一.加速分析儀器發展刻不容緩
據美國國家工業(yè)技(jì)術研(yán)究院(NIST)統計,美國每天要完成2.5億個檢測,需要大量種類繁多的分析(xī)和檢測儀器。上世紀90年代初,美國商業部國家標準局(NBS)評估(gū)儀器儀表工業對美國國民經(jīng)濟總產(chǎn)值(GNP)的影響作用的調(diào)查報告就稱:儀器儀表工業總產值雖隻占工業總產值的4%,但它對國民經濟的影響高達66%。
值得欣(xīn)慰的是我國分析化學界對此有(yǒu)著清醒的認識。早在1995年6月,就召開了“21世紀(jì)的分析科學(xué)”香山學術討論會。這是一次具有曆史意義的會議(yì)。香山會議在討論發展分析科學與發展我國分析儀器(qì)工業的關係時,與會學者強烈支持(chí)盧嘉錫(xī)等(děng)20位院士(shì)提出(chū)的“振(zhèn)興中國儀器儀表工業”建議。認為分析科學水平位居(jū)世界前列的先進(jìn)國家基本上均是分析儀(yí)器生產大國,其分(fèn)析儀器的產(chǎn)值在國(guó)民生產總值(zhí)與對外貿易總額中占有相當的額度。我國分析儀器的發展尚處在比較落後狀態,我(wǒ)國科研上的投入有大量資金消(xiāo)耗在引進國外分(fèn)析儀器(qì)上。與會(huì)者呼籲:大力支持以我國分析(xī)工作者自(zì)己的新學術思想構思為根基的分析測試係統的研製,積極(jí)發展有關分析儀器(qì)智能(néng)化等方麵的化學計量學(xué)與接口技(jì)術研究,努力促進適合(hé)我國國情(qíng)與具(jù)有本國特色的新型分析儀器的研(yán)製(zhì);應鼓勵分析儀器生產(chǎn)廠家利用和進一(yī)步開發分(fèn)析科學工作者創(chuàng)造的新分析儀(yí)器係統,對他們將科研成果轉化為(wéi)生產力的努力給予(yǔ)支持與鼓勵,而對購置進口分析儀器,以及盲目引進我國分析工作者(zhě)有能力(lì)研製的(de)分析儀器生產線要進行限製(zhì)。建議考(kǎo)慮對分析科學在這方麵的研究工作實施基(jī)金(jīn)扶持(chí),以及製定激勵本國分析儀(yí)器及相關工業(yè)發(fā)展的政策等。這(zhè)些認識及建議,具有前瞻性,可謂高屋建瓴;遺憾的是,我國相關決策及管理部門對此重視(shì)不足。
目前我(wǒ)國科學儀器總體水平與國際(jì)先進水(shuǐ)平已存在(zài)明顯的差距。自主(zhǔ)研發投入少,核心技術不多;市場巨大但卻主(zhǔ)要依靠進口,科學研究“空芯化”現象嚴重,使(shǐ)得我國科技創新麵臨十分不利的(de)局麵。
今年6月,中國儀器(qì)儀表學(xué)會等在北(běi)京人民大(dà)會堂(táng)舉辦了“儀器科學技術創(chuàng)新與發展??王大(dà)珩院士關於科學(xué)儀器重要思想報告會”。王老認為:儀器儀(yí)表看似(sì)“配角”實(shí)為“核心”。會議提出要以儀(yí)器科學技(jì)術創新與發(fā)展為著眼點,大力(lì)開展創新(xīn)方法研究,全麵提升自主創新能力;應當把儀器和機器放到同等地位上(shàng),把儀器工業與機械工業同等看(kàn)待。儀器(qì)是機械(xiè)學、電子學、光學、計算(suàn)機技術、材(cái)料科學、物理學、化學、生物學等學科和(hé)先進技術綜合(hé)作用下的高技術產(chǎn)物。會上,國家科技部劉燕華副(fù)部長強調指出:要將科學儀器設備自主創新擺在科技工作(zuò)的(de)突出(chū)位置。
8月,北京(jīng)召(zhào)開了“國產科(kē)學儀器應用、創新和產業化學術研(yán)討會”,與(yǔ)會代表近200人。科技部條財司吳波爾司長就(jiù)“大力發展科學儀器設備切實增強自主創新能力”作了(le)大會報告。在肯定我國科學儀(yí)器成績的(de)同(tóng)時也提出了不足,並為國產儀器設備發展指明了(le)的思路和方向。
我們應該(gāi)充(chōng)分認識到(dào)自主研發科學儀(yí)器意義重大。從某種意義上說,誰掌握了最先進的科學儀器,誰(shuí)就掌握了科技發展的優先權、人民健康的保障權、商業標準的製定權以及(jí)突發事(shì)件(jiàn)的主動控製(zhì)權。因此,加速分(fèn)析(xī)儀器發展,刻(kè)不容緩。
二(èr).發展(zhǎn)分析儀(yí)器需(xū)要思(sī)路創新
分析檢測(cè)技術和分(fèn)析儀器是人類認(rèn)識自然、了解(jiě)物質構(gòu)成及其變化必不可少的技(jì)術手段,是人類感(gǎn)官功能(néng)的(de)延伸和發(fā)展。100多(duō)年來它(tā)伴(bàn)隨著科技和社會發展而不斷進步,同時,其發展又推動了科學技術的進步。
《國家中長期科學和技術發展規劃綱(gāng)要(2006?2020)》提出(chū),我們必須堅持(chí)“自主創新、重點跨越、支撐發展、引領未來”的方針,通過加強科學(xué)儀器自主研發,以及監測技術、檢測技術、測試技術、勘探測(cè)試技術等工作的戰略部署,采取原始創新、集成創新和引進消化吸收再創新等自主創(chuàng)新模(mó)式,結合學(xué)科發展和國家需求,進一步加強分(fèn)析(xī)儀器及裝備研(yán)究發展工作。同時指出,科學儀器自(zì)主創新在國家層麵上(shàng)的具體發展思路包括:1)要特別開展一些科學儀器的新原理、新設計、新工藝的(de)研究和開發;2)要充分(fèn)集成光學、機械、電子、計算機、物(wù)理、化學、生物等方麵力量,綜合運用激光、超導、納米、生物芯片、MEMS技術等高新技術,加強重要科學(xué)儀器的自主研發。攻克一批關鍵核(hé)心技(jì)術和核心部件,研製與生命科學、材料科學等新興領域相關的重(chóng)大科學儀器。研製涉及我國(guó)獨(dú)特資源和獨特環境的科學儀器,研製與(yǔ)大(dà)科學裝置配套的重要(yào)科學儀(yí)器;3)開展科學儀器升級改造技術研(yán)究開發,加強(qiáng)重要科學儀器消化吸收再創新,研究開發與現有(yǒu)科學儀器配套的關鍵部件,拓展現有科學儀器功能,提升其性能指標;4)高度重視科學儀器的輔助設備的研究開發(fā);5)加強科學儀器成果二(èr)次創新等。
而研發分(fèn)析(xī)儀器的思路創(chuàng)新首先應該建(jiàn)立在對現代分析化學理論及應用的科學理解基礎之上。所謂現代分析化學,一般認為是研究檢測物質組成、含量、結構及狀(zhuàng)態和研究解決各種化學(xué)理論及實際問題的測試方法及其相關理(lǐ)論的一門科學(分析科學)。針對複雜分(fèn)析化學問題,一般思路是先將複雜問題(tí)簡單化,分而析(xī)之,然後加以綜合。
各種分析方法的基礎一般可(kě)分為利用物質與場(chǎng)的相互作用、利(lì)用化學中(zhōng)的幾(jǐ)大矛盾(四(sì)大化學平衡、抗原與抗體、酶與底物、蛋白活性(xìng)激(jī)發與抑製)以及先分(fèn)離後檢測等多類。常(cháng)用的分離(lí)方法包括:揮發與蒸餾、沉(chén)澱與過(guò)濾、萃(cuì)取、經典色譜、離子交換、浮選、電(diàn)泳、膜分離等;此外,尚有(yǒu)離心、密度梯度、透析、電滲透等。現代分離方法包括:固(gù)相萃取與微萃取、超臨界(jiè)萃(cuì)取、微滴萃取、微波萃取、色譜分(fèn)離、毛細管電泳等。已有許多分析儀器就是利用上述方法原理研製發展起來(lái)的(de)。最常用的色譜類分析儀器就是先分離後測試相(xiàng)結合的實例。
現(xiàn)代分(fèn)析化學,不僅需(xū)要定性分析,更需要定量(liàng)分析;策略上,一般遵循相對分析原理。定性分析(xī),需要參照物,需要考慮(lǜ)專一性(選擇性)、靈敏度等;定量分析,則(zé)需要標準物(wù),需要考慮選擇性、線性範圍、檢測下限(xiàn)等品質因數。綜合考(kǎo)慮定量分析過程中涉及的標準樣、預(yù)測樣、測量原理、測量儀器以及(jí)測(cè)量選擇性、背景幹擾(rǎo)、基體效應等因素,我們認為,分(fèn)析儀器發展需要方(fāng)法學思路創新(xīn)。“數學分(fèn)離”可以成為研發分(fèn)析儀器的創新點,促進分析儀器跨越式發展。所謂“數(shù)學分離”,一般是指利用數學(xué)方法處理複雜體係的(de)複合響應信(xìn)號,以獲得複雜(zá)體係各組分相應特征(zhēng)信號,可(kě)進一步進行組分定性和定量分析,從而達到(dào)與先分離後分析相同的(de)效果。這一過程,又可稱作“數學分離”過(guò)程。“數學分離”一般基於三(sān)維數陣分析。利用“數學分離”與現代多通道測試手段(duàn)相結合,可以研發係列新型分析儀器。
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