迷你激光助力实时质量控制

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(科学家们很快就可以实时追踪化学反应的过程。图示一个量子级联激光使之成为可能，其可以记录1,000 spectra/秒,图片来源：Fraunhofer IAF)

良好的质量和精度是至关重要的，这条格言同样适用于制药和化工行业的产品。然而，化学产品的质量往往还在通过手动进行监控，这个基于激光的系统可以在将来接管这一任务，并可以连续进行实时监测。

对于制药工业，食品生产或工业制造：新产品不断被推向市场，产品具有改善的活性成分，以及更少的负副作用。在开发材料化合物的其中重要一点是，如丸剂或胶囊剂：它们的质量必须是完美的。为了验证化学反应是根据所需要的进行的，样品需要被从反应容器拿出，并在实验室中进行检查，应用色谱或光谱分析。过程昂贵而繁琐，然而也仅仅允许基于随机的抽样调查。

连续实时分析

现在，这个过程将可能很快被简化成一种新的红外激光，这种激光由来自弗莱堡的弗劳恩霍夫固体物理研究所（IAF）和Dresden的光子微系统（IPMS）的研究人员们所开发。 “我们的量子级联激光器可以使用一种新的光谱，IAF的项目经理Ralf Ostendorf博士解释说。 “化学反应的过程，例如新药开发的过程，将可能很快可以进行实时连续监控，而不是分析随机样本，就像现在已完成的监控过程。”其关键原理如下：激光打出红外光到反应容器中。该物质包含吸收光的一部分；其余的散射回来并通过检测器进行分析。每一种物质“吞下”的光在不同的特定波长。其结果是，根据可以精确地确定每种物质的吸收光谱，有些类似基于指纹而识别一个人。用这种光谱仪，很快就会有可能精确地确定反应物料在反应容器中的浓度，以及已经转化为最终产品的数量，在反应过程中，及在任何时间点。

每秒千谱

为了实现这一点，激光需要满足几个要求：所发射的激光应该仅由一个特定波长组成，此外，必须可以在一个较宽的光谱范围内调节。因此，激光光束最初具有短的波长，然后逐渐增大到一个指定的值，在程序重新从头开始之前。然后，检测器确定每个波长，多少光被散射回到由各自的样品。更进一步的挑战是：转换激光的发射波长的过程必须尽可能快。到现在为止，该激光的每波长需要几秒钟就可以调整，并确定被分析的化学反应的实际状态。来自Fraunhofer IPMS的研究人员，现在可以提高这个速度1000倍，是通过将微机械扫描镜实现。原来是每秒一频谱，他们现在成功记录下每秒1000频谱。

只比火柴盒大一点

这个激光只比火柴盒大一点点。因此，它不仅适用于医药和化学工业中使用，也有利于用在其他应用上。可以想象一下未来，例如，其可能做成一个手持设备，让警务人员或海关官员快速而方便地检查可疑物品。我们究竟是在运送微不足道的，像面粉或无害的粉末，抑或是非法药物？要回答这个问题，工作人员只需将激光束对准这个物质。探测器分析记录的光谱，而其附带的软件会对比光谱数据，只需几秒钟，工作人员就会调查清这是什么物质。

目前他们已经完成了量子级联激光器的实验演示模型。来自两个弗劳恩霍夫研究所的研究人员，目标是在2015年底前开发出激光器的原型。在慕尼黑6月22日到25日的“光子学激光世界”交易会上，科学家们将展示这个新的红外激光，并且将展示其在光谱上的应用潜力。