科學測試 分析技術及科學儀器發(fā)展

引言
科學儀器的應用領域涉及科研、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、環(huán)境、醫(yī)療等各個環(huán)節(jié)，幾乎*；科學儀器作為采集信息的源頭，對于其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有巨大的“指導”和“帶動”作用。同時，科學儀器產(chǎn)業(yè)屬于國家“十二五”規(guī)劃中所列的制造業(yè)，其發(fā)展離不開光學、機械、真空、電子、精密加工、材料科學、化學以及軟件等眾多行業(yè)的支撐。因此，科學儀器的創(chuàng)新及制造和應用水平反映了一個國家的科技發(fā)展和工業(yè)發(fā)展的實力。
歐美等發(fā)達國家早已把發(fā)展科學儀器產(chǎn)業(yè)提到了國家戰(zhàn)略的高度，建立了一套系統(tǒng)、完備的支持計劃。我國從“九五”期間開始逐漸加強了對科學儀器產(chǎn)業(yè)的重視，將“科學儀器研制與開發(fā)”列入了科技攻關項目，國家自然科學基金、科技部以及中科院都設立科學儀器創(chuàng)新研制專項。隨著國家對科技投入的不斷增長，我國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。我國科學儀器市場平均每年以超過10%的速度在增長，一些熱門的科學儀器（如質(zhì)譜）每年的增長率超過了25%。雖然國產(chǎn)科學儀器在中低端所占的比重越來越大，但是對科學儀器的需求幾乎100%依賴進口。
本文僅對近三年國內(nèi)外發(fā)展速度較快、涉及面較廣、技術影響較大的幾類主要技術和儀器進行簡要的綜述，旨在為政府相關部門和科學儀器相關企業(yè)的決策提供參考。
（一）主要發(fā)展趨勢
（1）發(fā)展小型化、便攜式、現(xiàn)場分析儀器
科學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)境應急檢測、公共場所安全檢測、原材料現(xiàn)場篩選以及工業(yè)在線監(jiān)測等對于小型化和便捷式儀器有強烈的需求。例如，江蘇天瑞針對原材料現(xiàn)場檢測、野外礦石快速篩選等領域開發(fā)了手持式XRF，北京北分瑞利針對環(huán)境、食品等樣品中的有害元素檢測推出了小型化原子吸收光譜儀，聚光科技針對環(huán)境氣體快速檢測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)場檢測儀器。國外儀器公司如海洋光學、必達泰克以及愛萬提斯等推出了越來越小的微型光纖光譜儀，歐普圖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、在線檢測和監(jiān)測儀器
通用科學儀器功能全面，但是也存在操作復雜，很多功能閑置等問題，不適宜在工業(yè)領域廣泛使用。隨著我國工業(yè)水平不斷提高以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需求，大量的科學儀器從實驗室走向工業(yè)現(xiàn)場。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)至關重要。典型的儀器，如寧波理工監(jiān)測變壓器色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)*位居全國*：上海舜宇恒平科學儀器有限公司自主開發(fā)的全自動在線過程氣體質(zhì)譜分析儀是我國產(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備，提高儀器（或傳感
器）的專一性、可靠性、在線監(jiān)測能力更是至關重要。
（3）發(fā)展快速、高通量儀器
隨著科學技術與工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，分析測試人員需要測試的樣品越來越多，這就要求科學儀器不僅有越來越快的測試速度，而且要同時處理大量的數(shù)據(jù)。在藥物開發(fā)方面，以前一個月鑒定一個代謝物，現(xiàn)有要求每天至少要能夠鑒定7個代謝物，否則整個環(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)科學研究亟待解決的問題，微流控分析技術為低豐度蛋白質(zhì)的快速準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)變是為了適應更高的分析通量。
（4）樣品前處理技術越來越重要
當前面臨的樣品越來越復雜，對樣品前處理技術的要求也越來越高。近年來國內(nèi)外在樣品前處理方面研究的熱點主要集中在綠色技術、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化、高通量和快速現(xiàn)場處理樣品。
（一）我國近期科學儀器相關技術與儀器研制重要成果
1． 近年來我國科學儀器相關技術成果 吉林大學林君課題組研制出我國*套磁共振（MRS）找水儀科研樣機，所研制的科研樣機能夠可靠地測量出地下150M深度以內(nèi)的地下水核磁其振信號，叮以在不打井的前提下測出地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達10KM的測線上，測到了從40-110M不同深度的地下水體，使我國成為擁有該項技術的少數(shù)幾個國家之一。 杭州電子科技大學陳鷹課題組完成“深海環(huán)境探測與采樣裝備技術”項目，研制了國內(nèi)*臺深海熱液保壓采樣器，自主研發(fā)*臺天然氣水合物保真取樣器，使我國在深海2300M深處熱液地區(qū)采到保相熱液樣品，為我國實現(xiàn)深海熱液地區(qū)的化學、物理量的長期觀測，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、微小流動控制等技術應用于企業(yè)高壓電液控制元件產(chǎn)業(yè)化中。 中國科學院自動化研究所田捷課題組完成項目“小動物多模態(tài)光學分子影像成像方法和系統(tǒng)”，實現(xiàn)了反映細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)特性導致的重建精度低的問題。該項目獲得授權(quán)發(fā)明23項，其中PCT1項，軟件著作權(quán)18項，基于本項目發(fā)明成果研制的相應成像系統(tǒng)，已實現(xiàn)了技術轉(zhuǎn)移并在生物醫(yī)學領域得到了推廣應用，完成了系列化在體生理病理和藥效評價實驗，達到了預期的實驗效果。西安交通大學蔣莊德課題組完成了項目“產(chǎn)品復雜曲面數(shù)字化精密測量技術及其系列測量裝備”，突破了產(chǎn)品復雜曲面數(shù)字化精密測量的技術瓶頸，大大提高了產(chǎn)品復雜曲面數(shù)字化測量的效率，開發(fā)了系列數(shù)字化精密測量裝備，產(chǎn)品的性能指標達到國外同類產(chǎn)品先進水平。該項目開發(fā)的系列測量裝備已實現(xiàn)批量生產(chǎn)，在全國多個省市的航空、航天、機械、電子及國防等多個行業(yè)推廣應用，并出口韓國、印度籍新加波等國家，核心產(chǎn)品的國內(nèi)*超過30%，且市場需求強勁，已產(chǎn)生顯著的社會經(jīng)濟效益。