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    了不起的中國分析儀器制造中的輝煌成就

    發布時間:2022-6-27     來源:中國科學院上海營養與健康研究所

    一、中國分析儀器制的發展歷史

    中國分析儀器萌芽于20世紀30年代;分析儀器界的老前輩榮仁本先生和史久泰先生,都曾經先后親口對作者口述回顧過歷史;他們說:20世紀30年代的上海勞動儀表廠,就是我國最早的儀器儀表廠,也可以說是我國上海分析儀器廠的前身。解放后,我國老一輩國家領導人對科學儀器發展有深刻的認識和全面的考量;早在1956年就領導我們國家制定了20年科學發展長遠規劃,并在第一個五年計劃啟動的156項重大建設項目中,就列入了分析儀器廠(北京分析儀器廠)的建設項目。此后,又把科學實驗提高到“三大革命運動”之一的高度予以重視,大大促進了我國早期科學儀器研發和制造產業的發展;并且,先后又在北京、上海、南京、沈陽、成都等地建立了多家分析儀器廠;國家還通過各種渠道,從對簡單的基礎分析儀器到技術含量較高的紅外光譜儀、拉曼光譜儀、液相色譜儀等中高檔分析儀器的研發、制造,投入了大量的人力、物力和財力,并且取得了許多喜人的成果;雖然絕大多數是跟蹤性研發,但也產生了象氫化物發生非色散原子熒光光度計等這樣具有自主知識產權的優秀成果等等;其后,我國具有自主知識產權的、震驚世界的科學儀器產品層出不窮。

    中國分析儀器從20世紀30年代開始萌芽,70年代開始發展,80年代開始逐步走向正軌,90年代至今,正在突飛猛進。隨著時間的推移,國家的重視,國力的增強,各種政策的出臺,我國在幾十年的時間里先后涌現出了北京分析、北京二光(現在的瑞利)、北京科儀、北京海光、北京普析、北京雪迪龍、北京東西、北京吉天、北京同方、北京金索坤、河北先河、沈陽分析、沈陽科儀、大連依利特、四川川儀、南京分析、江蘇天瑞、南京簡智、蘇州納微、上海精科、上海通微、上??普?、上海月旭、上海屹堯、上海棱光、浙江聚光、浙江福立、安徽皖儀、海能技術、廣州禾信、廈門奧普天成、深圳清時捷等數十家具有一定規模、頗有影響力的分析儀器企業。與此同時,國家先后成立了長春光機所、西安光機所、上海光機所、成都光電所和安徽光機所等國家級光機研究所;同時各地還相繼成立了地方性的光機研究所等等。

    1995年中科院和中國工程院20位老科學家,聯名提出了“關于振興中國儀器儀表事業的建議”,引起了黨和國家領導人的高度重視。此后,國家召開了多次專題性的、方向性的、有關分析儀器領域發展的各類會議;特別是召開了多次香山科學會議,效果極佳,對我國的科學儀器事業起到了較大的推動作用。例如:香山基因芯片會議、香山分析科學會議等等。國家計委、國家發改委、國家經貿委、國家科技部、國家工信部、國家自然科學基金委等部門和各省市的有關政府部門等,從“九五”期間,就都開始重視對分析儀器發展的關注和投入。特別是“九五”至今,國家花重金支持分析儀器研發、制造;科技部設立了重大儀器開發專項;財政部撥出大量的專項資金,用于科學儀器及其應用的研發。這些足以說明我們國家對分析儀器事業的高度重視程度。

    目前,我國分析儀器的發展已初具規模,已經初步形成了以上海為龍頭的長江三角洲、以京津冀為中心的渤海灣地區、以長春和大連為基礎的東北地區、以廣州和深圳為代表的珠江三角洲等科學儀器(分析儀器為主)研發基地、產業化基地,發展形勢一遍大好。


    二、中國分析儀器制造中令人振奮、驚喜、自豪的輝煌成就

    1、光譜儀器方面

    1)北京普析通用公司目前生產的、具有國際先進水平的橫向加熱石墨爐AAS(TAS-990、A3等);它們具有適合復雜體系分析檢測、石墨管里溫度均勻、可消除記憶效應、消除峰拖尾、對試樣要求低、對原子化溫度要求低、可降低爐體要求、石墨管里溫度梯度小、原子化時間短、靈敏度高等10大特點。目前國際上能生產橫向加熱石墨爐AAS的公司僅有6家。

    2)北京普析通用公司目前生產的國際領先的UVS(T9/T10);T10的雜散光達到4×10-7,全球領先;國內外強手云集的情況下,我國國產的T9,在2014年,重慶的兩次招標都中都一舉中標,都打敗了國外同類同檔次的高端竟爭儀器(日本島津的2700和美國PE的965);充分說明國產UVS質量優秀、可以滿足使用者的要求,也說明了廣大用戶認可國產UVS。

    3)上?;鄱喙灸壳吧a的、WTS系列脈沖紫外可見分光光度計(UVS),處國際先進水平。該儀器的主要特點是:由于采用脈沖紫外光源,所以儀器的穩定性非常優秀,開機就可以進入工作狀態;其信噪比(S/N)特別優秀、靈敏度特別高、性價比大大優于國際上同類同檔次的儀器?;鄱喙镜拿}沖UVS完全可以替代進口產品。

    4)我國的郭小偉等,發明了雙道蒸氣發生-原子熒光光度計(VG-AFP)儀器;此AFP儀器的知識產權屬于中國;隨后,國際領先的國產商品原子熒光光度計、國際領先的國產形態分析儀器,都首先在中國問世;目前中國有8家以上企業能生產原子熒光光度計(AFP)(海光、普析、金索坤、瑞利、吉天、郵遠、東西、天瑞等),年需求量約4000臺以上。

    1983年海光推出世界上首臺商用型AFP,目前海光公司的AFS-9700、LC-AFS9560型形態分析儀等儀器,就是后來研發出的新型AFP類產品。其中AFS-9700在2009年獲得BCEIA金獎。40年來,我國北京海光公司為國內外用戶提供了1.5萬臺以上不同類型的原子熒光產品。目前,海光的AFP儀器每年專項銷售量超過1000臺以上,其銷售額達到1億元RMB以上。海光的LC-AFP聯用儀(形態分析儀)專項銷售額達到3-5千萬元以上。這是一個了不起的數據。說明了AFP儀器發展突飛猛進。北京海光、北京普析、北京瑞利、北京吉天、北京納克、江蘇天瑞等等公司,先后推出了很多不同型號的原子熒光儀器,很多都處世界領先水平,并且質量都很好,都能很好的滿足使用要求,得到了國內外廣大用戶的認可。例如:北京普析推出的PF7系列原子熒光光度計,因為性能優異,專家們指出:該儀器的免調燈、免維護氣動流動注射系統,使得第一次使用該儀器的分析人員都能做出準確的結果;該儀器采用雙光束單檢測器光學系統,使儀器在線性相關系數、儀器檢出限、重復性、穩定性、盲樣檢測等方面都很出眾。該儀器獲得了第二屆國際檢驗檢測技術與裝備博覽會“檢測儀器性能競賽”金獎。北京海光公司2019年又推出了最新的原子熒光4.0時代的HGF-V系列原子熒光光度計;該儀器是采用免維護點火技術、汞漂移校正技術、雙區溫控原子化器等等40多項全新核心技術于一體的創新產品;它是一種高可靠性、高智能化的人機交互設計的高端產品,是我國(即全球)原子熒光儀器發展40年以來的高端代表性產品之一,我們應該為此感到自豪和高興。

    5)上海安杰公司自主研發了國際首創的AJ-3700氣相分子吸收光譜儀,該儀器的最大特點是將樣品前處理直接做在整機上,它在水質檢測中能發揮非常重要的作用。

    6)南京簡智儀器公司近幾年推出了首款便攜式差分拉曼光譜儀處國際領先地位;上世紀九十年代提出的差分拉曼方法,由于多種因素(例如:兩個光源無法同時測量、導致受激發射光譜和散射光譜兩張原始光譜產生差異。還有算法問題等等),一直使之無法形成產品。南京簡智經過努力,攻克了很多難題,終于研發成功了便攜式差分拉曼光譜儀。據報道,該儀器的特點是:具有抗干擾、大信噪比、濾除雜峰等特點;可以直接測量高熒光物質、深色物體等等,是一款好儀器。

    7)北京西派特公司推出了ExR510便攜式激光拉曼光譜儀,由于軟件算法上的突破,采用了降噪技術,可以只降噪聲和背景(特別是降熒光),不降信號強度,大大提高了儀器的信噪比。由于軟件技術的突破,已經可以實現五組分定性分析和五組分定量分析檢測。這是一個驚人的突破。該儀器可以替代同類進口儀器。                 

    8)廈門奧普天成公司推出了高檔ATR8800激光顯微共聚焦成像拉曼光譜儀、ATR3110型系列便攜式激光拉曼光譜儀。 ATR3110系列的特點是:是一種高靈敏度、高分辨率的便攜式制冷激光拉曼光譜儀;它是具有多種波數范圍、多種分辨率的產品;由于該儀器具有優秀的低雜散光,所以非常適合在實驗室使用,特別適合在科研院所的科學研究中應用。ATR3110系列的多功能軟件,特別適合在生物學、生化分析、制藥工程、法醫分析、農業與食品安全、寶石鑒定、環境科學等領域的應用,具有廣泛的應用前景??梢蕴娲M口討論儀器。

    9)此外,還有無錫金義博公司、浙江聚光公司、北京瑞利公司等生產的直讀光譜儀、上海理工大學的太赫茲光譜儀等等,都取得了令人矚目的成就。因篇幅所限,此不贅述。

    2、色譜儀器方面

    1)上海通微公司推出了高效微流電色譜儀器及其應用研究;該儀器是國際首創的色譜儀器。其最大特點是:在柱效、分離速度等很多方面都優于UPLC,其柱效比UPLC高10倍、5秒鐘可以分離5個芳香烴;一般HPLC需要10-20秒。該儀器總體優于UPLC。

    2)大連依利特先后推出了iChrom 5100、Agress1100和P230Ⅱ高效液相色譜儀;這些產品都具有國際上同類、同檔次儀器的先進水平。iChrom5100高效液相色譜儀,是大連依利特分析儀器有限公司凝結二十載的智慧結晶,是具有自主知識產權的高效液相色譜儀。該產品同時也是國家重大科學儀器設備開發專項(2012YQ120044)的重要研發成果之一。iChrom 5100通過模塊對各單元部件進行供電、自動分配IP地址,實現整機聯網操作,具有操作方便、運行穩定、結果準確可靠等優點。該儀器穩定可靠,性價比高,可以替代進口同類產品。

    3)上??普芄臼潜訏呙枭V的專業公司。是國際上三大薄層掃描儀器公司之一(中國的科哲、德國的迪賽克、瑞士的卡瑪);近幾年推出了KH-3900、KH-3000、HK-3500Plus等薄層掃描儀器,都處國際領先水平,產品已經暢銷國內外,得到了國內外廣大用戶的認可和好評。

    4)浙江福立公司最新推出的GC-9720氣相色譜,具有性能穩定可靠、性價比高等特點;與國際上最優秀的安捷倫的氣相色譜儀器質量相當;主要技術指標完全與安捷倫的同類產品一樣。但是性價比大大優于安捷倫同類同檔次的產品,達到目前的國際先進水平。該儀器完全可以替代進口的同類產品。  

    5)上??普芄咀罱瞥隽薃nters-1500系列HPLC;其最大特點是:其標配組件有溶劑模塊、在線脫氣機、紫外檢測器、自動進樣器、低壓二元梯度系統、柱溫箱、柱后衍生化器、模塊化液相工作站(含電腦)、C18色譜柱等9種各具特色的組件;其選配組件有:樣品室恒溫系統、全波長熒光檢測器、蒸發光散射檢測器、示差折光檢測器、低壓四元梯度系統、高壓二元梯度系統等各具特色的6種組件??梢蕴娲M口同類儀器。

    6)上??普芄?021年,又推出了實驗室型半制備/制備液相色譜系統、中試放大型制備液相色譜系統等18種制備色譜儀器;其中最具特點的是:PrepChromaster-8000型高壓制備色譜系統,它是一種可以連接快速色譜和傳統高壓制備色譜的二元制備色譜系統,主要可以應用于藥物活性成分、天然產物研究,合成化學分離純化;在節省制備成本的同時極大地提高了分離效率。它具有可檢測190nm-850nm范圍任意四個波長的信號、光源自檢功能、管理光源壽命、提醒及時更換光源的特點;它具有單色儀自校正功能,波長準確性可達±0.2nm、可以高速準確的閥切換,避免樣品的損失,提高回收率的特點;具有智能餾分收集器,可按體積、閾值、時間和色譜峰收集餾分的特點;軟件具有自動進樣、梯度、色譜圖、餾分收集圖、設備狀態同圖顯示功能的特點;可顯示閥、注射泵、進樣臂的狀態、支持梯度,程序設定功能、具有階梯、線性、點-拖式梯度曲線、支持智能餾分收集的特點;具有時間、閾值、峰值、手動等多種收集方式、支持餾分索引功能,實時顯示餾分收集位置與對應的色譜峰位置、支持色譜分峰與定量功能、審計追蹤、數據管理、用戶管理、個人管理等功能的特點等等。該產品是最先進的純化系統,完全可以取代國際上最先進的Waters與吉爾森的產品。打破了進口同類高端產品的壟斷,得到了國內外用戶的認可。

    3、質譜儀器方面    

    1)廣州禾信公司目前生產的飛行時間質譜處在國際先進水平;它的最大特點是:該儀器可以利用氣溶膠質譜尋找環境污染源;已經出口美國和德國等發達國家,已經得到國內外廣大科技工作者的認可,深受國內外科技過工作的青睞。

    2)浙江聚光公司生產的車載和實驗室兩用的ExpecICP-MS,已經通過專家鑒定,得到了好評;該儀器的最大特點是穩定可靠性好;安裝在移動車上,從杭州開到北京,性能指標仍然很好。說明該儀器的可靠性很好,值得國人高興。該儀器可以替代進口同類儀器。

    3)浙江譜育公司最早實現了三重四極桿和飛行時間質譜產業化;攻克了系列串級質譜技術,最早推出國內唯一的LC-MS/MS、 GC-MS/MS、ICP-MS/MS三大類產品,得到了廣大用戶的認可。該質譜儀器,可以替代進口的同類同檔次的產品。

    4、其它儀器方面     

    1)聚束科技(北京)有限公司,推出了聚束科技領航者:Navigator100高通量掃描電子顯微鏡。該儀器的領航者系列Navigator100高通量(場發射)掃描電子顯微鏡,是聚束科技(北京)有限公司(簡稱,聚束科技/FBT)獨立開發的首款高通量場發射掃描電鏡——微觀尺度腦神經連接圖譜的、超高速3D成像而設計的、新一代場發射掃描電鏡系統。該系統可在大視野、低能量下獲得高分辨和高速成像,是國際上高智能、易操作的掃描電子顯微鏡系統先行者,該儀器為國際首創。該儀器的最大特點是:在同等高分辨率情況下,單臺成像速度是進口高端場發射掃描電鏡的20倍以上,極大地提高了3D腦連接圖譜的收集效率,成為微觀腦連接圖譜計劃重量級核心裝備中獨樹一幟的國產大型科學儀器。

    2)由原總后二軍大牽頭,上海交大、上??普?、上海儀電等公司參加的、國際首創的“薄層色譜掃描-激光拉曼光譜聯用儀及其應用研究”;該項目是國家科技部重大專項,目前未見國內外報道同類儀器。該儀器的最大特點是:利用薄層色譜掃描分離樣品、利用激光拉曼做檢測器,組成一臺聯用儀器;它已實現中藥非法添加化學藥品的TLC-SERS檢測;實現了110種中藥中非法添加化學物質的檢測、結構類似物、結構衍生物的摻雜研究;拉曼光譜數據庫的建立(已經建立300余種基藥、50種品牌藥、500種上市藥物活性成分、100種常見藥用輔料、8種國抽藥品等),以及化學藥品的檢測、過期藥回收再利用的檢測、仿制藥冒充原研藥的檢測等等。

    3)山東海能公司目前生產的全自動定氮儀,性能技術指標完全與目前國外同類儀器中(國際公認的、最好的FOSS公司和BUCHI公司)的同檔次儀器相同,有些地方還優于FOSS公司和BUCHI公司的產品;該儀器的主要特點是:采用更先進的石墨爐加熱、配有廢氣收集、過濾裝置等;在這些方面都超過進口儀器。該儀器完全可以替代進口的同類儀器;例如:替代進口的FOSS公司和BUCHI公司的產品。

    4)上海屹堯、山東海能公司,目前生產的各種微波爐,質量也居國際領先地位,主要指標優于進口的同類同檔次的微波爐。該儀器的特點是:自動化程度高、微波泄漏小、安全性能好;也完全可以替代進口的同類同檔次的產品。

    三、結束語

    作者深深感到目前國家非常重視分析儀器及其應用工作。我國的分析儀器及其應用正在蒸蒸日上,這對我們從事分析儀器和儀器分析的科技工作者來講,應該是福音,我們應該感到高興和自豪。

    從儀器學理論和應用實踐的角度看,目前我國的常規型、普及型、基礎型的儀器已經可以與國外同類產品抗衡(即:與國外同類同檔次的儀器中,國產儀器的主要技術指標優于或相當國外同類同檔次產品的指標,特別在性價比、售后服務等方面,國產儀器大大優于國外同類同檔次的分析儀器產品;只是在極少數非主要指的、不影響使用者的分析誤差的技術指標上,稍差于國外同類同檔次的產品)。但是,在我們看到整個分析行業的大好形勢后,在高興的同時,我們還必須看到我國分析行業的問題和分析儀器與國外的差距和瓶頸。我們不能盲目沾沾自喜,固步自封。我們既不能盲目迷外,也不能盲目排外。即使在常規、普及、基礎型的儀器方面,我國的同類同檔次的儀器,完全可以與國外抗衡,但是我們也還必須看到與國外還有差距;特別是要看到工藝、附件、軟件等方面的差距。

    我們還要看到我國的高檔儀器與國外的差距很大。因此,我們國家目前還不能生產的高端儀器,一定要大膽引進、消化、吸收,為我所用。

    目前,大量高端儀器依賴進口,制約了我國在科學研究前沿領域的突破能力,應該引起大家的高度重視。

    可以預計:隨著生命科學、材料科學、能源科學、空間科學、海洋科學、環境科學、民生科學和公共安全科學的發展,以及新技術的不斷出現,科學儀器會在微型、微量、快速、專用、高靈敏度、在線檢測等方面,將面臨著機遇和挑戰。我國的分析儀器制造及其應用將不斷的創新、將迎來一個嶄新的、飛速的發展高潮。

    本文可供廣大分析儀器使用者購買、選擇、評價有關分析儀器時參考。

    本文中所述有關儀器的資料,有的來自有關儀器廠商的產品說明書、有的來自作者參加各種專業會議所得、有的來自網路、有的是作者查到的文獻。但是,這些只是作者了解的非常有限的振奮人心的信息,還有很多很多。因為篇幅所限、作者的接觸面所限、作者的水平所限,所以對這些成就不能一一列舉,請有關制造廠商和廣大的讀者諒解。

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