科學(xué)測(cè)試 分析技術(shù)及科學(xué)儀器發(fā)展

引言
科學(xué)儀器的應(yīng)用領(lǐng)域涉及科研、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境、醫(yī)療等各個(gè)環(huán)節(jié)，幾乎*；科學(xué)儀器作為采集信息的源頭，對(duì)于其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有巨大的“指導(dǎo)”和“帶動(dòng)”作用。同時(shí)，科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)屬于國(guó)家“十二五”規(guī)劃中所列的制造業(yè)，其發(fā)展離不開光學(xué)、機(jī)械、真空、電子、精密加工、材料科學(xué)、化學(xué)以及軟件等眾多行業(yè)的支撐。因此，科學(xué)儀器的創(chuàng)新及制造和應(yīng)用水平反映了一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展和工業(yè)發(fā)展的實(shí)力。
歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家早已把發(fā)展科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)提到了國(guó)家戰(zhàn)略的高度，建立了一套系統(tǒng)、完備的支持計(jì)劃。我國(guó)從“九五”期間開始逐漸加強(qiáng)了對(duì)科學(xué)儀器產(chǎn)業(yè)的重視，將“科學(xué)儀器研制與開發(fā)”列入了科技攻關(guān)項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部以及中科院都設(shè)立科學(xué)儀器創(chuàng)新研制專項(xiàng)。隨著國(guó)家對(duì)科技投入的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)的科研裝備水平有了明顯提高,但是科研裝備自主創(chuàng)新能力低的狀況沒有得到根本改變。我國(guó)科學(xué)儀器市場(chǎng)平均每年以超過10%的速度在增長(zhǎng)，一些熱門的科學(xué)儀器（如質(zhì)譜）每年的增長(zhǎng)率超過了25%。雖然國(guó)產(chǎn)科學(xué)儀器在中低端所占的比重越來越大，但是對(duì)科學(xué)儀器的需求幾乎100%依賴進(jìn)口。
本文僅對(duì)近三年國(guó)內(nèi)外發(fā)展速度較快、涉及面較廣、技術(shù)影響較大的幾類主要技術(shù)和儀器進(jìn)行簡(jiǎn)要的綜述，旨在為政府相關(guān)部門和科學(xué)儀器相關(guān)企業(yè)的決策提供參考。
（一）主要發(fā)展趨勢(shì)
（1）發(fā)展小型化、便攜式、現(xiàn)場(chǎng)分析儀器
科學(xué)儀器一直以來都在向小型化和便捷式方向發(fā)展，今年來這種變化趨勢(shì)更加明顯。小型化和便捷式儀器一方面可以節(jié)約能源與試劑消耗，另一方面，食品安全、環(huán)境應(yīng)急檢測(cè)、公共場(chǎng)所安全檢測(cè)、原材料現(xiàn)場(chǎng)篩選以及工業(yè)在線監(jiān)測(cè)等對(duì)于小型化和便捷式儀器有強(qiáng)烈的需求。例如，江蘇天瑞針對(duì)原材料現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、野外礦石快速篩選等領(lǐng)域開發(fā)了手持式XRF，北京北分瑞利針對(duì)環(huán)境、食品等樣品中的有害元素檢測(cè)推出了小型化原子吸收光譜儀，聚光科技針對(duì)環(huán)境氣體快速檢測(cè)推出了便捷式離子阱質(zhì)譜儀、北京東西分析、普析通用、安捷倫等推出了車載現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器。國(guó)外儀器公司如海洋光學(xué)、必達(dá)泰克以及愛萬提斯等推出了越來越小的微型光纖光譜儀，歐普?qǐng)D斯推出的便捷式拉曼光譜儀甚至只有手掌大小，布魯克和安捷倫都推出了小型化的、重量只有3-4kg紅外光譜儀。
（2）發(fā)展穩(wěn)定可靠的、在線檢測(cè)和監(jiān)測(cè)儀器
通用科學(xué)儀器功能全面，但是也存在操作復(fù)雜，很多功能閑置等問題，不適宜在工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用。隨著我國(guó)工業(yè)水平不斷提高以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需求，大量的科學(xué)儀器從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。這類儀器是否能夠在數(shù)月甚至常年提供連續(xù)、穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。典型的儀器，如寧波理工監(jiān)測(cè)變壓器色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)*位居全國(guó)*：上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司自主開發(fā)的全自動(dòng)在線過程氣體質(zhì)譜分析儀是我國(guó)產(chǎn)業(yè)化的在線氣體質(zhì)譜分析儀。隨著“物聯(lián)網(wǎng)”概念逐漸走向?qū)嵱没?，作為信息提取的終端設(shè)備，提高儀器（或傳感
器）的專一性、可靠性、在線監(jiān)測(cè)能力更是至關(guān)重要。
（3）發(fā)展快速、高通量?jī)x器
隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，分析測(cè)試人員需要測(cè)試的樣品越來越多，這就要求科學(xué)儀器不僅有越來越快的測(cè)試速度，而且要同時(shí)處理大量的數(shù)據(jù)。在藥物開發(fā)方面，以前一個(gè)月鑒定一個(gè)代謝物，現(xiàn)有要求每天至少要能夠鑒定7個(gè)代謝物，否則整個(gè)環(huán)節(jié)都要停下來，快速高通量液質(zhì)聯(lián)用儀在這方面功不可沒。在生命科學(xué)方面，發(fā)展、高靈敏度分析鑒定新方法已經(jīng)成為蛋白質(zhì)科學(xué)研究亟待解決的問題，微流控分析技術(shù)為低豐度蛋白質(zhì)的快速準(zhǔn)確鑒定提供了新的思路。從常規(guī)液相到超液相色譜的轉(zhuǎn)變是為了適應(yīng)更高的分析通量。
（4）樣品前處理技術(shù)越來越重要
當(dāng)前面臨的樣品越來越復(fù)雜，對(duì)樣品前處理技術(shù)的要求也越來越高。近年來國(guó)內(nèi)外在樣品前處理方面研究的熱點(diǎn)主要集中在綠色技術(shù)、含脂肪和蛋白質(zhì)基質(zhì)中農(nóng)獸藥殘及生物毒素的快速提取以及自動(dòng)化、高通量和快速現(xiàn)場(chǎng)處理樣品。
（一）我國(guó)近期科學(xué)儀器相關(guān)技術(shù)與儀器研制重要成果
1． 近年來我國(guó)科學(xué)儀器相關(guān)技術(shù)成果 吉林大學(xué)林君課題組研制出我國(guó)*套磁共振（MRS）找水儀科研樣機(jī)，所研制的科研樣機(jī)能夠可靠地測(cè)量出地下150M深度以內(nèi)的地下水核磁其振信號(hào)，叮以在不打井的前提下測(cè)出地F含水層數(shù)、含水層位置和厚度、含水量和孔隙度等水文地質(zhì)參數(shù)，在吉林省扶余縣五家站鄉(xiāng)和弓棚子鄉(xiāng)垂直于松花江的一條長(zhǎng)達(dá)10KM的測(cè)線上，測(cè)到了從40-110M不同深度的地下水體，使我國(guó)成為擁有該項(xiàng)技術(shù)的少數(shù)幾個(gè)國(guó)家之一。 杭州電子科技大學(xué)陳鷹課題組完成“深海環(huán)境探測(cè)與采樣裝備技術(shù)”項(xiàng)目，研制了國(guó)內(nèi)*臺(tái)深海熱液保壓采樣器，自主研發(fā)*臺(tái)天然氣水合物保真取樣器，使我國(guó)在深海2300M深處熱液地區(qū)采到保相熱液樣品，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)深海熱液地區(qū)的化學(xué)、物理量的長(zhǎng)期觀測(cè)，獲得了大量數(shù)據(jù)。將研究深海流體控制器件所獲得的高壓密封、微小流動(dòng)控制等技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)高壓電液控制元件產(chǎn)業(yè)化中。 中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所田捷課題組完成項(xiàng)目“小動(dòng)物多模態(tài)光學(xué)分子影像成像方法和系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了反映細(xì)胞分子水平生理病理變化的熒光光源的快速在體重建，克服了由生物體非勻質(zhì)特性導(dǎo)致的重建精度低的問題。該項(xiàng)目獲得授權(quán)發(fā)明23項(xiàng)，其中PCT1項(xiàng)，軟件著作權(quán)18項(xiàng)，基于本項(xiàng)目發(fā)明成果研制的相應(yīng)成像系統(tǒng)，已實(shí)現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)移并在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了推廣應(yīng)用，完成了系列化在體生理病理和藥效評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。西安交通大學(xué)蔣莊德課題組完成了項(xiàng)目“產(chǎn)品復(fù)雜曲面數(shù)字化精密測(cè)量技術(shù)及其系列測(cè)量裝備”，突破了產(chǎn)品復(fù)雜曲面數(shù)字化精密測(cè)量的技術(shù)瓶頸，大大提高了產(chǎn)品復(fù)雜曲面數(shù)字化測(cè)量的效率，開發(fā)了系列數(shù)字化精密測(cè)量裝備，產(chǎn)品的性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。該項(xiàng)目開發(fā)的系列測(cè)量裝備已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，在全國(guó)多個(gè)省市的航空、航天、機(jī)械、電子及國(guó)防等多個(gè)行業(yè)推廣應(yīng)用，并出口韓國(guó)、印度籍新加波等國(guó)家，核心產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)*超過30%，且市場(chǎng)需求強(qiáng)勁，已產(chǎn)生顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。