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我国分析仪器及应用的发展现状和最新进展
作者：李昌厚(中国科学院上海生物工程研究中心 上海 200233)
虽然我们在高端仪器方面确实存在一些问题。例如：高端质谱、高端色质联用、高端傅里叶红外、高端激光拉曼等差距很大，但是有很多国产常规、普及型的仪器大大优于进口仪器。- “十五”期间国家对仪器拨款总共约一个亿RMB左右；
- “十二五”期间，国家投资70多亿RMB，有的一个项目就有1.2亿以上(含自筹)；
- “十三五”国家的支持力度更大，有的一个项目1.4亿RMB以上(含自筹)。
目前，我国科学仪器及其应用的发展，正在蒸蒸日上。由于科学仪器是“四两拨千斤”的产业，发展前景非常广阔。基于它在国家的科技、经济、国防、民生和社会发展中战略地位的重要性，在“农、轻、重、海、陆、空、吃、穿、用”各行各业，无所不在，无所不有。所以，加速科学仪器产业发展已成为世界各国关注的重点之一。从原理角度讲，光谱仪器可以分为：吸收光谱(紫外吸收、可见吸收、紫外可见吸收、气相分子吸收、红外吸收、原子吸收等)、发射光谱(荧光、拉曼、微波等离子体等)、旋光光谱等；从应用角度讲，可分为分子光谱(红外、紫外、可见、紫外可见、旋光、气相分子、荧光、拉曼等)、原子光谱(原子吸收、原子荧光等)。据作者初步统计，目前国际上的光谱仪器达20多种。但是，使用最多、覆盖面最广、最具有代表性的光谱仪器是紫外光谱、红外光谱、原子吸收光谱等。此外，如今的激光拉曼光谱和近红外光谱的发展也非常火爆。特别值得提出的是，目前在我国的应用领域中，覆盖面最广的紫外光谱仪器市场情况如下：排名居首的是岛津公司，居第二位的是国产的紫外仪器——北京普析通用，其紫外光谱仪器在中国市场上占比高于安捷伦、日立、珀金埃尔默等；可喜的是在我国应用领域，全球的紫外光谱仪器生产商所占市场的前10名中，我国占4名(40%)，这是一个很值得高兴的现象。虽说拉曼光谱仪器，目前国内市场还不大，但是目前有近20家在研发生产各类激光拉曼光谱仪器。它在食品药品、环保等领域的测量、质量检验等方面，将很快达到一定规模和水平。从近红外光谱仪器的发展情况看；虽说近红外光谱的市场很大。但是，品牌分布比较分散，呈现众多品牌各有一定市场占有率的情况，而且没有任何一家有超过20%的市场占有率。不过，虽说目前近红外的发展还不尽人意，但是，国产近红外产品发展趋势很好。目前AAS在水质中的微量重金属(As、Hg、Cd、Cr、Cu等)检测方面非常受用户的青睐。例如：水中Cu大于1.5mg/L会有苦味；Cu对冠心病影响很大；水中Cu超标会抑制藻类生长，影响水产养殖；特别要注意的还有饮用水中的Hg、As等对人类危害特别大，都是致癌的微量元素。二是操作比较简单;三是灵敏度较高。所以，广大科技工作者应该重视AAS的应用发展情况。很多第三方检测机构都在大量使用AAS，目前发展很快值得大家高度重视。在整个光谱检测仪器的发展和进展方面，特别应该指出的是，近几年来，我国的新型光谱仪器不断涌现。例如：上海安杰公司具有知识产权的气相分子吸收光谱仪；南京简智公司的便携式差分拉曼光谱仪；北京西派特的ExR510激光拉曼光谱仪；还有，常州盛奥华公司的多种新型的水质检测光谱仪等。总之，我国的光谱仪器研发、应用的进展令人骄傲和自豪。在国产色谱仪器方面，气相色谱(GC)已经有几十家在生产，并且产品都比较成熟，基本上都能满足使用要求。例如：浙江福立的GC，质量很好，与国外同类产品可以抗衡，他们的HPLC也发展很快;又如：大连的依利特公司，上海的通微、伍丰等公司的产品比较齐全，都能满足使用要求;上海通微的高档色谱仪器(毛细管色谱、电色谱、HPLC等)，主要销往国外，以对研究工作要求很高的国外著名大学为主要对象，他们的液相色谱、电色谱都处于国际领先地位；上海伍丰公司的HPLC，可靠性很好。液相色谱仪器，近几年发展特别快，令人耳目一新。许多过去用紫外光谱做的分析工作，纷纷改为HPLC，不管是药品、食品、医疗、卫生、农业、环保等各个领域都是如此。因为它可以对复杂体系进行分离、分析、检测，值得大家重视。最近几年，HPLC需求量猛增。我国对各类HPLC的年需求量在10000台以上。全球每年需求约55亿美金以上。目前，在我国的、有一定规模的国外生产厂商及代理商有几十家，国内生产厂商20家左右;国产HPLC受外国人青睐，但是，国人迷信外国产品，令人费解。不过，色谱仪器目前面临三大挑战：高分辨率、高分离速度、高灵敏度。所以，目前新型的HPLC仪器不断涌现。具体体现在：1)二维及多维HPLC大发展：美国和日本生产的纳升级二维HPLC，组合了纳米微柱和二维HPLC色谱技术，可以直接用于蛋白质组学、基因组学研究工作;2)毛细管和纳升HPLC的发展：可进行微柱、毛细管柱和纳升柱三种微柱液相色谱分析工作;3)超高压液相色谱仪(UHPLC )：自从2004年WATERS公司推出 UPLC后，JASCO、AGILENT、THERMO-FISHERSCIENTIFIC、SHIMADZU、HITACHI都先后推出了各自的超高效液相色谱仪。UHPLC每套10万美金左右，去年在我国销售约1000台，共计1亿美金!4)特别值得提出的是：上海通微公司，近几年成功的完成了《加压毛细管色谱仪》国际首创，还完成了《定量毛细管电泳仪》，也是国际首创(一般毛细管电泳仪，定量分析精度很差)。并且《高效微流电色谱仪器与应用》的研发项目，被国家科技部列为国家十二五重大攻关项目，目前已经通过国家验收。它可以与UHPLC抗衡，其柱效比UHPLC高10倍，5秒钟可以分离5个芳香烃，总体优于UHPLC，又是一个国际首创。我想，这些业绩，值得分析工作者高兴。长期以来，GC久销不衰。最近几年，GC需求量猛增，我国的需求量达到15000台以上。特别在酒类等挥发性的物质分析检测方面使用非常广泛。另外，在联用仪器发展中，GC也大显身手，如GC-IMS(IMS 离子迁移谱)、GC-MS等。前面讲的浙江福立、上海仪电、北京东西分析等的GC都可以满足使用要求，并且有些完全可以与国外抗衡。特别值得提出的是色谱数据处理系统，上世纪80年代以前，色谱分析“一天操作三天处理数据”，小峰往往只能“视而不见”；90年代起出现色谱数据处理机，大大减轻工作量但功能有限；而目前的色谱工作站不仅处理数据，更能反控仪器的运行，色谱分析开始进入“傻瓜”时代；结合自动进样器，目前色谱仪器已经步入自动化或智能化时代。随后，以HP-6890N为代表的“网络型”色谱仪开始流行，结合数据库技术，色-质联用分析结果也就有了在线联机检索的便利。我国福立公司的GC-9720型仪器打出了“云”的概念，指标与HP-6890几乎一样。鉴定会上得到了专家们的高度赞扬。从此，色谱分析不再高深莫测、繁杂难耐的时代过去了。上海科哲仪器公司是目前世界上薄层扫描色谱仪器研发生产的三大品牌公司之一；他们生产多种型号的薄层扫描色谱仪器，销往国内外有关应用单位，用户反映质量和可靠性很好；科哲公司最新的、最具代表性的品牌是3500Plus型全功能薄层扫描色谱仪器，是目前国际同类产品中的佼佼者。目前，国内有10多家公司在研发MS、ICP-MS、GC-MS等仪器，不过基本上都与国外同类产品存在一定差距，需要努力赶超。比如，虽然市场上已有不少国内外ICP-MS生产厂家及产品，但目前ICP-MS绝大部分市场份额被安捷伦、赛默飞、珀金埃尔默三家公司瓜分。不过值得一提的是，广州禾信公司的飞行时间质谱表现突出，已经销往美国和德国等发达国家。目前，我国光谱、色谱等仪器的生产，主要分布在以下企业：普析通用：产品涉及光谱、质谱、色谱等，以光谱为主，包括各类AAS、各类UVS、各类原子荧光光度计和形态分析仪器;海光：是中国最早的原子荧光光度计生产企业，其原子荧光光度计市场保有量已达到数万台。近年来，不断推出新品，同时也在生产AAS和测汞仪、流动注射等;福立：色谱仪器以GC为主，包括AAS、UVS等;天瑞：产品涉及光谱、色谱、质谱等;聚光：产品涉及光谱、色谱、质谱等，以环保仪器为主;瑞利：光谱产品包括-AAS、原子荧光光度计、UVS、多通道直读光谱仪器等，以及生化仪器;特别是两家新上市(新三板)的企业：海能、福立，前景非常广阔。此外，还有南京简智、合肥领谱、北京西派特、上海如海光电等拉曼光谱厂商发展势头也很好。近年来，我国每年巨额的科研固定资产投资中，有60%用于设备进口，部分领域高端仪器100%依赖进口。但是外国人大量赚中国人钱的仪器，不是那些高端的仪器，而是那些普及型、常规型的基础光谱、色谱仪器。例如：各种紫外仪器(年需求量约10000台以上)、原子吸收(年需求量约4500台以上)、原子荧光光度计(需求量每年3000台左右)、液相色谱(年需求量约10000台以上，可惜中国有20多家企业生产HPLC。但是，市场占有率只有20%左右)、气相色谱(年需求量约15000台以上)。这些常规仪器需求量很大，它们是外商赚中国人钱的主要目标。虽然特别高端的仪器市场没有常规仪器大。例如：高端激光Raman、高端原子吸收、高端傅里叶红外、高端质谱等等。它们的市场小，赚钱很有限。但是，它们是科研创新的先行或首要条件之一，我们仍应该高度重视之。据作者所知，近几年来，我国光谱、色谱、质谱等仪器的研究和开发取得了很多成果。例如：国家“十二五”的重大攻关项目：国际首创的便携式薄层扫描-激光拉曼光谱联用仪、国际先进的ICP-MS、国际先进的飞行时间质谱、国际首创的高效微流电色谱等，都已经通过国家验收。此外，普析通用的T10系列紫外可见分光光度计、A3型AAS，海光、普析、瑞利等的原子荧光、形态分析仪；聚光的智能型便携式直读光谱仪和环保仪器、在线检测仪器，屹尧、海能的定氮仪、微波消解仪，浙江福立的GC，禾信的飞行时间质谱，简智及西派特的拉曼等都达国际先进水平。我们应该看到这些成就，不要迷信国外产品，要有自信。现实情况并不是像外国人或某些中国人说的“中国的仪器总是比外国的差”。虽然我们在高端仪器方面确实存在一些问题，例如：高端质谱、高端色质联用、高端傅里叶红外、高端激光拉曼等差距很大。但是有很多国产常规、普及型的仪器大大优于进口仪器。除前面讲的那些国产仪器外，还有很多很多，中国人要为中国争气。我们要努力开发更多的、市场需求的、可靠性好的、常规仪器产品。声明：本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。
