的主流產(chǎn)品為促進(jìn)跨越式發(fā)展須創(chuàng)新分析儀器的研發(fā)思路儀器儀

一.加速分析儀器發(fā)展刻不容緩
　　據(jù)美國(guó)工業(yè)技術(shù)研究院(NIST)統(tǒng)計(jì)，如要求產(chǎn)品反應(yīng)速度更快、靈敏度更高、穩(wěn)定性更好、檢測(cè)微損甚至無損、遙感遙測(cè)遙控距離更遠(yuǎn)、使用更方便、成本更低廉、無污染等，美國(guó)每天要完成2.5億個(gè)檢測(cè)，同時(shí)也為儀器儀表科技與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的推動(dòng)力，需要大量種類繁多的分析和檢測(cè)儀器。上世紀(jì)90年代初，并成為儀器儀表進(jìn)一步發(fā)展的物質(zhì)、知識(shí)和技術(shù)基礎(chǔ)。 　　近十年來，美國(guó)商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NBS)評(píng)估儀器儀表工業(yè)對(duì)美國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值(GNP)的影響作用的調(diào)查報(bào)告就稱：儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值雖只占工業(yè)總產(chǎn)值的4%，包括納米級(jí)的緊密精密機(jī)械研究成果、分子層次的現(xiàn)代化學(xué)研究成果、基因?qū)哟蔚纳飳W(xué)研究成果、新型傳感器技術(shù)與智能化技術(shù)研究成果，但它對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響高達(dá)66%。
　　值得欣慰的是我國(guó)分析化學(xué)界對(duì)此有著清醒的認(rèn)識(shí)。早在1995年6月，以及高精密超性能特種功能材料研究成果和全球網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推廣應(yīng)用成果等在內(nèi)的批當(dāng)代最新科技成果的問世，就了“21世紀(jì)的分析科學(xué)”香山學(xué)術(shù)討論會(huì)。這是一次具有歷史意義的會(huì)議。香山會(huì)議在討論發(fā)展分析科學(xué)與發(fā)展我國(guó)分析儀器工業(yè)的關(guān)系時(shí)，使儀器儀表領(lǐng)域發(fā)生了根本性的變革。這些成果不僅成了現(xiàn)代儀器儀表科技及其產(chǎn)業(yè)賴以生存與發(fā)展的土壤、基礎(chǔ)、支撐與動(dòng)力，與會(huì)學(xué)者強(qiáng)烈支持盧嘉錫等20位院士提出的“振興儀器儀表工業(yè)”建議。認(rèn)為分析科學(xué)水平位居世界前列的先進(jìn)基本上均是分析儀器生產(chǎn)大國(guó)，而且還正在迅速改變儀器儀表的工作原理與本質(zhì)特性，其分析儀器的產(chǎn)值在國(guó)民生產(chǎn)總值與對(duì)外貿(mào)易總額中占有相當(dāng)?shù)念~度。我國(guó)分析儀器的發(fā)展尚處在比較落后狀態(tài)，并使其具備和擁有了傳統(tǒng)儀器儀表根本無法涉及與實(shí)現(xiàn)的眾多的、全新的、超高的功能?？梢哉f，我國(guó)科研上的投入有大量資金消耗在引進(jìn)國(guó)外分析儀器上。與會(huì)者呼吁：大力支持以我國(guó)分析工作者自己的新學(xué)術(shù)思想構(gòu)思為根基的分析測(cè)試系統(tǒng)的研制，現(xiàn)代儀器儀表產(chǎn)品已成為最具典型的高科技產(chǎn)品?！　∧壳?，積極發(fā)展有關(guān)分析儀器智能化等方面的化學(xué)計(jì)量學(xué)與接口技術(shù)研究，它不但已經(jīng)完全突破了傳統(tǒng)的光、機(jī)、電的框架，努力促進(jìn)適合我國(guó)國(guó)情與具有本國(guó)特色的新型分析儀器的研制;應(yīng)鼓勵(lì)分析儀器生產(chǎn)廠家利用和進(jìn)一步分析科學(xué)工作者創(chuàng)造的新分析儀器系統(tǒng)，向著計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多功能化的方向迅速發(fā)展，對(duì)他們將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的努力給予支持與鼓勵(lì)，而且由于大量采用高新科學(xué)技術(shù)的研究成果、跨學(xué)科的綜合設(shè)計(jì)、高精尖的制造技術(shù)與嚴(yán)格科學(xué)的實(shí)際應(yīng)用，而對(duì)購置進(jìn)口分析儀器，正朝著更高速、更靈敏、更可靠、更簡(jiǎn)捷地獲取被分析、檢測(cè)、控制對(duì)象全方位信息的方向發(fā)展?！　∠嚓P(guān)人士表示，以及盲目引進(jìn)我國(guó)分析工作者有能力研制的分析儀器生產(chǎn)線要進(jìn)行限制。建議考慮對(duì)分析科學(xué)在這方面的研究工作實(shí)施基金扶持，高科技化不但是現(xiàn)代儀器儀表的主要特征，以及制定激勵(lì)本國(guó)分析儀器及相關(guān)工業(yè)發(fā)展的政策等。這些認(rèn)識(shí)及建議，而且是振興儀器儀表工業(yè)的必由之路，具有前瞻性，也是新世紀(jì)儀器儀表科技及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主流。 ，可謂高屋建瓴;遺憾的是，我國(guó)相關(guān)決策及管理門對(duì)此重視不足。
　　目前我國(guó)科學(xué)儀器總體水平與國(guó)際先進(jìn)水平已存在明顯的差距。自主研發(fā)投入少，核心技術(shù)不多;市場(chǎng)巨大但卻主要依靠進(jìn)口，科學(xué)研究“空芯化”現(xiàn)象嚴(yán)重，使得我國(guó)科技創(chuàng)新面臨十分不利的面。
　　今年6月，儀器儀表學(xué)會(huì)等在北京堂舉辦了“儀器科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展――王大珩院士關(guān)于科學(xué)儀器重要思想報(bào)告會(huì)”。王老認(rèn)為：儀器儀表看似“配角”實(shí)為“核心”。會(huì)議提出要以儀器科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展為著眼點(diǎn)，大力開展創(chuàng)新方法研究，全面提升自主創(chuàng)新能力;應(yīng)當(dāng)把儀器和機(jī)器放到同等地位上，把儀器工業(yè)與機(jī)械工業(yè)同等看待。儀器是機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科和先進(jìn)技術(shù)綜合作用下的高技術(shù)產(chǎn)物。會(huì)上，科技劉燕華副長(zhǎng)強(qiáng)調(diào)指出：要將科學(xué)儀器設(shè)備自主創(chuàng)新擺在科技工作的突出位置。
　　8月，北京了“國(guó)產(chǎn)科學(xué)儀器應(yīng)用、創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化學(xué)術(shù)研討會(huì)”，與會(huì)代表近200人?？萍紬l財(cái)司吳波爾司長(zhǎng)就“大力發(fā)展科學(xué)儀器設(shè)備切實(shí)增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力”作了報(bào)告。在肯定我國(guó)科學(xué)儀器成績(jī)的同時(shí)也提出了不足，并為國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備發(fā)展指明了的思路和方向。
　　我們應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到自主研發(fā)科學(xué)儀器意義重大。從某種意義上說，誰掌握了最先進(jìn)的科學(xué)儀器，誰就掌握了科技發(fā)展的優(yōu)先權(quán)、健康的保障權(quán)、商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定權(quán)以及突發(fā)事件的主動(dòng)控制權(quán)。因此，加速分析儀器發(fā)展，刻不容緩。

二.發(fā)展分析儀器需要思路創(chuàng)新
　　分析檢測(cè)技術(shù)和分析儀器是人類認(rèn)識(shí)自然、了解物質(zhì)構(gòu)成及其變化必不可少的技術(shù)手段，是人類感官功能的延伸和發(fā)展。100多年來它伴隨著科技和社會(huì)發(fā)展而不斷進(jìn)步，同時(shí)，其發(fā)展又推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。
　　《中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006―2020)》提出，我們必須堅(jiān)持“自主創(chuàng)新、重點(diǎn)跨越、支撐發(fā)展、引領(lǐng)未來”的方針，通過加強(qiáng)科學(xué)儀器自主研發(fā)，以及監(jiān)測(cè)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、勘探測(cè)試技術(shù)等工作的署，采取原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新等自主創(chuàng)新模式，結(jié)合學(xué)科發(fā)展和需求，進(jìn)一步加強(qiáng)分析儀器及裝備研究發(fā)展工作。同時(shí)指出，科學(xué)儀器自主創(chuàng)新在層面上的具體發(fā)展思路包括：1)要特別開展一些科學(xué)儀器的新原理、新設(shè)計(jì)、新工藝的研究和;2)要充分集成光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、物理、化學(xué)、生物等方面力量，綜合運(yùn)用激光、超導(dǎo)、納米、生物芯片、MEMS技術(shù)等高新技術(shù)，加強(qiáng)重要科學(xué)儀器的自主研發(fā)。攻克一批關(guān)鍵核心技術(shù)和核心件，研制與生命科學(xué)、材料科學(xué)等新興領(lǐng)域相關(guān)的重大科學(xué)儀器。研制涉及我國(guó)獨(dú)特資源和獨(dú)特環(huán)境的科學(xué)儀器，研制與大科學(xué)裝置配套的重要科學(xué)儀器;3)開展科學(xué)儀器升級(jí)改造技術(shù)研究，加強(qiáng)重要科學(xué)儀器消化吸收再創(chuàng)新，研究與現(xiàn)有科學(xué)儀器配套的關(guān)鍵件，拓展現(xiàn)有科學(xué)儀器功能，提升其性能指標(biāo);4)高度重視科學(xué)儀器的輔助設(shè)備的研究;5)加強(qiáng)科學(xué)儀器成果二次創(chuàng)新等。
　　而研發(fā)分析儀器的思路創(chuàng)新首先應(yīng)該建立在對(duì)現(xiàn)代分析化學(xué)理論及應(yīng)用的科學(xué)理解基礎(chǔ)之上。所謂現(xiàn)代分析化學(xué)，一般認(rèn)為是研究檢測(cè)物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)及狀態(tài)和研究解決各種化學(xué)理論及實(shí)際問題的測(cè)試方法及其相關(guān)理論的一門科學(xué)(分析科學(xué))。針對(duì)復(fù)雜分析化學(xué)問題，一般思路是先將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，分而析之，然后加以綜合。
　　各種分析方法的基礎(chǔ)一般可分為利用物質(zhì)與場(chǎng)的相互作用、利用化學(xué)中的幾大矛盾(化學(xué)平衡、抗原與抗體、酶與底物、蛋白活性激發(fā)與抑制)以及先分離后檢測(cè)等多類。常用的分離方法包括：揮發(fā)與蒸餾、沉淀與過濾、萃取、經(jīng)典色譜、離子交換、浮選、電泳、膜分離等;此外，尚有離心、密度梯度、透析、電滲透等?，F(xiàn)代分離方法包括：固相萃取與微萃取、超臨界萃取、微滴萃取、微波萃取、色譜分離、毛細(xì)管電泳等。已有許多分析儀器就是利用上述方法原理研制發(fā)展起來的。最常用的色譜類分析儀器就是先分離后測(cè)試相結(jié)合的實(shí)例。
　　現(xiàn)代分析化學(xué)，不僅需要定性分析，更需要定量分析;策略上，一般遵循相對(duì)分析原理。定性分析，需要參照物，需要考慮專一性(選擇性)、靈敏度等;定量分析，則需要標(biāo)準(zhǔn)物，需要考慮選擇性、線性范圍、檢測(cè)下限等品質(zhì)因數(shù)。綜合考慮定量分析過程中涉及的標(biāo)準(zhǔn)樣、預(yù)測(cè)樣、測(cè)量原理、測(cè)量?jī)x器以及測(cè)量選擇性、背景干擾、基體效應(yīng)等因素，我們認(rèn)為，分析儀器發(fā)展需要方法學(xué)思路創(chuàng)新?！皵?shù)學(xué)分離”可以成為研發(fā)分析儀器的創(chuàng)新點(diǎn)，促進(jìn)分析儀器跨越式發(fā)展。所謂“數(shù)學(xué)分離”，一般是指利用數(shù)學(xué)方法處理復(fù)雜體系的復(fù)合響應(yīng)信號(hào)，以獲得復(fù)雜體系各組分相應(yīng)特征信號(hào)，可進(jìn)一步進(jìn)行組分定性和定量分析，從而達(dá)到與先分離后分析相同的效果。這一過程，又可稱作“數(shù)學(xué)分離”過程?！皵?shù)學(xué)分離”一般基于三維數(shù)陣分析。利用“數(shù)學(xué)分離”與現(xiàn)代多通道測(cè)試手段相結(jié)合，可以研發(fā)系列新型分析儀器。

三.我們實(shí)施分析儀器跨越式發(fā)展的若干思考
　　2004年2月20日上午，2003年度科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)在堂隆重舉行，本課題組“復(fù)雜體系成分分析及波譜結(jié)構(gòu)解析的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究”科研成果獲得自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。這一成果后被評(píng)為2004年度分析測(cè)試及儀器行業(yè)新聞之一。其第一分內(nèi)容主要就是這里強(qiáng)調(diào)的“數(shù)學(xué)分離”及其應(yīng)用。
　　最近十多年來，我們綜合利用現(xiàn)代分析分離技術(shù)，結(jié)合研究應(yīng)用數(shù)學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域最新成果，研究利用化學(xué)系統(tǒng)信息結(jié)構(gòu)特征，在化學(xué)計(jì)量學(xué)基礎(chǔ)研究中取得了較深入的創(chuàng)新性成果。我們打開了現(xiàn)代分析科學(xué)中三維數(shù)陣分析理論及應(yīng)用研究的新面，拓展了化學(xué)計(jì)量學(xué)研究領(lǐng)域。率先規(guī)范了三維數(shù)陣分析研究的理論平臺(tái)，提議改善了三維數(shù)陣科學(xué)的符號(hào)體系，發(fā)現(xiàn)了三線性模型的循環(huán)對(duì)稱性，規(guī)范了模型及方法的分類，開展了三維數(shù)陣化學(xué)秩估計(jì)新方法研究?；诮惶孀钚《嗽?，提出了交替三線性分解算法及以此為基礎(chǔ)的張量校正法和張量標(biāo)準(zhǔn)加入法等，建立了優(yōu)勢(shì)突出的自加權(quán)交替三線性分解、交替懲罰三線性分解、交替不對(duì)稱三線性分解等系列新方法及新算法，進(jìn)一步改善了三維數(shù)陣分解的唯一性理論，倡導(dǎo)并力行以“數(shù)學(xué)分離”代替或增強(qiáng)化學(xué)和物理分離，在解決復(fù)雜體系快速同時(shí)定量分析和化學(xué)動(dòng)力學(xué)過程近實(shí)時(shí)解析等分析難題中獲得突破，發(fā)展了現(xiàn)代分析化學(xué)定量分析新理論，也為研制新型分析儀器提供了新的設(shè)計(jì)依據(jù)。我們認(rèn)為，將多維數(shù)陣分析方法如張量校正等方法與高維分析儀器共同組成量測(cè)手段是解決環(huán)境、材料、生命等科學(xué)中一些復(fù)雜多組分體系以及化學(xué)動(dòng)力學(xué)體系的分辨解析、定量分析等問題的最有效途徑之一，具有經(jīng)濟(jì)、快速、準(zhǔn)確、近實(shí)時(shí)、功能強(qiáng)大等優(yōu)勢(shì)。我們利用該法所特有“二階優(yōu)勢(shì)”，可直接用于未知干擾共存下待測(cè)多組分的同時(shí)快速定性定量分析，用于復(fù)雜體系動(dòng)力學(xué)過程中多組分的近實(shí)時(shí)表征和同時(shí)分辨解析。這將對(duì)化學(xué)各分支學(xué)科，其中特別是生物化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、藥物化學(xué)等學(xué)科帶來較大影響，為直接解決這些分支學(xué)科中的實(shí)際分析難題提供有力武器，同時(shí)，可使分析化學(xué)計(jì)量學(xué)與現(xiàn)代儀器分析新技術(shù)實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，為構(gòu)建新一代高性能化分析儀器奠定基礎(chǔ)。
　　我們建立的三維數(shù)陣分析及張量校正分析等方面的一些新方法，正逐步得到國(guó)際同行的認(rèn)同。有關(guān)代表性論文獲得“分析化學(xué)百科全書”綜述文章的較大篇幅引用。這篇由國(guó)際化學(xué)計(jì)量學(xué)學(xué)會(huì)創(chuàng)始人和前會(huì)長(zhǎng)、美國(guó)華盛頓大學(xué)B.R. Kowalski教授等所撰寫的綜述對(duì)此給予較高評(píng)價(jià)。有關(guān)研究成果已被“Factor Analysis in Chemistry”這一國(guó)際分析化學(xué)界名著的第三版以新增章節(jié)形式獨(dú)立介紹。該書以長(zhǎng)達(dá)4頁的顯著篇幅介紹了我們的多個(gè)三線性分辨及校正新方法。
　　國(guó)際上已有阿根廷、巴西、加拿大、美國(guó)、西班牙、荷蘭、丹麥、意大利、日本、伊朗等學(xué)術(shù)小組，通過研究表明，本實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的三線性分解算法及二階校正方法等是國(guó)際上同類工作中性能最好者之一。美國(guó)分析化學(xué)雙年綜述評(píng)論也多次給予較高評(píng)價(jià)。海外Wiley 網(wǎng)站專門報(bào)導(dǎo)了本實(shí)驗(yàn)室工作，給予高度評(píng)價(jià)。近期，由阿根廷、西班牙、荷蘭、巴西等四國(guó)著名分析化學(xué)家應(yīng)邀共同撰寫的發(fā)表在Trends on Analytical Chemistry的一篇有關(guān)三線性分解及二階校正的最新專題綜述，引用136篇文獻(xiàn)，其中本實(shí)驗(yàn)室提出新方法的文獻(xiàn)占11篇，國(guó)外其他實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用本實(shí)驗(yàn)室建立的方法解決其實(shí)際問題的文獻(xiàn)有8篇。文章認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)室工作處于國(guó)際定量分析化學(xué)(二階校正)理論及應(yīng)用的研究前沿。
　　鑒于我們已經(jīng)取得的研究成果和影響，我們完全有理由相信，通過發(fā)揮我們的分析化學(xué)方法學(xué)研究?jī)?yōu)勢(shì)，可以創(chuàng)新分析儀器研發(fā)思路，研制系列新型分析儀器，促進(jìn)分析儀器產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展。
　　首先在層面上，我們應(yīng)該面向分析化學(xué)實(shí)際問題，進(jìn)行分析儀器方法學(xué)創(chuàng)新，把“數(shù)學(xué)分離”作為分析儀器創(chuàng)新的著眼點(diǎn);研制“數(shù)學(xué)分離”模塊，作為分析儀器的關(guān)鍵件之一，使其成為具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分析儀器的必要組合件，實(shí)現(xiàn)分析儀器系統(tǒng)的整體優(yōu)化或簡(jiǎn)化;可根據(jù)實(shí)際問題的不同分析對(duì)象、不同分析原理、不同分析范圍等，研制相應(yīng)的通用或?qū)Ｓ眯约酥练治鰞x器，實(shí)現(xiàn)分析儀器系列化生產(chǎn)。
　　在戰(zhàn)術(shù)層面上，我們首先可以開展如下工作：1)研制便攜式智能(三線性)熒光分析儀;2)研制醫(yī)用藥物熒光定量分析儀;3)研制系列通用或?qū)Ｓ脽晒舛糠治鰞x;4)研制多維色譜數(shù)據(jù)處理性能增強(qiáng)模塊，如進(jìn)行重疊峰待測(cè)組分定量分析、全二維色譜三維漂移扣除/定量分析等。
　　總之，我們一定要抓住我國(guó)目前分析儀器發(fā)展這一機(jī)遇，獨(dú)辟蹊徑，以“數(shù)學(xué)分離”作為亮點(diǎn)，創(chuàng)新分析儀器研發(fā)思路，研制系列新型分析儀器，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)分析儀器產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展，做出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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