科学测试 分析技术及科学仪器发展
引言
科学仪器的应用领域涉及科研、工业、农业、食品、环境、医疗等各个环节，几乎无所不在；科学仪器作为采集信息的源头，对于其他产业的发展具有巨大的“指导”和“带动”作用。同时，科学仪器产业属于国家“十二五”规划中所列的高端制造业，其发展离不开光学、机械、真空、电子、精密加工、材料科学、化学以及软件等众多行业的支撑。因此，科学仪器的创新及制造和应用水平反映了一个国家的科技发展和工业发展的实力。
欧美等发达国家早已把发展科学仪器产业提到了国家战略的高度，建立了一套系统、完备的支持计划。我国从“九五”期间开始逐渐加强了对科学仪器产业的重视，将“科学仪器研制与开发”列入了科技攻关项目，国家自然科学基金、科技部以及中科院都设立科学仪器创新研制专项。随着国家对科技投入的不断增长，我国的科研装备水平有了明显提高,但是科研装备自主创新能力低的状况没有得到根本改变。我国科学仪器市场平均每年以超过10%的速度在增长，一些热门的科学仪器（如质谱）每年的增长率超过了25%。虽然国产科学仪器在中低端所占的比重越来越大，但是对高端科学仪器的需求几乎100%依赖进口。
本文仅对近三年国内外发展速度较快、涉及面较广、技术影响较大的几类主要技术和仪器进行简要的综述，旨在为政府相关部门和科学仪器相关企业的决策提供参考。
（一）主要发展趋势
(1)发展小型化、便携式、现场分析仪器
科学仪器一直以来都在向小型化和便捷式方向发展，今年来这种变化趋势更加明显。小型化和便捷式仪器一方面可以节约能源与试剂消耗，另一方面，食品安全、环境应急检测、公共场所安全检测、原材料现场筛选以及工业在线监测等对于小型化和便捷式仪器有强烈的需求。例如，江苏天瑞针对原材料现场检测、野外矿石快速筛选等领域开发了手持式XRF，北京北分瑞利针对环境、食品等样品中的有害元素检测推出了小型化原子吸收光谱仪，聚光科技针对环境气体快速检测推出了便捷式离子阱质谱仪、北京东西分析、普析通用、安捷伦等推出了车载现场检测仪器。国外仪器公司如海洋光学、必达泰克以及爱万提斯等推出了越来越小的微型光纤光谱仪，欧普图斯推出的便捷式拉曼光谱仪甚至只有手掌大小，布鲁克和安捷伦都推出了小型化的、重量只有3-4kg红外光谱仪。
(2)发展稳定可靠的专用、在线检测和监测仪器
通用科学仪器功能全面，但是也存在操作复杂，很多功能闲置等问题，不适宜在工业领域广泛使用。随着我国工业水平不断提高以及产业结构调整的需求，大量的科学仪器从实验室走向工业现场。这类仪器是否能够在数月甚至常年提供连续、稳定可靠的数据至关重要。典型的仪器，如宁波理工监测变压器色谱在线监测系统市场占有率位居全国第一：上海舜宇恒平科学仪器有限公司自主开发的全自动在线过程气体质谱分析仪是我国首款产业化的在线气体质谱分析仪。随着“物联网”概念逐渐走向实用化，作为信息提取的终端设备，提高仪器（或传感
器）的专一性、可靠性、在线监测能力更是至关重要。
(3)发展快速、高通量仪器
随着科学技术与工业生产的不断发展，分析测试人员需要测试的样品越来越多，这就要求科学仪器不仅有越来越快的测试速度，而且要同时处理大量的数据。在药物开发方面，以前一个月鉴定一个代谢物，现有要求每天至少要能够鉴定7个代谢物，否则整个环节都要停下来，快速高通量液质联用仪在这方面功不可没。在生命科学方面，发展高效、高灵敏度分析鉴定新方法已经成为蛋白质科学研究亟待解决的问题，微流控分析技术为低丰度蛋白质的快速准确鉴定提供了新的思路。从常规液相到超高效液相色谱的转变是为了适应更高的分析通量。
(4)样品前处理技术越来越重要
当前面临的样品越来越复杂，对样品前处理技术的要求也越来越高。近年来国内外在样品前处理方面研究的热点主要集中在绿色技术、含脂肪和蛋白质基质中农兽药残及生物毒素的快速高效提取以及自动化、高通量和快速现场处理样品。
（一）我国近期科学仪器相关技术与仪器研制重要成果
1． 近年来我国科学仪器相关技术成果 吉林大学林君课题组研制出我国第一套磁共振(MRS)找水仪科研样机，所研制的科研样机能够可靠地测量出地下150M深度以内的地下水核磁其振信号，叮以在不打井的前提下测出地F含水层数、含水层位置和厚度、含水量和孔隙度等水文地质参数，在吉林省扶余县五家站乡和弓棚子乡垂直于松花江的一条长达10KM的测线上，测到了从40-110M不同深度的地下水体，使我国成为拥有该项技术的少数几个国家之一。 杭州电子科技大学陈鹰课题组完成“深海极端环境探测与采样装备技术”项目，研制了国内第一台深海热液保压采样器，自主研发第一台天然气水合物保真取样器，使我国在深海2300M深处热液地区采到保相热液样品，为我国实现深海热液地区的化学、物理量的长期观测，获得了大量数据。将研究深海流体控制器件所获得的高压密封、微小流动控制等技术应用于企业高压电液控制元件产业化中。 中国科学院自动化研究所田捷课题组完成项目“小动物多模态光学分子影像成像方法和系统”，实现了反映细胞分子水平生理病理变化的荧光光源的精确快速在体重建，克服了由生物体非匀质特性导致的重建精度低的问题。该项目获得授权发明专利23项，其中国际PCT专利1项，软件著作权18项，基于本项目发明成果研制的相应成像系统，已实现了技术转移并在生物医学领域得到了推广应用，完成了系列化在体生理病理和药效评价实验，达到了预期的实验效果。西安交通大学蒋庄德课题组完成了项目“产品复杂曲面高效数字化精密测量技术及其系列测量装备”，突破了产品复杂曲面高效数字化精密测量的技术瓶颈，大大提高了产品复杂曲面数字化测量的效率，开发了系列高效数字化精密测量装备，产品的性能指标达到国外同类产品先进水平。该项目开发的系列测量装备已实现批量生产，在全国多个省市的航空、航天、机械、电子及国防等多个行业推广应用，并出口韩国、印度籍新加波等国家，核心产品的国内市场占有率超过30%，且市场需求强劲，已产生显著的社会经济效益。
