计量科学与技术

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2023 年 4 期目录

2023, 67(4): 1-2.

摘要(100)

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PDF(38)

摘要:

太赫兹干涉仪测量太赫兹波长及溯源研究

邓玉强, 郭树恒, 孙青, 李超辰

2023, 67(4): 3-10. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0084

摘要(466)

HTML (248)

PDF(57)

摘要:
频率是太赫兹辐射的关键参数，太赫兹频率测量和溯源是太赫兹技术研究和应用的关键。为实现太赫兹激光波长的准确测量和量值溯源，研制了太赫兹干涉仪对太赫兹辐射源波长和频率进行测量。搭建了法布里—珀罗干涉仪和迈克尔逊干涉仪测量太赫兹辐射源的波长和频率，对返波管振荡器太赫兹辐射源和太赫兹倍频器分别进行了波长测量。提出采用高阻硅片作为太赫兹分束器，不仅结构简单，而且实现了宽频段范围的波长和频率测量。使用单个硅片作为分束器，实现了90～800 GHz宽频段范围内太赫兹辐射源的测量并获得了理想的测量结果。通过对测量的太赫兹干涉作Fourier变换，获得太赫兹频率信息。采用太赫兹频率梳对两种太赫兹干涉仪在100 GHz和300 GHz频率进行了标定校准，实现了太赫兹干涉仪对太赫兹辐射波长的准确测量和结果校正，从而实现了太赫兹干涉仪测量结果量值溯源至国际单位制，并对测量结果进行了不确定度分析。太赫兹干涉法测量波长结构简单，使用方便，将在太赫兹波长测量中获得广泛应用。

能量天平高灵敏度力传感装置研究

王越, 白洋, 李正坤

2023, 67(4): 11-17. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0288

摘要(429)

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PDF(46)

摘要:
高灵敏度力值测量是能量天平实现高精度千克复现研究的关键，现有横梁天平测力法与商用质量比较器测力在能量天平力值测量中会引入额外误差项。针对该问题，提出了一种基于多柔性铰链的高灵敏度力传感装置设计方法，该方法通过多柔性铰链实现力值与机构形变间的转换，然后利用激光干涉仪测量机构形变，实现高灵敏度力值测量，通过理论与有限元仿真分析对装置灵敏度和模态进行了仿真分析，该设计方法可实现灵敏度达8.13 N/m的力值传感。此项研究对下一代能量天平设计与千克复现研究有重要意义。

大尺寸计量中双光梳绝对测距方法的研究进展

刘洋, 李建双, 赫明钊, 曹士英, 缪东晶, 谢志奇

2023, 67(4): 18-27. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0245

摘要(917)

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PDF(167)

摘要:
大尺寸计量中广泛采用增量式激光干涉仪作为量值传递的计量标准，在测量过程中易发生断光影响，严重限制测量灵活性。近年来，以飞秒光学频率梳为光源的高精度绝对测距方法得到了迅猛发展，特别是双光梳异步光学采样绝对测距方法，利用具有微弱重频差的两台飞秒光学频率梳能够实现大量程、高精度和高更新率的绝对距离测量。以大尺寸激光绝对测距和飞秒光学频率梳绝对测距为切入点，详细综述了现阶段大尺寸双光梳绝对测距的研究进展；针对大尺寸计量场景分析了双光梳绝对测距现存的瓶颈，并对此开展了双光梳光源搭建与优化、测距精度优化、测距系统设计和测距性能验证等深入研究，最后对双光梳绝对测距在大尺寸计量中未来的应用方向提出了展望。

基于单颗粒计数的蛋白质定量方法研究进展

张馨艺, 米薇, 胡志上

2023, 67(4): 28-36. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0093

摘要(517)

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PDF(38)

摘要:
蛋白质是执行功能的重要的生物大分子，蛋白质类生物标志物的鉴别与定量和复杂基质中目标蛋白准确含量的测定对疾病的预防、诊断及治疗有重要意义。伴随着生命科学的不断发展，科学家开发出许多种蛋白质定量方法，较为常见的有紫外可见分光光度法、酶联免疫吸附法及基于质谱的定量方法。但是对于高分子量蛋白质，尤其是分子量在200 kDa以上的蛋白质，由于其结构复杂及分子量巨大，导致前处理复杂或反应不专一、不完全，造成定量结果不准确。单颗粒计数法是通过对溶液中粒子逐一计数实现定量，相比于传统定量方法，单颗粒计数法具有灵敏度高、区分度好、外界因素干扰少的特点，加之此类方法样品处理简单，属于非破坏性的分析，适合对高分子量蛋白质进行完整结构水平的定量。总结了蛋白质定量方法，重点关注基于单颗粒计数的3种典型技术，包括单颗粒电感耦合等离子体质谱法（SP-ICP-MS）、单分子阵列技术（Simoa）和电喷雾-差分电迁移率-凝结核颗粒计数法（ES-DMA-CPC），系统阐述了这几种方法的工作原理及在蛋白质定量中的应用，并对未来该领域的发展进行了展望。

金属有机框架材料在肿瘤标志物筛查中的研究进展

路欣, 胡亚琳, 屈子裕, 沈丽悦, 董嘉晖, 谢洁, 彭涛

2023, 67(4): 37-45, 10. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0287

摘要(571)

HTML (340)

PDF(48)

摘要:
癌症隐匿性强、发展速度快的特点，给患者疾病治疗造成极大的影响。检测癌症发生与发展中产生的肿瘤标志物对癌症早期诊断、改善预后及降低癌症死亡率具有重大的临床意义。但是，肿瘤标志物的特异度和敏感度不足，单一的肿瘤标志物检测导致误诊或漏诊的可能性增加，也无法提供对特定肿瘤类型的鉴别诊断；肿瘤标志物的检测方法较为复杂，耗时长、成本高，限制了其在临床中的应用。此外，通常人体中肿瘤标志物的含量较低、基质成分复杂，对检测技术的灵敏度和准确度提出了挑战。近年来，金属有机框架（MOFs）材料凭借其独特且优异的物理化学性能，在生物传感器的开发与肿瘤标志物的检测中得到广泛应用。简要综述了MOFs材料的结构、命名方法和功能，并对比了每类MOFs材料的固有特性、优缺点，以及在肿瘤标志物筛查中的应用研究进展，梳理总结了目前存在的问题并提出发展建议，以期为肿瘤标志物的高灵敏新型检测方法开发提供参考。

纤维素材料分子量测量方法研究进展

周彦, 祁欣, 王梅玲, 张艾蕊, 任丹华, 王向楠, 王海

2023, 67(4): 46-56. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0285

摘要(686)

HTML (310)

PDF(85)

摘要:
纤维素是地球上储量最大的天然高分子，具有可再生、可完全生物降解、生物相容等诸多优异性质，在生产生活中有着广泛应用。分子量参数是影响纤维素材料力学性能、流变性能和结晶行为等各种性质的关键参数，对其进行准确测量对于纤维素材料的设计、加工和应用具有重要意义。概述了纤维素材料结构特点，介绍了分子量参数对纤维素材料性能的影响，总结了现有的纤维素材料分子量参数测量方法的原理及发展现状，重点介绍了基于新型溶剂体系的先进测量方法，并对纤维素通用化、标准化测量方法的建立提出了展望。

细胞密度对抗癌药药效评估准确性的研究

薛志超, 赵佳威, 李永淑, 曾嘉明, 龚晓云

2023, 67(4): 57-62, 56. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0272

摘要(723)

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PDF(47)

摘要:
使用贴壁细胞进行试验时，细胞接种密度的大小直接关系到细胞贴壁后的密度，是影响后续生物学实验准确性的关键因素。将贴壁Hela细胞系作为研究对象，使用体外实验中常用的3000个细胞/孔和4000个细胞/孔两个密度对细胞进行接种，对比两组细胞接种密度的接种后面积差异、接种后生长速率差异以及对传统化疗药与新型靶向药的药物实验结果差异。结果显示，接种密度为3000个细胞/孔和4000个细胞/孔，两组细胞占每孔底面积有显著统计学差异（P < 0.05）；4000个细胞/孔时细胞生长速率高于3000个细胞/孔。在使用传统化疗药顺铂时，接种密度为3000个细胞/孔及4000个细胞/孔时，第1天、第3天、第5天的药物抑制率无差异，但在使用细胞周期抑制剂帕博西尼时，第1天、第3天、第5天的药物抑制率均有显著差异。因此，细胞的起始接种密度对部分特殊药物的评估存在重要影响。

不同聚合物基质的LA-ICP-MS剥蚀行为探究

高天恒, 任同祥

2023, 67(4): 63-69. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0105

摘要(393)

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PDF(28)

摘要:
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法（LA-ICP-MS）是一种新型的固体分析技术，目前已广泛应用于地质、冶金、生物、环境等诸多领域。然而对聚合物样品的LA-ICP-MS定量分析中，存在由剥蚀行为差异引起的严重基质效应，从而导致灵敏度差异，最终对准确测量产生重大阻碍，目前关于该类样品剥蚀行为的研究尚为空白。选取了已知Pb、Cd和Cr元素浓度的四种聚合物样品，采用拓展景深显微成像技术研究193 nm及213 nm波长、2.5～15 J·cm⁻²能量密度等激光条件下剥蚀坑形貌的差异，以及其对信号稳定性及灵敏度的影响。结果显示，193 nm激光的剥蚀行为优于213 nm激光，并且在聚合物样品的激光剥蚀过程中至少存在溅射损失、剥蚀机制损失及絮凝沉降损失三类产生基质效应差异的机制，最终造成元素相关的灵敏度差异。综上，应通过控制能量密度，选用短波长激光来改善剥蚀行为，从而获得更好的分析准确度，并且在选择基质匹配的标准样品时，如热导率等影响剥蚀行为的性质也应纳入考量。相应标准物质及剥蚀行为的研究，应为该领域的研究重点，从而提高测定结果准确度，推动此领域应用的发展。

等效源反射系数及其在线测量方法研究

陈硕, 袁文泽, 贾超, 赵巍, 崔孝海

2023, 67(4): 70-76. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0100

摘要(379)

HTML (199)

PDF(35)

摘要:
为解决器件不可拆分导致的等效源反射系数无法测量问题，提出了一种基于纹波法原理的等效源反射系数在线测量方法。该方法不需要多根匹配/失配空气线或更复杂的测量器件，仅采用一根匹配空气线和一个失配功率座就能够实现宽频带等效源反射系数在线测量，具有简单高效的优点。推导了稳幅情况下源反射系数和利用功率传递标准时等效源反射系数的表达式，并从失配因子的角度解释了源反射系数中“等效”的含义；分析了失配对于功率比值测量结果的影响，并通过失配因子获得等效源反射系数的在线测量方法。在1~18GHz频段内，以商用功率传递标准作为测试对象对在线测量方法进行了实验验证。结果表明，测量值满足预期指标且符合整体变化趋势，有力验证了该方法的可行性，为开展更宽频带的等效源反射系数在线测量方法研究提供了参考。

集成电路高精度晶圆测温技术研究

王光耀, 孙建平, 李婷, 汪洪军, 李嘉豪, 陈泽川, 高传吉

2023, 67(4): 77-82, 27. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0263

摘要(1016)

HTML (1358)

PDF(212)

摘要:
集成电路从硅片制造、电路设计、晶圆加工、封装直到出厂存在近千道工艺，温度始终贯穿其中，温度的精密测量已成为不可或缺的关键技术。针对我国“缺芯少魂”的芯片产业发展困境及集成电路领域对于精密测温的迫切需求，展开传感器选型、长期稳定性考察及标定方法研究，发展多通道高精度测温电路技术，形成测温晶圆标定方法，研制了一套33路有线高精度晶圆温度测量系统。测试结果表明，NTC热敏电阻温度计能够满足高精度晶圆测温需求；拟合温度点的选取对于标定结果具有较大影响，通过不同标定温度点数量及分布的拟合结果比较，最终选取六点拟合，实现了21℃～23℃范围内偏差小于3 mK，测量不确定度7.4 mK（k=2）的结果。

高隔离度模拟开关及阻抗计量应用研究

李琛恭, 周天地, 杨雁, 张书哲, 滕召胜

2023, 67(4): 83-88, 36. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0120

摘要(439)

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PDF(37)

摘要:
提出了一种高隔离度CMOS模拟开关电路设计，用于改善传统模拟开关隔离度有限，机械簧片开关切换时间长等缺点，并将高隔离度模拟开关应用于高精度数字采样阻抗电桥，解决电桥系统采样通道信号切换速度慢、信号泄漏影响矢量电压比率精度的难题。设计的模拟开关结构能够简化数字电桥系统，而且宽频范围内关断隔离度理论值、开关切换速度远优于传统模拟开关，在保证数字采样法阻抗高精度量值溯源前提下，提高阻抗校准速度，实用性强；采用的高精度双级电压跟随器电路用于减少模拟开关导通电阻对电桥桥路的影响。实验结果表明，提出的设计方案能够在1 kHz频率下使得数字采样阻抗电桥系统电压采集通道关断隔离度优于−140 dB，在100 Hz～100 kHz频率范围内实现快速、高精度的阻抗参量计量。

“放管服”改革下的计量器具型式批准制度研究

邓川子, 徐定华, 李妍, 高海明

2023, 67(4): 89-97, 76. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2022.0271

摘要(451)

HTML (173)

PDF(43)

摘要:
基于“放管服”改革关于简政放权、放管结合、优化服务等基本内涵和改革精神，系统梳理我国计量器具型式批准制度发展现状和问题，比较分析欧盟和美国的型式评价项目管理模式，从“放管服”举措类型、改革主体、针对的问题等维度初步构建我国计量器具型式批准制度改革推进方案，并提出具体改进建议。在计量器具型式批准制度改革推进中，应注重型式批准制度的法制化和规范化运行，进一步明晰强制管理的计量器具目录适用范围，提升型式评价大纲科学合理性，协调统一型式评价技术要求。在生产制造领域，应助力计量器具生产企业提升质量保证体系，明确计量器具生产企业的责任和义务。在监管领域，应加强事中事后监管措施承接，在风险分级的基础上探索专项检查、有因检查等多种形式监督，建立计量器具生产企业的信用评价制度。搭建全国范围内统一的信息化服务平台，提高型式批准的在线政务服务水平和信息公开度，方便企业申报、查询和社会监督。

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