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1、我国科学仪器的技术差距、产业状况和逐步提升产业化水平的建议 蒋士强 中国仪器仪表学会、中国农业科学院，北京（100081） 前 言 总体而言，我国科学仪器基础薄弱，研发力量和投入不足，生产企业虽多，但规模不大， 产值和水平还很落后，仪器的稳定性、可靠性及功能均有待急速提高。但具体到各类科学 仪器的技术差距和现有基础各不相同的，只有明晰我国各类科学仪器技术上的具体差距， 才能使用户不盲然，产界、业界和决策者不茫然。本文试图剖析应用面广、量大的八大类 科学仪器的技术差距、产业状况和市场需求，提出近期或后续以提升技术水平为目标、实 施产业化和有待进一步研发的一些具体建议。 光谱类仪器 光谱类仪器是应
2、用面最广、起步早、企业多、基础较好、产量也最多的科学仪器。中、低 挡光栅光谱仪年产 1 万 以上。中低挡原子吸收光谱仪年产也达 1300 台以上。原子荧光光 谱议已销往国外。但是光谱仪中的关键部件、如高挡光栅、特别是中阶梯光栅和 CCD 检测 器等完全依赖进口，导致我国高挡光谱仪的技术性能和价格均无竞争的实力。现对各种光 谱仪分叙如下： 1.1 紫外/可见光分光光度计（U/V） 。 （1）低档 U/V。国产品性能已接近国外水平，且价低，已占据国内市场。 （2）中档 U/V 仪器。是市场竞争的热点，我国骨干企业产品的技术指标已与国外相近， 价格便宜，为国内用户认可，已小批量打入欧美和东南亚，宜进
3、一步提升技术和扩大产业 化规模。 （3）高档 U/V 仪。关键性技术指标（杂散光、噪音、线性动态范围等）比国外产品要差 一个级次，有待继续研发。 1.2 红外光谱仪 红外光谱仪突出两分支，即近红外光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪、均被公认为快速分析 检测技术，应用极广泛。 （1）近红外光谱仪（NIR） 。 如今几乎所有国外厂家的都在抡占我国市场，应用于各种农产品、食品、化工产品、饲料、 农业育种、粮食购储等领域。 “九五” “十五”国家已多次立项、研发成功 5 种专用近红 外光谱仪，主要技术指标（波长范围和精度、波数精度、信噪比等）和功能已接近国外产 品，且应用软件更适合我国实情，但工艺水平、生产
4、能力、产品可靠性和稳定性有待改进。 鉴于其具有极广泛的应用前景和良好的研发基础，极宜实施产业化，提升技术和工艺，形 成批量生产规模。 （2）傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR/NIR） 属第三代红外光谱仪，广泛应用于石油、化工、医药、环保、食品、农业、公安、国防等， 对各种化合物进行快速鉴定、分析。我国北二光的产品已经历三代更新，主要技术指标： 分辨率 0.65cm-1；波数精度0.01cm-1；信噪比 15000：1，已接近国外中档水平，但尚须 对干涉仪等关键部件和联机技术全面攻克， “十五”国家科技攻关项目中已进一步立项研 发。可列为后续产业化项目。 1.3 激光拉曼光谱仪（Raman 和
5、FT-Raman） 。 随着小型、高强度、高单色性、高定向性激光器的出现，荧光干扰、检测器噪音和线性等 问题的解决，90 年代以来开创了激光拉曼新时代，由于它具有与红外光谱仪极强的互补性，可对固体、液体、粉末等材料直接分析，可望广泛地应用于有机物的结构鉴定；生命科学 中对基本物质、生物大分子活性状态下的结构和功能鉴定；生物医学中分析鉴定病毒、细 菌、DNA 和致病分子间的作用，以及对高聚物异构体的鉴定。并可配置显微镜和光纤附件， 构成拉曼显微镜和遥测系统。 “十五”后二年国家科技攻关项目中已列项研发，可望成 为未来产业化项目之一。1.4 原子吸收和原子荧光光谱仪（AAS 和 AFS） 原子吸收
6、光谱仪（AAS） 、我国已有十多家生产企业，其主要技术指标：分辨率优于 0.3mm；基线稳定性 0.005A/30min；检出限 0.006mg/L(Cu)，已接近国外中档水平，且价格 便宜，具有一定的竞争力。高档 AAS 仪国产品的技术差距主要是石墨炉加热方式、火焰和 石墨炉的切换方式、综合扣背景能力以及检出限水平等有待进一步完善。 原子荧光光谱仪（AFS） 、我国虽起步晚，但从基础研究到应用技术，从研发到商品的转化 却很快，产品不断更新。如今我国 AFS 仪的技术已处国际领先水平，形成了几个骨干生产 企业，不仅满足国内需求，且已有外商代理、销往国外。 AAS 和 AFS 两种仪器是我国科学
7、仪器中基础最好的产品，其中、AAS 的技术差距不很大， 而 AFS 已处领先水平的科学仪器，很值得在实施产业化中予以有力支持，扩大产业化规模， 不断提升技术水平，势必能与国外产品抗衡。 1.5 电感耦合等离子体和微波等离子体光谱仪（ICP 和 MPT） 可以进行多元素同时快速分析，且检出限好、灵敏度高、动态范围宽、基体效应低，已成 为冶金、地矿、农业、环保、化工、生物等领域快速分析微量元素的有力手段。近年来我 国每年需进口约 100 多台 ICP 光谱仪。针对国内的需求，国家重大科技攻关项目中立项、 研发成功 MPT 微波等离子体炬光谱仪和 ICP 光谱全谱仪，前者获取了多项专利权，具有自 主
8、知识产权，技术性能处于国际领先水平，后者技术性能与国际上中高档 ICP 很相近， ICP 和 MPT 都已具备产业化条件，建议实施产业化中进一步提升技术水平和工艺，扩大产 业化规模。 1.6 X 射线衍射仪 X 射线衍射仪是分析鉴定固态物质微观结构的最重要、有效、普遍应用的仪器，广泛应用 于地矿、建材、冶金、化工和特种材料等领域，是研究固体材料结构、岩石结构、金属材 料结构、高分子和玻璃态物质的结晶度、亚微观晶粒大小及分布或晶粒中缺稻等方面的有 力工具已在国家重大科技攻关项目中研发成功、并小批量试生产、但未能产业化。目前我 国在用的约 1200 台仪器几乎全是进口的，建议对多晶 X 衍射仪实施
9、产业化，将很快能形成 产业化规模，在短时期内可占据国内 50%的市场。2 色谱类仪器 2.1 气相色谱仪（GC） 我国 GC 的研发、生产和技术引进并不晚，但是技术提升不快，如今虽然低中档及专用 GC 仪，国产品尚占有主要份额，但部分中档和高档 GC、几乎被国外厂家所占有。国产 GC 的 技术差距： （1）国内产品均无多路气体压力、流量电气控制系统； （2）国外 GC 的柱温箱控温精度为 0.01oC，国产 GC 多为 0.1oC； （3）国外 GC 柱温箱升温速度为 100oC/min，国产 GC 多为 4050oC/min； （4）国产 GC 的检测器灵敏度、检出限不如国外产品（见表 1）
10、 。 （5）进样技术和各部件耐压性、可靠性以及软件系统国产 GC 不如国外产品。 鉴于我国 GC 已有一定的产业化基础，且 GC 是工、农、医、食品、环保、国防、科、教等 各领域中应用极广的科学仪器，故建议以提升技术水平为目标加大产业化力度。 表 1 检测器灵敏度，检出限的性能对比 检测器名称国产 GC 的检测器灵敏度、检出限国外 GC 的检测器的灵敏度，检出限TCD5000mv.ml/mg(苯)20000mv.ml/mgECD1.010-13g/ml(666)0.008pg/s(六氯化苯)NPD510-12g/s(N); 510-12g/s(p)410-13g/s(N); 510-14g/s
11、(P)FPD110-11g/s(P); 510-11g/s(S)910-13g/s(p); 210-11g/s(S)2.2 高效液相色谱仪（HPLC） 是应用面极广的科学仪器之一，我国 HPLC 市场的约 80%国外厂家占有，我国产品的技术 差距主要表现在： （1）国产的高压泵耐压低、耐磨性和密封性差， （见表 2） 。 表 2 泵的技术性能对比技术指标国产 HPLC 产品国外 HPLC 产品泵的最大压力4042MPA50006000Psi流速范围0.0110ml/min0.00110ml/min梯度混合重现性0.5%RSD0.150.2%RSD系统死体积200500ul（2）国产的 U/V
12、检测器，荧光检测器性能仍有明显差距（见表 3） 。二极管阵列 U/V 检测 器、示差检测器、电化学检测器、化学发光检测器和蒸发激光光散射检测器等，我国近几 才着手研发。 表 3 U/V 和荧光检测器性能对比 检测器和技术指标国产检测器产品国外检测器产品U/V 检测器的波长精度2nm1nmU/V 检测器的噪音110-5AU0.3510-5AUU/V 检测器的基线漂移1.510-4AU/h110-4AU/h荧光检测器波长重现性2nm荧光检测器的灵敏度 S/N300400（3）HPLC 的自动进样器、高性能柱的填料、软件系统，不如国外。 我国家重大科技攻关项目：“HPLC 及其专用部件的研发”中，泵
13、系统、自动进样器、各种 检测器、柱、软件等关键部件都有所进展、并带动了一些相关企业。 “十五”后二年，又 启动研发制备色谱、蒸发光散射检测器和多维液相色谱。HPLC 是各领域应用面极广的科学 仪器，应针对各项技术差距进一步研发并尽快实施产业化。 2.3 微型电动色谱仪 我国首先研发并生产微型电动色谱仪，具有我国自主知识产权，获多项国际发明专利，已 小批量生产、并出口。它具有毛细管电泳及高效液相色谱的一些优点，具有高柱效、高选 择性、高分辩、快速、低耗的特点。可应用于多领域。其市场潜力有待迅速挖掘。目前高 压电源、微流控系统、软件工作站系统等已实现产业化，建议将高压泵和检测器国产化， 以降低成本
14、，扩大市场。 2.4 离子色谱仪（IC） 我国起步比国外晚了十年，它广泛应用于环保、医疗卫生、食品、农业、水文地质、化工、 半导体等领域， “九五” 、 “十五”国家重大科技攻关等项目中曾多次立项研发，并已 小批量生产。但目前国内市场的 95%以上仍为国际上 2-3 家公司占据，建议在实施产业化 中，进一步提升高效阴阳离子抑制器、泵、阀和检测器的技术水平，以及拓宽应用于氨基 酸直接分析测试等应用功能。 3 质谱类仪器（MS） 由于能准确地定性、定量分析和结构鉴定，应用范围极其广泛，上至太空探测、下到地矿 和环保监测，从人们密切关注的食品安全和药物检测、到当今生物技术的尖端蛋白组学， MS 的应
15、用范围可说涵盖了农、工、商、医、国防、反恐等众多领域和学科，所以国外一 直快速发展，年销售额达数十亿美元。 但是正如我国质谱界的许多专家、学者所说的， “始于 80 年代我国质谱仪的研发基本上处 于真空状况” ， “质谱仪制造业基本上已全军覆灭” 。 实际上由于各领域、行业、学科的急需，据海关资料，2002 年进口 352 台质谱仪，进口量 还在上升，每台进口价为 1080 万美元，即每年付出外汇约达 7000 万美元，折合人民币 6 亿多元。为此众多专家、学者强烈呼吁，并提出建议：选择当前急需的量大面广、技术 成熟、面向食品安全、医药检测、生物和健康相关的质谱仪产品（如台式 GC/MS、LC
16、/MS 等）为起步和突破口，重新扶植我国质谱仪产业。该建议已为国家科技部采纳，已列入国 家“十五”重大科技攻关。 4 电化学仪器 以实际需求和市场为导向，电化学仪器已归纳为二大类。 （1）工农业生产和科教常用的酸度计、离子计、电导仪、滴定仪等。 （2）以新型电化学传感器为基础的环保检测仪（BOD、COD、OD） 、以及以新型选择性电 极为基础的土肥、食品卫生、医疗等专用电化学仪器。第一类仪器的主要技术性能和指标与国外产品相当，而价格约低 3040%，国内市场占有率 已达 60%，主要技术差距： （1）传感器的稳定性、响应时间，仪器的可靠性尚不如国外； （2）国外产品普及采用专用芯片电路、贴膜元器件，仪器更趋微型化、智能化、更具多功 能等特点； 第二类仪器、国内近几年才研发成功、急待产业化。 建仪：（1）大幅度提升量大面广的酸度计、离子计、电导仪、电位自动滴定仪等传统电化 学仪器水平，与国外名厂家抗衡， （2）以近几年研发成功、具有自主知识产权的
