自主的科学。汽车工业的发展如何预测色谱应用的未来

作者:Moritz Kneipp,生命科学、诊断与分析大客户经理

你开着车行驶在繁忙的高速公路上,却很轻松地听着自己喜欢的歌。可是,当今时代什么叫“驾驶”?车钥匙还在你兜里,只要你走近车门自动打开;按下按钮引擎自动启动,车灯自动亮起,车内空调控制系统为你营造舒适的环境,半路下起小雨雨刷自动打开。车子时不时提醒你半年后要进行的服务,方向盘轻轻震动提醒你变道时打开指示灯,紧急制动助手会在事故前最后一秒跳出来保护你以及车外的人免受伤害。

我们是怎么走到今天的?1885年汽车发明后的数年间,司机必须知道柴油发动机和汽油发动机的区别、监测温度以及冷却剂和汽油的液位、根据里程表判断传动带寿命、以及换挡时调整发动机转速。传感器技术、安全性能和自动化水平的突飞猛进使驾驶成为人类的第二天性,我们与车的技术性互动变成仅限于预定汽车服务。车会自我检查,车主相信车能够满足自己的期待:车把人送到目的地,有时甚至不需要人操作。

历史重现

色谱分析应用也在经历类似的变革。由于智能系统、机器学习和不断增加的数据,自动化操作、减少意外故障时间以及预测检修安排得以不断创新,从而使客户群体不断扩大至各个行业,而不仅为受过专业训练的科学家。和汽车一样,这些变革的动力也部分来自传感器技术的快速进步(如:可在线测量低至每分钟单纳升的液体流速)。

工艺科学

早期迭代的色谱分析系统需要操作人员——通常是高科技研究机构中训练有素的科学家——手动为每一场实验准备所需样品。尽管分析程序或过程可能短至几分钟甚至几秒钟,但样品制备步骤一般需要数小时才能完成。制备过程依据待测化合物而定,可能包括称重、过滤、蒸发、液-液萃取和均化。人工操作还不仅限于此。每一个费心准备的样品都需在合适的时间逐一装至系统,整个过程中操作人员必须保持专注于系统。即使实验结束后,操作人员还需继续对实验结果进行大量数字运算。因此,实验优化和自动化的空间是巨大的。

新型尖端技术

目前的系统自动化水平大大提高,可实现从样品制备到数据分析和可视化的全流程整合。自动化系统的设计各不相同,从复制和模仿人工方法的系统到完成部分样品制备工作的封闭系统(如台式系统),应有尽有。后者可最大程度地使特定过程实现自动化,而前者则具有更高的灵活性。模仿标准人工操作过程的机器人系统经过调整即可采用类似的自动化方式完成另一流程的不同步骤。当然,自动化程度提高的一大核心动力是为了减少成本和人力,而传感器技术的进步有助于实现操作流程在线监测和优化,从而在提高工作效率和可重复性的同时保证安全和稳定。

多功能用途

不过,这还只是开始。色谱分析过程和分析仪器的实验结果通常具有高价值,因此其成功的可能性只增不减。目前感兴趣的领域包括食品与饮料行业,其测试结果关乎我们的营养安全。由于对食品生产过程实现高度优化和高产的需求越来越高,每一批生产所服务的消费者人数也会越来越多。因此,生产过程的安全与稳定决定着消费者的健康和安全。医药制品的作用在于帮助和治愈(通常情况下)免疫系统受损的病患。对这些患者而言,受控生产过程的安全、保障和可靠度至关重要。使用分析仪器和制定操作流程已经是出于安全考量,现在随着更复杂的新型治疗方法出现,人们进一步希望操作流程能与生产过程高效无缝衔接。以进入开发阶段的疫苗为例,色谱分析系统可用于识别抵御不同疾病的特定抗体,从而加速特定化合物生产,使具有潜在生命威胁的流行病传播得到控制。色谱分析法和分析系统也可用于法医领域的线索搜集,帮助破解刑事案件。不论天然药物、合成药物和毒物样本,还是火灾爆炸残骸都能分析。另外还能通过分析涂料和色素分子找到环境与人迹之间的关联,以及识别食品欺诈、假酒和掺假香水的蛛丝马迹。

幕后英雄

随着色谱分析系统在工业和研究领域逐渐普及,围绕实际分析自动稳定完成工作流程的的需求将不断增加,其发展速度也会越来越快。这些发展大多离不开智能传感器解决方案。在这方面,Sensirion是生命科学、诊断和分析应用的重要合作伙伴。Sensirion提供的传感器解决方案能够在无数应用中实现配发验证、过程控制和优化以及故障模式检测。无论应用是否需要监测温湿度、二氧化碳浓度或颗粒物等环境因素,或精确测量和控制液体气体流量,经完全校准的Sensirion数字传感器都能为操作和工作流程自动化和控制提供优质可靠保障。

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