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由于科學儀器是“四兩撥千斤”的產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景非常廣闊?；谒趪业目萍?、經(jīng)濟、國防、民生和社會發(fā)展中戰(zhàn)略地位的重要性，在“農(nóng)、輕、重、海、陸、空、吃、穿、用”各行各業(yè)，無所不在，無所不有。所以，加速科學儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為世界各國關(guān)注的重點之一。本文簡單介紹我國科學儀器和應(yīng)用發(fā)展的有關(guān)情況。

　　一、分析儀器的主要發(fā)展趨勢和方向(潮流)

　　近10多年來，由于納米級的精密機械研究成果、分子層次的現(xiàn)代化學研究成果、基因?qū)哟蔚纳飳W研究成果、特種功能材料研究成果和全球網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推廣應(yīng)用成果等一大批當代最新技術(shù)成果競相問世，使得全球科學儀器領(lǐng)域發(fā)生了根本性的變革。

　　1、分析儀器發(fā)展的趨勢(方向)：

　　目前國際上的科學儀器發(fā)展總體上呈現(xiàn)出以下的發(fā)展趨勢：

　　1)檢測原子、分子和組份的儀器向多功能、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展;

　　2)進行分離、分析的儀器向多維分離和分析方向發(fā)展;

　　3)生命科學儀器向原位、在體、實時、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性方向發(fā)展;

　　4)檢測復雜組份樣品的儀器向聯(lián)用分析儀器方向發(fā)展;

　　5)用于環(huán)境、能源、農(nóng)業(yè)、食品、臨床檢驗的儀器向?qū)Ｓ?、小型化方向發(fā)展;

　　6)樣品前處理儀器向?qū)Ｓ?、快速、自動化方向發(fā)展;

　　7)用于國防和生命科學的儀器向集成化、微型全分析系統(tǒng)方向發(fā)展;

　　8)監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)過程的分析儀器向小型化、在線分析、原位分析方向發(fā)展。

　　2、分析儀器的發(fā)展潮流

　　微型、微量、快速、專用、在線檢測是目前國際上分析儀器的主要發(fā)展方向或發(fā)展潮流：

　　微型：應(yīng)用需求;便攜、占地方小;

　　微量：應(yīng)用需求;兔子耳窩2微升液體要求做一個方法研究;

　　快速：應(yīng)用需求;疾控應(yīng)急、食物中毒、車載、網(wǎng)絡(luò)實驗室;

　　專用：應(yīng)用需求;流水線、環(huán)保、食品;

　　在線：自動化儀器發(fā)展的需要;特別是水質(zhì)檢測，每年10億RMB的市場;

　　因為研發(fā)出的儀器是給使用者用的，所以，分析工作者的需求是：微型、微量、快速、專用、在線；所以，分析儀器的發(fā)展方向也是微型、微量、快速、專用、在線。

　　這些方向或潮流，是現(xiàn)代分析儀器研發(fā)工作者應(yīng)該重視的問題之一。

　　科學儀器是一種高科技產(chǎn)品，它受益于采用各種前沿技術(shù)的最新成果，同時也面臨各種前沿技術(shù)不斷地創(chuàng)新和發(fā)展的挑戰(zhàn)?？梢灶A測，隨著信息科學、生命科學、材料科學、能源科學、海洋科學、空間科學、環(huán)境科學、民生科學和公共安全科學的發(fā)展，以及新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，科學儀器會在微型、微量、快速、專用、在線等方面將不斷的創(chuàng)新、不斷發(fā)展。

　　二、分析儀器及其應(yīng)用發(fā)展的特點

　　1、分析測試對象發(fā)生了戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，對分析儀器提出了更高的要求

　　眾所周知，五十年代以前的分析測試，主要是無機化學領(lǐng)域的定量分析，七十年代前后的分析測試，則以成分分析為主，同時結(jié)合結(jié)構(gòu)分析。目前的分析測試，已發(fā)生了很大變化，已突破了傳統(tǒng)的分析測試專業(yè)界限，涉及到現(xiàn)代科學技術(shù)的各個領(lǐng)域。

　　近幾年來，國際上高新技術(shù)的發(fā)展日新月異，令人眼花繚亂，其中最有代表性、最核心和最能代表未來方向的高新技術(shù)有六個方面，它們被科學家們稱之為六大技術(shù)群，即信息技術(shù)群、新材料技術(shù)群、新能源技術(shù)群、生物技術(shù)群、海洋技術(shù)群和空間技術(shù)群。這六大技術(shù)群，都離不開現(xiàn)代分析測試技術(shù)。

　　1)信息技術(shù)群：它是新興技術(shù)群體的核心和先導，是未來世界的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。但信息技術(shù)群中所有儀器設(shè)備材料的光、機、電、磁學等性能和成分、結(jié)構(gòu)分析測試都離不開現(xiàn)代分析測試儀器;

　　2)新材料技術(shù)群：它是新興產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，被稱為技術(shù)發(fā)展的骨骼的肌肉組織，但不論有機材料還是無機材料，其結(jié)構(gòu)分析，特別是微觀、亞微觀結(jié)構(gòu)分析、功能材料分析、微量雜質(zhì)含量的分析等，都必須依靠現(xiàn)代分析測試儀器。

　　3)新能源技術(shù)群：是替代傳統(tǒng)石油、煤等燃料能源的途徑，是未來社會物質(zhì)運作的動力源泉，相當人體的心血管系統(tǒng)，但它的每一細小環(huán)節(jié)，都少不了分析測試。

　　4)生物技術(shù)群：是前沿科學中的前沿，是利用生物體及其組織和功能的全新領(lǐng)域，開發(fā)前景廣闊。但生物體及其組織和功能的開發(fā)研究、復雜體系的分離、生物大分子的測試、生物活性的測試、空間構(gòu)象的測試等都必須要有分析測試儀器。

　　5)海洋技術(shù)群：是充分利用和開發(fā)占地球表面71%的海洋和海底資源的現(xiàn)代手段，但海洋和海底物質(zhì)資源的提純、分離等，都涉及到現(xiàn)代分析測試儀器。

　　6)空間技術(shù)群：是當今科技發(fā)展的偉大象征，是探索地球、太陽系、銀河系、乃至整個宇宙的新起點，但空間技術(shù)中的新材料和太空物質(zhì)資源的開發(fā)研究等，都與分析儀器發(fā)展密切相關(guān)。

　　綜上所述，縱觀當今世界上科技發(fā)展的現(xiàn)狀和世界分析測試技術(shù)發(fā)展的歷史，人們會深深認識到現(xiàn)代分析測試技術(shù)領(lǐng)域已發(fā)生了巨大變化，出現(xiàn)了一個明顯的特點，那就是分析對象已經(jīng)發(fā)生了戰(zhàn)略性的轉(zhuǎn)移，已經(jīng)從過去的成分分析和一般的結(jié)構(gòu)分析，發(fā)展到了趨向于從微觀和亞微觀結(jié)構(gòu)這兩個層次上去尋找物質(zhì)的功能與物質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在關(guān)系，尋找物質(zhì)分子間相互作用的微觀反應(yīng)規(guī)律。同時，要求進行快速、準確的定性和定量分析?？梢哉f，分析對象的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移對分析儀器的要求進一步提高，或者說分析儀器必須適應(yīng)分析對象的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，這是現(xiàn)代分析儀器和應(yīng)用發(fā)展的第一個特點。

　　2、分析測試技術(shù)的難度明顯增大，分析儀器必須相適應(yīng)

　　隨著現(xiàn)代分析測試對象的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，分析測試研究的深度、廣度和難度都發(fā)生了很大的變化，特別是當今的分析測試技術(shù)的難度，比過去有明顯增大?？v觀世界上分析測試技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀，可以明顯看出，當今世界上分析測試技術(shù)的主要難點集中反映在以下三個方面:第一，大分子的分析測試;第二，復雜體系的分析測試;第三，動態(tài)分析測試。

　　所謂大分子的分析測試，主要指生物分子的微量提純和分離、結(jié)構(gòu)的測定(一級、二級、三級結(jié)構(gòu)測定)、表征生物大分子活性的空間構(gòu)象的測定、細胞的骨架、細胞膜、受體細胞等的測定等等。這些都是當代分析測試技術(shù)中的難點。

　　所謂復雜體系，主要指材料科學。材料科學本身就是復雜體系，再加上添加劑、輔助劑等就更加復雜。有時只要萬分之幾或十萬分之幾的添加劑，就可以改變材料的全部特性，如離子束注射技術(shù)就是如此，只需在材料中注入極少量的離子，材料的機械、電子、光學、磁學等特性就會發(fā)生極大的變化。例如，目前全世界一致公認，人工心臟瓣膜的最好材料是熱解碳，但它有凝血性。熱解碳做成的人工心臟瓣膜裝入人體后，病人必須長期每天吃藥，以使血液流過人的心臟時，不產(chǎn)生血栓，否則會導致生命危險!但吃藥后，又有副作用，尤其對有生育能力的人影響極大。為此，我國的科技工作者，用離子束注射熱解碳，再用它做成人工心臟瓣膜，就可提高抗凝血性，所以裝入人體后，可以不吃藥。這是一個有重大意義的課題，但其分析測試工作的難度很大，既要作離子束注射后熱解碳的材料分析，又要作動物乃至人體的血液相溶性分析測試，工作量巨大，要求很高;又如無機大分子，有機高分子和簇類物質(zhì)(原子、分子簇，即人們所講的納米材料)的聚合態(tài)結(jié)構(gòu)研究，特別是其三維分子結(jié)構(gòu)、低維分子結(jié)構(gòu)、分子取向度、表面結(jié)構(gòu)等的分析測試，都屬于材料科學的難點。并且，這些方面的分析測試工作都屬于當代材料分析測試技術(shù)中的熱點。人們正在開展納米結(jié)構(gòu)半導體發(fā)光材料的研究，這是材料科學中一個有重大意義的課題，但其分析測試非常困難。因要尋找晶粒在一定程度上可控的納米薄膜，以制備高致密度、與襯底有高結(jié)合力的納米晶粒薄膜，故分析測試工作量很大，且難度非常大。這項工作在微電子學中有重大意義。

　　還有，現(xiàn)代分析測試技術(shù)中，往往要求快速、準確的解決被測對象中某些組分的含量，如鋼鐵、冶金、機械等行業(yè)中最普遍，而又是最重要的C、S、Mn、Si、P等含量的現(xiàn)場、快速、實時的分析測試就是如此，這些實時的現(xiàn)場快速分析測試，也是相當難的。

　　所謂動態(tài)測試，主要指的是反應(yīng)動力學。在對亞穩(wěn)態(tài)、分子、離子、自由基等物質(zhì)的實時分析測試時，全部要求在動態(tài)過程中進行。就拿一個簡單的化學反應(yīng)來講，一般我們知道的是反應(yīng)后的結(jié)果產(chǎn)物，分析測試的也是反應(yīng)結(jié)束后的最終產(chǎn)物。但若要知道反應(yīng)過程中，任何一個△t時間上的具體細微信息，就相當困難了。如果是一個復雜體系的動態(tài)測試，那就更難了。

　　綜上所述，分析測試的難度明顯增大，對分析儀器的要求就會提高。這是現(xiàn)代分析儀器和應(yīng)用發(fā)展的第二個特點。

　　3、現(xiàn)代分析測試技術(shù)涉及的專業(yè)面越來越廣

　　隨著分析對象的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，分析測試技術(shù)涉及的專業(yè)也發(fā)生了變化。因為要尋找物質(zhì)的功能與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)間的內(nèi)在關(guān)系，要尋找物質(zhì)分子間相互作用的微觀反應(yīng)規(guī)律，要快速、準確的測定成分和結(jié)構(gòu)，首先要解決的就是要得到物質(zhì)的有關(guān)信息。因此，如何獲得信息，是解決分析測試問題的首要前提，信息獲得就成了分析測試的重要基礎(chǔ)。而現(xiàn)代科學儀器是信息的源頭，它包含許多基礎(chǔ)科學和應(yīng)用學科方面的內(nèi)容，包含許多邊緣科學、交叉學科、實驗技能知識?，F(xiàn)代分析測試技術(shù)必須依賴于現(xiàn)代科學儀器。分析技術(shù)涉及的面越廣，對儀器的要求就越高。這是現(xiàn)代分析儀器和應(yīng)用發(fā)展的第三個特點。

　　4、要求分析儀器制造者和使用者，越來越重視儀器學理論

　　由于分析對象轉(zhuǎn)移、難度增大、涉及的面更廣，做儀器和用儀器的人就需要有理論支撐，這個理論就是儀器學理論。儀器學理論是一種綜合性學科的理論，是一門涉及到多個領(lǐng)域的、復雜的、交叉的、邊緣學科的理論，是涉及到光學、機械學、電子學、計算機、應(yīng)用等各個領(lǐng)域的理論，特別是現(xiàn)代分析儀器，都離不開這些方面。

　　儀器學理論是一切科學儀器研發(fā)者、生產(chǎn)者、使用者，是最基本、最重要的理論之一。

　　目前，很多儀器設(shè)計者沒有重視儀器學理論，往往出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準確或發(fā)生疑慮時、分析數(shù)據(jù)與文獻值不一致時，大家就不知所措!如：當試樣很稀或很濃時，分析誤差很大!但是中等濃度時，分析誤差就正常，為什么?這個問題很多人不清楚!因為，從儀器學理論來講，所有根據(jù)比耳定律設(shè)計的分析儀器，都只能適用于一定濃度;噪聲N都是限制被分析樣品濃度下限的。根據(jù)儀器學的S/N理論：信號S一定，噪聲N大，則儀器S/N就小、靈敏度就低。同時儀器的分析測試誤差就會大。而雜散光SL是限制被分析樣品濃度上限的，試樣很濃時，濃度與吸光度不成正比、就偏離比耳定律，分析誤差就會很大。如果有人要求用UVS檢測0.0004Abs的樣品，這是違背儀器學理論的。目前世界上最好的UVS，美國Varian的6000i，其BF(基線平整度，表征儀器全波長范圍內(nèi)的每個波長上的噪聲)為± 0.001 Abs，儀器的噪聲都比0.0004Abs大幾倍，根本不能檢測0.0004Abs的樣品。所以，懂了一點儀器學理論，你才會知其然，也知其所以然，才會當儀器出現(xiàn)誤差大、不穩(wěn)定、重復性差等問題時，能夠解釋或順利解決。所以，越來越需要和重視儀器學理論是現(xiàn)代分析儀器和應(yīng)用發(fā)展的需要，也是現(xiàn)代分析儀器和應(yīng)用發(fā)展的第四個特點。

　　5、分析儀器制造者和使用者結(jié)合越來越緊密

　　分析儀器是給儀器分析工作者使用的，因此儀器分析工作者對分析儀器的要求是“好用”;所謂“好用”，就是分析儀器要穩(wěn)定可靠;而所謂穩(wěn)定，就是漂移小、重復性好;所謂可靠，作者在30年前提出，應(yīng)分為狹義和廣義兩種。狹義可靠性主要指分析儀器的故障率，它不能全面完整的表達可靠性的內(nèi)涵。儀器故障不出，但是，分析測試的數(shù)據(jù)不準，這是最大的不可靠。所以作者提出了廣義可靠性的定義，即指分析儀器的可靠性，主要指分析測試數(shù)據(jù)的準確度高、穩(wěn)定性好、故障率低和售后服務(wù)好。因此，分析儀器的優(yōu)劣，要在分析測試工作中檢驗，應(yīng)由儀器分析工作者來評價。使用者是裁判員，分析儀器的好壞，必須要經(jīng)過分析測試實際使用的檢驗后才能下結(jié)論!由于許多分析儀器研發(fā)、制造工作者，不了解使用者如何使用分析儀器，不了解使用者的思路，導致做儀器和用儀器的人脫節(jié)，互不溝通。所以，做出的分析儀器有時不大好用，甚至不好用，這是造成我國分析儀器落后的主要原因之一。所以，分析儀器制造者如果離開使用者，就沒有目標。

　　一臺(或一種)新的分析儀器問世，必定是來自儀器分析工作的需要或儀器分析工作的實踐。許多分析儀器都來自應(yīng)用實踐的需求。如：八十年代中期，中科院上海有機化學研究所的知名有機化學家汪猷教授在核酸的研究中發(fā)現(xiàn)：五種核苷中有的對UVS有吸收，有的對UVS沒有吸收;有的有天然熒光，有的沒有天然熒光;國外用HPLC分析測試時，往往用兩種檢測器(紫外、熒光)串連檢測，這樣，會使峰形擴散，降低靈敏度。當時，汪猷教授提出，能否研制一種紫外/熒光同時檢測(記譜)的HPLC檢測器?作者根據(jù)他的要求(實踐需要)，在他的啟發(fā)下，與他緊密結(jié)合，很快發(fā)明了一種紫外可見分光光度計和熒光光度計一體化設(shè)計、一機兩用的多功能新型儀器。它作為HPLC檢測器，只需要8微升樣品，一次進樣，就可得到試樣的紫外和熒光兩種信息。該儀器大大減少了試樣的擴散，具有很高的靈敏度。并且一次進樣，可將五種核苷中的發(fā)熒光和不發(fā)熒光、有紫外吸收和沒有紫外吸收的核苷區(qū)分開。該儀器1988年獲得了國家發(fā)明獎，至今還未見國外報道過同類儀器。這就是分析儀器來自分析測試工作實踐的一個很好的典型例子。我們的儀器研發(fā)人員應(yīng)該重視研發(fā)儀器與使用儀器的關(guān)系。要走出去，向用戶學習。從他們那里吸取營養(yǎng)、拓寬思路。

　　還有，諾貝爾化學獎得主之一是日本島津公司的田中耕一，他之所以能得諾貝爾化學獎，主要是他提出了“基體輔助激光解吸質(zhì)譜法”，這是一種對生物分子進行確認和結(jié)構(gòu)分析的新方法。他用激光照射成團的生物大分子，成功的將生物大分子完整地相互分開，并電離，再用飛行時間質(zhì)譜來測量。這一發(fā)明解決了世界上兩大難題：第一，解決了成團的生物分子的結(jié)構(gòu)和成份不受破壞地拆成單個分子的難題;第二，解決了用飛行時間質(zhì)譜來測量分子量大到50-60萬的生物大分子的難題。這一發(fā)明，使人類可以通過對蛋白質(zhì)的詳細分析，從而加深對生命進程的了解，使新藥開發(fā)發(fā)生了革命性的變化，并在食品控制、癌癥的早期診斷等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用!我們可以設(shè)想一下：如果沒有先進的激光儀器和先進的飛行時間質(zhì)譜儀器，田中耕一能發(fā)明“MALDI-TOF-MS”方法嗎?他能得諾貝爾化學獎嗎?回答是不能。

　　以上事實，足以說明儀器分析工作者(用儀器)與分析儀器(生產(chǎn)儀器)之間的關(guān)系。更能說明分析儀器與儀器分析必須緊密結(jié)合、相互溝通、相互促進，這個問題，必須引起廣大分析儀器工作者的極大關(guān)注。這是當前世界分析儀器和應(yīng)用發(fā)展的顯著特點之五。

　　6、正在朝著聯(lián)用技術(shù)方向大發(fā)展

　　聯(lián)用技術(shù)的迅速發(fā)展，是當前國際上分析儀器及其應(yīng)用發(fā)展的熱門話題之一。很多工作，某一種技術(shù)解決不了，但是，兩種或多種技術(shù)聯(lián)用就迎而解了。例如：單純一臺薄層掃描儀器或單純一臺拉曼光譜儀器都不能解決的問題，二者聯(lián)用(薄層掃描儀起分離作用，拉曼光譜儀起檢測作用)，問題就很容易解決了，這對復雜體系、中藥的分析等特別有意義。又如：FIA(流動注射分析)與AAS聯(lián)用、ICP-MS、LC-MS、GC-MS等等均系如此。所以，聯(lián)用技術(shù)發(fā)展，在集成創(chuàng)新方面將有廣闊的前景，它是現(xiàn)代分析儀器及其應(yīng)用發(fā)展的顯著特點之六。

　　三、有關(guān)問題

　　1、再次希望分析儀器和應(yīng)用行業(yè)的廣大科技工作者注重學習，要特別重視儀器學理論、要不斷注意擴大自己的知識面、多參加各類專業(yè)學術(shù)會議、多看文獻、重視與同行之間的交流、不斷提高和充實自己。特別是儀器使用者，一定要注意研究影響分析誤差的五大主要因素及其排除方法(作者將另文論述)。

　　2、建議大家參考以下幾本書。這些書的內(nèi)容都具可操作性。因為作者在大學里學儀器，畢業(yè)后，50多年來一直使用儀器、研發(fā)儀器、維修儀器。這些書是作者的經(jīng)驗教訓總結(jié)，既有儀器學理論內(nèi)容，又有應(yīng)用實踐的內(nèi)容;對研發(fā)儀器、生產(chǎn)儀器、使用用儀器、維修儀器和管理者都有參考意義。這五本書都是著的，而不是編的。它們是：

　　(1)李昌厚著，《紫外可見分光光度計》，北京：化學工業(yè)出版社,2005。

　　一般科技新書首印2000冊;這本書首印4000冊，后來重印過兩次，總共銷售1萬多冊。內(nèi)容都具有可操作性。

　　(2)李昌厚著，《紫外可見分光光度計及其應(yīng)用》，北京:化學工業(yè)出版社，2010。

　　這本書有很多設(shè)計、使用的具體例子，都具有可操作性。

　　(3)李昌厚著，《原子吸收分光光度計儀器及其應(yīng)用》，北京：科學出版社,2006

　　這本書很多科技工作者作為起蒙書籍在讀。特別是分析行業(yè)的研發(fā)生產(chǎn)儀器、使用儀器、維修儀器、銷售儀器的人，都有參考價值。

　　(4)李昌厚著，《儀器學理論與實踐》(儀器學理論與光學類分析儀器整機及關(guān)鍵核心部件的設(shè)計、制造、測試、使用和維修)，北京：科學出版社，2008

　　儀器學理論是研發(fā)儀器、生產(chǎn)儀器、使用儀器、維修儀器的科技工作者必須了解的基礎(chǔ)理論;它可以保證你掌握儀器指標與分析誤差的關(guān)系、使你做出優(yōu)質(zhì)儀器;可以使你把儀器用到最佳水平、得到最佳的、最可靠分析數(shù)據(jù)。

　　(5)李昌厚著，《高效液相色譜儀器及其應(yīng)用》，北京：科學出版社，2014

　　此書三位院士作序。第六章“HPLC一百問”得到了很多讀者青睞。

　　目前分析儀器類的書很多，特別是光譜、色譜儀器方面的書更多。但大多都是專講儀器或?qū)Ｖv應(yīng)用，真正將儀器和應(yīng)用有機結(jié)合起來介紹作者的科研成果的書比較少。上述5本書在儀器及其應(yīng)用的結(jié)合方面有獨到之處，建議讀者參考。