的业务品牌。
Emerson的业务品牌
Emerson业务品牌是我们以增长为目标、以关注更多的顾客和以方案为主导重新定位的结果。Emerson的每一业务品牌都包含着公司60多个部门在相类行业中的合作组合,各子公司联手提供集成方案使我们的顾客获得竞争优势。
在新纪元继续保持领导地位
在2000年10月就任首席执行官的范大为的领导下,增长继续被放在最优先的地位。Emerson正在寻求公司通过在世界发展地区中的基础扩张、快速的技术开发,以及在快速扩张市场中的投资来加速增长。在运营上,公司培养预迎冒险精神并前瞻性思维以灌输对增长的热忱,其力度可与Emerson在不断改进方面的传统承诺相比拟。
Emerson从圣路易斯市小规模的公司业务开始,现在已成长为一家集科技与技术于一身的全球领导者,为遍布全世界的客户竭诚服务。
荣誉榜
艾默生网络能源赢得了各个行业观点塑造者和意见领袖的信赖和认可。为客户创造卓越价值,这是我们对客户的承诺,每个荣誉的获得都是对我们信守承诺的肯定,我们为此感到自豪。
2013
2011
2010
InformationWeek 500强
2010年9月 — 艾默生在《InformationWeek》的美国年度信息技术创新应用500强名单中位列第104。
2009
Newsweek 绿色名单
2009年9月 — 艾默生在Newsweek的独家美国500强企业环境排名中位列第129。
财富500强
2009年4月——在以收入评选的《财富500强》名单中,艾默生从第111位上升为第94位。艾默生同时也被《财富500强》列为最大的电子和电力设备生产商。
财富全球最受尊敬的公司
2009年3月——全球最受尊敬的公司评选中,艾默生连续两年入选,在电气设备类别中的排名从第三名上升为第二名。排名反映了375个投资管理公司中675名投资者分析师和投资经理的观点。
年度SearchDataCenter.com产品
2009年2月——艾默生网络能源Knurr quick-ship机架,在SearchDataCenter.com的2008年度产品评选中荣获铜奖。
Uptime 组织2009全球绿色100强,褒奖在IT能源效率中的企业领导地位
2009年2月——2009全球绿色100强,褒奖其在IT能源效率中的企业领导地位。该名单遴选的企业显示了在减少能源消耗和碳排放方面的承诺和成就。
2008
福布斯美国大企业400强
2008年7月——在以收入评选的全球500强企业中,艾默生位列第375。
财富全球500强
2009年9月 — 艾默生在Newsweek的独家美国500强企业环境排名中位列第129。
eg3 技术选择奖
2008年6月——艾默生网络能源的CentellisTM 500——可全面部署、经过测试和验证的MicroTCATM系统在eg3.com的MicroTCA类别中荣获编辑和读者选择奖
《电子设计师》杂志的电子设计最佳100雇主
2008年6月——艾默生在《电子设计师》杂志的电子设计最佳100雇主评选中位列第15.该杂志在当今的工程领域具有极大的影响力。
Barron500
2008年5月——在该杂志美国和加拿大最大上市公司最新评选中(基于销售额和现金流),艾默生上升为地24位。
ACHR Dealer设计奖
2008年7月——艾默生网络能源凭借其卓越的产品设计,荣获《空调制热和冷却新闻》(ACHRN)颁发的殊荣。该杂志是制热、通风、空气调节和制冷领域领先的行业杂志。Liebert DS上送风配置,在第五届Dealer 设计奖评选活动中荣获HVAC商用设备类目中的最高奖金奖。
2007
AdvancedTCA 高峰会最佳展览奖
2007年10月——艾默生网络能源的CentellisTM 2000 AdvancedTCA ®通信服务器在第三届AdvancedTCA峰会上获得基础设施产品展最佳奖。该会议与2007年10月16日-18日在加利福尼亚的Santa Clara召开。
TechTarget的2006年度SearchDataCenter.com产品奖
2007年3月——艾默生网络能源旗下Liebert的三款产品荣获TechTarget的2006年度SearchDataCenter.com产品奖。在后备电源类目中,Liebert FPC荣获银奖,Liebert FS荣获铜奖;在数据中心制冷类目中,Liebert XDH荣获铜奖。
2006
渠道选择金奖
2006年11月——2006年11月,艾默生网络能源被授予计算机产品和流通的“渠道选择金奖”。
2006年最受信任的IT产品
2006年10月——2006年10月艾默生的小UPS被授予中小企业采购“2006年最受信任的IT产品”奖。
福布斯全球2000强
2006年4月——艾默生在以销售额、利润、资产和市值为基础评估的全球2000强中位列第273。
财富500
2006年4月——艾默生目前去以收入评选的美国500强企业中位列第126。
荣誉榜
艾默生网络能源赢得了各个行业观点塑造者和意见领袖的信赖和认可。为客户创造卓越价值,这是我们对客户的承诺,每个荣誉的获得都是对我们信守承诺的肯定,我们为此感到自豪。
2013
InformationWeek 500强
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Newsweek 绿色名单 2009年9月 — 艾默生在Newsweek的独家美国500强企业环境排名中位列第129。
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财富500强 2009年4月——在以收入评选的《财富500强》名单中,艾默生从第111位上升为第94位。艾默生同时也被《财富500强》列为最大的电子和电力设备生产商。
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财富全球最受尊敬的公司 2009年3月——全球最受尊敬的公司评选中,艾默生连续两年入选,在电气设备类别中的排名从第三名上升为第二名。排名反映了375个投资管理公司中675名投资者分析师和投资经理的观点。
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年度SearchDataCenter.com产品 2009年2月——艾默生网络能源Knurr quick-ship机架,在SearchDataCenter.com的2008年度产品评选中荣获铜奖。
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Uptime 组织2009全球绿色100强,褒奖在IT能源效率中的企业领导地位 2009年2月——2009全球绿色100强,褒奖其在IT能源效率中的企业领导地位。该名单遴选的企业显示了在减少能源消耗和碳排放方面的承诺和成就。
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福布斯美国大企业400强 2008年7月——在以收入评选的全球500强企业中,艾默生位列第375。 |
财富全球500强 2009年9月 — 艾默生在Newsweek的独家美国500强企业环境排名中位列第129。
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eg3 技术选择奖 |
《电子设计师》杂志的电子设计最佳100雇主 2008年6月——艾默生在《电子设计师》杂志的电子设计最佳100雇主评选中位列第15.该杂志在当今的工程领域具有极大的影响力。 |
Barron500 2008年5月——在该杂志美国和加拿大最大上市公司最新评选中(基于销售额和现金流),艾默生上升为地24位。 |
ACHR Dealer设计奖 2008年7月——艾默生网络能源凭借其卓越的产品设计,荣获《空调制热和冷却新闻》(ACHRN)颁发的殊荣。该杂志是制热、通风、空气调节和制冷领域领先的行业杂志。Liebert DS上送风配置,在第五届Dealer 设计奖评选活动中荣获HVAC商用设备类目中的最高奖金奖。 |
AdvancedTCA 高峰会最佳展览奖 2007年10月——艾默生网络能源的CentellisTM 2000 AdvancedTCA ®通信服务器在第三届AdvancedTCA峰会上获得基础设施产品展最佳奖。该会议与2007年10月16日-18日在加利福尼亚的Santa Clara召开。 |
TechTarget的2006年度SearchDataCenter.com产品奖 2007年3月——艾默生网络能源旗下Liebert的三款产品荣获TechTarget的2006年度SearchDataCenter.com产品奖。在后备电源类目中,Liebert FPC荣获银奖,Liebert FS荣获铜奖;在数据中心制冷类目中,Liebert XDH荣获铜奖。
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渠道选择金奖 2006年11月——2006年11月,艾默生网络能源被授予计算机产品和流通的“渠道选择金奖”。 |
2006年最受信任的IT产品 2006年10月——2006年10月艾默生的小UPS被授予中小企业采购“2006年最受信任的IT产品”奖。 |
福布斯全球2000强 2006年4月——艾默生在以销售额、利润、资产和市值为基础评估的全球2000强中位列第273。 |
财富500 2006年4月——艾默生目前去以收入评选的美国500强企业中位列第126。 |