未来实验室：平衡自动化、可持续性和网络智能

黑灯实验室 "是否已经触手可及？还是说，因为所有设备都是自动化的，我们还需要一段时间才能关掉未来实验室的灯呢？

在未来的实验室中，研磨机、筛子、天平和元素分析仪可以直接通信并自动协同工作，这一切已不再遥远。人工智能（AI）、机器人、数字网络和可持续基础设施等新技术正在改变研究方式。如果只需要少量人工干预，我们就可以不开灯，称之为 "黑灯实验室"，类似于汽车行业的 "黑暗工厂"。

无论是分析师的梦想还是噩梦，只担任监督角色，偶尔对设备进行越来越罕见的维护，实现这一目标的道路已经确定。许多构建块已经在市场上或正在开发中，因为自动化也正在进入实验室。渐渐地，拼图的各个部分将聚集在一起，直到从样品接收到报告创建和评估的大部分自动化过程成为可能。当然，朝着这个方向的进一步发展需要投资，这最初将在实验室中最耗时、最频繁的程序中实现。这是成本压力最大的地方；利基技术将遵循并受益于之前的发展。

那么，迈向“黑灯实验室”的哪些步骤是必要的，并且已经在开发中？

实验室自动化已不再是虚构，而是现实：机械臂、传感器和智能移液器正在承担越来越多的任务。有一项新技术在所有未来发展主题中都占据着重要位置：人工智能的应用。借助人工智能对数据进行评估，可以更快、更精确、更可重复地进行实验。

随着大型语言模型（LLM）（如 ChatGPT 或欧洲 Mistral LeChat）的出现和方便使用，人工智能在每种分析设备中的应用只是时间问题。虽然目前仍处于早期开发阶段，但创建和优化特定测量序列、统计以及色谱和质谱评估的速度显然将大大加快。未来，不集成这一功能的制造商将处于不利地位。所有希望在学习过程中忽视方法开发的学生请注意：对基本过程的透彻理解仍然至关重要！

数字实验室或智能实验室利用云技术、物联网设备和数据平台将全球实验室连接起来。这给以中型企业为主的行业带来了挑战，因为必须克服长期以来形成的教条，质疑长期存在的流程，并开辟新的道路。分析仪器制造商行业协会Spectaris 在这方面做出了特别有价值的贡献，它与 OPC 基金会和致力于推动OPC-LADS接口发展的成员公司合作。如今，该接口已与其他标准一起应用于众多设备中。未来还会有更多。

在我们公司内部，我们的分析仪器相互通信已经有一段时间了。我们的质谱仪、元素分析仪和用于稳定同位素分析的安捷伦气相色谱仪在软件方面也是完全集成的。对于用户来说，这意味着他们可以通过单一的用户界面控制所有相关功能。立方体平台的完全数字化以及我们与安捷伦的长期合作关系在这里得到了体现。多年来，我们设备的所有功能都是自动监控的。无论是流量、温度、压力、数据库备份还是分析序列，软件都能可靠地控制和监控所有功能。

除了自动化和网络化，元素分析的另一个要求与未来实验室有关。对环境有害的技术正逐渐被更具可持续性、最终更具成本效益的方法所取代。传统技术有一定的优势，但在产生有害废物且处理成本高昂的情况下，实验室认真考虑替代技术的压力与日俱增。

例如， 用杜马斯燃烧法取代 凯氏定氮法测定蛋白质，用测定总有机碳 (TOC) 来替代水中的化学需氧量 (COD)。

快速现代化往往受到长期形成的成文和不成文行业标准的阻碍。DIN、ISO、ASTM 和其他组织目前正在努力禁止实验室日常使用有害化学品，或至少允许使用既定的替代品。

与自动化相结合，这意味着未来的实验室不仅是数字化和高度自动化的，而且是 "绿色 "的--能源消耗最优化、废物最小化、设备管理智能化以及实验室环境的循环经济。