我国分析仪器及应用的发展现状和最新进展,光谱仪器行业发展势头强劲

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谈及拉曼光谱,业内人士无人不知、无人不晓。其实,在日常生活中,我们也经常与拉曼光谱“打照面”,比如坐飞机高铁过安检,又比如去珠宝店鉴定翡翠珠宝等。
简单来说,拉曼光谱是一种散射光谱,通过与入射光频率不同的散射光谱进行分析,进而得到分子振动、转动方面的信息。这一散射现象由印度科学家C.V.拉曼所发现,该光谱名字也由此而来。
随着拉曼检测、拉曼成像在各个领域的使用率迅速增长,拉曼光谱仪的制造与生产也进入了蓬勃旺盛时期,国内外市场需求不断扩大。在拉曼光谱的市场中,国外厂商依然处于领跑地位,不仅如此,各厂商还积极参与招标项目,且获得良好的收益。像赛默飞、安捷伦等国外企业,可以算是拉曼光谱行业中的中流砥柱了。
而在我国,面对拉曼光谱仪热门的市场现状,各家企业自然也趁势而上,奋起直追,将国产品牌宣扬广大。今天,我国仪器制造行业已取得较大进步,在一些重大科研展览会上,国产仪器已经崭露头角,面向国际市场。在今年第十二届中国国际食品安全技术论坛会上(CBIFS
2019),北京卓立汉光仪器有限公司在展会上展示了自主研发研发生产的手持式拉曼光谱仪,其检测方法便捷、响应速度快、准确率高,轻松实现便民检测,赢得了许多客户的认可和赞誉。另外也有许多国产企业在市场上占领了一席之位,有天津港东、赛诺飞拓、奥谱天成等。
市场上的竞争十分激烈,只有具备先进的拉曼技术,才能够让同行仪器厂商们从暗潮汹涌的拉曼光谱市场中脱颖而出。拓展仪器使用领域不失为一种创新的办法。如今拉曼光谱仪在国内已经被广泛应用于化学、物理学、生物学和医学等各个领域。近来,我国的拉曼光谱技术取得一项重要成果,其作为载人航天实验室首批配置的科学仪器已赫然在列,这代表着拉曼光谱技术在当前先进科研领域已有其立足之地。这也是我国首次将拉曼光谱技术应用在航天科研领域,标志着我国拉曼光谱研发技术取得重要阶段性成果。
这一重要成就让我们看到我国科学研究的实力,我们有充足的理由对我国的拉曼光谱技术满怀信心。我国的拉曼光谱技术走向世界前端指日可待,同时我们要戒骄戒躁,继往开来。科研路漫漫,我们还须久之奋斗,这样才能真正让我们国家走向科技大国!

光谱仪器作为科研和生产的“眼睛”,在科学探索、资源勘测、生物医疗、物理化学、环境保护、食品检测等众多领域中发挥着重要作用。目前我国国产光谱仪器正处于一个科研技术创新、产业化发展的大好时机,因此,如何把握机遇、在光谱领域前景广阔的情况下更进一步,成为仪器行业发展的新目标。

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】光谱仪器作为科研和生产的“眼睛”,在科学探索、资源勘测、生物医疗、物理化学、环境保护、食品检测等众多领域中发挥着重要作用。目前我国国产光谱仪器正处于一个科研技术创新、产业化发展的大好时机,因此,如何把握机遇、在光谱领域前景广阔的情况下更进一步,成为仪器行业发展的新目标。
在科学仪器中,光谱仪器占有较大比重,也是国内起步较早发展迅速的一类仪器,在国民经济各个领域发挥了巨大作用。当下仪器市场中,很多国产光谱仪器已达到国外同类仪器水平,在满足国内科研和经济建设需求的同时,还走出步入世界大市场。目前,全球光谱仪市场一直呈现持续稳定增长的趋势。
光谱分析快速便捷 呈多元化发展
每种原子都有自己的特征谱线,因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成,这种方法叫做光谱分析。据了解,当某种元素在物质中的含量达5-10克,就可以从光谱中发现它的特征谱线,从而把它检查出来。研究人员在做光谱分析时,可以利用发射光谱或吸收光谱,使检测过程更加灵敏、迅速。
在实验室领域,由于光谱检测可以在不破坏样品的前提下检测出待测物的物质成分,因此光谱仪一直是许多物质分析实验室必备的基本仪器之一。作为通用分析仪器大家族中不可或缺也是应用为广泛的仪器,光谱仪在生物、化学、色度计量、环境检测、成分检测、医学、化工等领域运用都十分常见。例如2017年两会上,基层食品快检仪器再次上升至人民视野焦点,又一次为光谱仪器的便捷式、快速、智能化发展提供了强而有力的市场应用支撑。
光谱仪器应用领域不断扩大 新型产品应接不暇
近年来,国内外已经研发出多种可与人直接相关的光谱仪器,能直接获取来自人体皮肤的荧光,从而检测化妆品、药品的应用效果、皮肤增生、紫外线防护效果等。例如今年4月,在中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研制成功的深层光谱治疗仪。此款仪器通过了省医疗器械检测所全性能检测和临床试验,为医疗领域带来新突破。深层光谱治疗仪外形像一个取暖器似的超大灯筒,对准患处照射可以打出一束强烈的暖光,不仅不会灼伤皮肤,反而能止疼镇痛、促进伤口愈合组织再生以及消除炎症。据临床试验可知,深层光谱治疗仪可穿透皮下病灶深度达5cm以上,远远超过现有光疗产品的穿透深度,对疾病治疗有很好的治疗效果。
在水质分析领域,光谱仪器同样新品迭出。今年3月下旬,中国科学院深渊科考队使用原位实验号、万泉号、天涯号深渊着陆器对我国自主研发的一系列深海装备进行了成功的试验和实际应用,其中就有我国获得成功的7千米级紫外激光拉曼光谱仪。这款光谱仪是国际上进行深海探测的紫外激光拉曼光谱仪,也创造了拉曼光谱仪高深海探测7449米的纪录。
在环境分析以及农产品、食品、化妆品分析领域,光谱分析仪也发挥着重要作用。今年4月,北京吉天仪器携带新推出的SA-50原子荧光形态分析仪亮相中国国际科学仪器及实验室装备展览会。SA-50原子荧光形态分析仪打破了以往仪器的结构设计,采用更灵活的设计理念,采取在线色谱分离—原子荧光检测法,可快速测定食品中砷形态和汞形态,环境样品中烷基汞含量以及食品、药品中的硒形态。除此之外,仪器采用液相泵与前处理一体化装置与国内首创的管内消解模式,提高了检测物消解效率,大大节省了操作人员的实验时间。在仪器设计和仪器性能方面都可代表当前市场上形态分析仪的高水平,结构设计上完全不输国外进口仪器。
可以预计,今后相当长一段时期内,光谱仪器事业仍将持续拓展应用面。同时,基于光谱仪器市场前景现状,仪器研发、生产单位仍将根据新的应用需求、不断推出新型光谱仪器,满足光谱仪器市场日益扩大的市场需求。
光谱仪器紧抓机遇 行业发展势头强劲
国产光学仪器的发展是由国家经济、行业需求带动起来的,当前我国经济发展正呈现不断上升的趋势,国产光谱仪在与国外厂商不断竞争中取得了长足的进步和发展。同时,随着当下微型计算机技术的进步,微型计算机在光谱仪器上的自动控制和信息处理功能将不断扩大,并逐步引向智能化。而微型计算机功能的扩展,使得光谱仪器也将由双光束仪器逐步为结构简单、光能损失不大的单光束仪器过度,让仪器发展更快速、更智能。
光谱分析技术一直在不断进步,应用的领域也在不断的延伸,2017全年里,研发出来的新型光谱仪器产品更是数不胜数。在多领域大发展形势下,光谱分析检测的应用不断更新,广大光谱分析用户也将提出新的应用要求和对新颖光谱仪器的开发要求。在此发展前景下,我国将迎来光谱仪器产业不断获得新成果的持续发展局面!

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在科学仪器中,光谱仪器占有较大比重,也是国内起步较早发展迅速的一类仪器,在国民经济各个领域发挥了巨大作用。当下仪器市场中,很多国产光谱仪器已达到国外同类仪器水平,在满足国内科研和经济建设需求的同时,还走出国门步入世界大市场。目前,全球光谱仪市场一直呈现持续稳定增长的趋势。

我们国家非常重视科学仪器研发和应用方面的工作;“十五”期间国家对仪器拨款总共约一个亿RMB左右;“十二五”期间,国家投资70多亿RMB,有的一个项目就有1.2亿以上;“十三五”国家的支持力度更大,有的一个项目1.4亿RMB以上。目前,我国科学仪器及其应用的发展,正在蒸蒸日上。

光谱分析快速便捷 呈多元化发展

由于科学仪器是“四两拨千斤”的产业,发展前景非常广阔。基于它在国家的科技、经济、国防、民生和社会发展中战略地位的重要性,在“农、轻、重、海、陆、空、吃、穿、用”各行各业,无所不在,无所不有。所以,加速科学仪器产业发展已成为世界各国关注的重点之一。本文简单介绍我国科学仪器和应用发展的有关情况。

每种原子都有自己的特征谱线,因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成,这种方法叫做光谱分析。据了解,当某种元素在物质中的含量达5-10克,就可以从光谱中发现它的特征谱线,从而把它检查出来。研究人员在做光谱分析时,可以利用发射光谱或吸收光谱,使检测过程更加灵敏、迅速。

一、光谱仪器

在实验室领域,由于光谱检测可以在不破坏样品的前提下检测出待测物的物质成分,因此光谱仪一直是许多物质分析实验室必备的基本仪器之一。作为通用分析仪器大家族中不可或缺也是应用最为广泛的仪器,光谱仪在生物、化学、色度计量、环境检测、成分检测、医学、化工等领域运用都十分常见。例如2017年两会上,基层食品快检仪器再次上升至人民视野焦点,又一次为光谱仪器的便捷式、快速、智能化发展提供了强而有力的市场应用支撑。

从原理角度讲,光谱仪器可以分为:吸收光谱(紫外吸收、可见吸收、紫外可见吸收、气相分子吸收、红外吸收、原子吸收等)、发射光谱(荧光、拉曼、微波等离子体等)、旋光光谱等;从应用角度讲,可分为分子光谱(红外、紫外、可见、紫外可见、旋光、气相分子、荧光、拉曼等)、原子光谱(原子吸收、原子荧光等)。

光谱仪器应用领域不断扩大 新型产品应接不暇

据作者初步统计,目前国际上的光谱仪器达20多种。但是,使用最多、覆盖面最广、最具有代表性的光谱仪器是紫外光谱、红外光谱、原子吸收光谱等。此外,如今的激光拉曼光谱和近红外光谱的发展也非常火爆。

近年来,国内外已经研发出多种可与人直接相关的光谱仪器,能直接获取来自人体皮肤的荧光,从而检测化妆品、药品的应用效果、皮肤增生、紫外线防护效果等。例如今年4月,在中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研制成功的深层光谱治疗仪。此款仪器通过了省医疗器械检测所全性能检测和临床试验,为医疗领域带来新突破。深层光谱治疗仪外形像一个取暖器似的超大灯筒,对准患处照射可以打出一束强烈的暖光,不仅不会灼伤皮肤,反而能止疼镇痛、促进伤口愈合组织再生以及消除炎症。据临床试验可知,深层光谱治疗仪可穿透皮下病灶深度达5cm以上,远远超过现有光疗产品的穿透深度,对疾病治疗有很好的治疗效果。

1、紫外分光光度计

在水质分析领域,光谱仪器同样新品迭出。今年3月下旬,中国科学院深渊科考队使用原位实验号、万泉号、天涯号深渊着陆器对我国自主研发的一系列深海装备进行了成功的试验和实际应用,其中就有我国首次获得成功的7千米级紫外激光拉曼光谱仪。这款光谱仪是国际上首次进行深海探测的紫外激光拉曼光谱仪,也创造了拉曼光谱仪最高深海探测7449米的纪录。

特别值得提出的是,目前在我国的应用领域中,覆盖面最广的紫外光谱仪器市场情况如下:排名居首的是岛津公司,居第二位的是国产的紫外仪器——北京普析通用,其紫外光谱仪器在中国市场上占比高于安捷伦、日立、珀金埃尔默等;可喜的是在我国应用领域,全球的紫外光谱仪器生产商所占市场的前10名中,我国占4名,这是一个很值得高兴的现象。

在环境分析以及农产品、食品、化妆品分析领域,光谱分析仪也发挥着重要作用。今年4月,北京吉天仪器携带新推出的SA-50原子荧光形态分析仪亮相中国国际科学仪器及实验室装备展览会。SA-50原子荧光形态分析仪打破了以往仪器的结构设计,采用更灵活的设计理念,采取在线色谱分离—原子荧光检测法,可快速测定食品中砷形态和汞形态,环境样品中烷基汞含量以及食品、药品中的硒形态。除此之外,仪器采用液相泵与前处理一体化装置与国内首创的管内消解模式,提高了检测物消解效率,大大节省了操作人员的实验时间。在仪器设计和仪器性能方面都可代表当前市场上形态分析仪的最高水平,结构设计上完全不输国外进口仪器。

2、拉曼光谱仪

可以预计,今后相当长一段时期内,光谱仪器事业仍将持续拓展应用面。同时,基于光谱仪器市场前景现状,仪器研发、生产单位仍将根据新的应用需求、不断推出新型光谱仪器,满足光谱仪器市场日益扩大的市场需求。

虽说拉曼光谱仪器,目前国内市场还不大,但是目前有近20家在研发生产各类激光拉曼光谱仪器。它在食品药品、环保等领域的测量、质量检验等方面,将很快达到一定规模和水平。

光谱仪器紧抓机遇 行业发展势头强劲

3、近红外光谱仪

国产光学高端仪器的发展是由国家经济、行业需求带动起来的,当前我国经济发展正呈现不断上升的趋势,国产光谱仪在与国外大牌厂商不断竞争中取得了长足的进步和发展。同时,随着当下微型计算机技术的进步,微型计算机在光谱仪器上的自动控制和信息处理功能将不断扩大,并逐步引向智能化。而微型计算机功能的扩展,使得光谱仪器也将由双光束仪器逐步为结构简单、光能损失不大的单光束仪器过度,让仪器发展更快速、更智能。

从近红外光谱仪器的发展情况看;虽说近红外光谱的市场很大。但是,品牌分布比较分散,呈现众多品牌各有一定市场占有率的情况,而且没有任何一家有超过20%的市场占有率。不过,虽说目前近红外的发展还不尽人意,但是,国产近红外产品发展趋势很好。

光谱分析技术一直在不断进步,应用的领域也在不断的延伸,2017全年里,研发出来的新型光谱仪器产品更是数不胜数。在多领域大发展形势下,光谱分析检测的应用不断更新,广大光谱分析用户也将提出新的应用要求和对新颖光谱仪器的开发要求。在此发展前景下,我国将迎来光谱仪器产业不断获得新成果的持续发展局面!

4、原子吸收光谱仪

标签:光谱仪器 实验室 水质分析 环境分析

目前AAS在水质中的微量重金属(As、Hg、Cd、Cr、Cu等)检测方面非常受用户的青睐。例如:水中Cu大于1.5mg/L会有苦味;Cu对冠心病影响很大;水中Cu超标会抑制藻类生长,影响水产养殖;特别要注意的还有饮用水中的Hg、As等对人类危害特别大,都是致癌的微量元素。

为什么AAS在分析检测工作中倍受青睐?一是价格便宜、性价比高;二是操作比较简单;三是灵敏度较高。所以,广大科技工作者应该重视AAS的应用发展情况。很多第三方检测机构都在大量使用AAS,目前发展很快值得大家高度重视。

在整个光谱检测仪器的发展和进展方面,特别应该指出的是,近几年来,我国的新型光谱仪器不断涌现。例如:上海安杰公司具有知识产权的气相分子吸收光谱仪;南京简智公司的便携式差分拉曼光谱仪;北京西派特的ExR510激光拉曼光谱仪;还有,常州盛奥华公司的多种新型的水质检测光谱仪等。总之,我国的光谱仪器研发、应用的进展令人骄傲和自豪。

二、色谱仪器

在国产色谱仪器方面,气相色谱已经有几十家在生产,并且产品都比较成熟,基本上都能满足使用要求。例如:浙江福立的GC,质量很好,与国外同类产品可以抗衡,他们的HPLC也发展很快;又如:大连的依利特公司,上海的通微、伍丰等公司的产品比较齐全,都能满足使用要求;上海通微的高档色谱仪器(毛细管色谱、电色谱、HPLC等),主要销往国外,以对研究工作要求很高的国外著名大学为主要对象,他们的液相色谱、电色谱都处于国际领先地位;上海伍丰公司的HPLC,可靠性很好。总之,中国的色谱仪器发展的形势很好。

1、HPLC仪器及其最新进展

液相色谱仪器,近几年发展特别快,令人耳目一新。许多过去用紫外光谱做的分析工作,纷纷改为HPLC,不管是药品、食品、医疗、卫生、农业、环保等各个领域都是如此。因为它可以对复杂体系进行分离、分析、检测,值得大家重视。

最近几年,HPLC需求量猛增。我国对各类HPLC的年需求量在10000台以上。全球每年需求约55亿美金以上。目前,在我国的、有一定规模的国外生产厂商及代理商有几十家,国内生产厂商20家左右;国产HPLC受外国人青睐,但是,国人迷信外国产品,令人费解。

不过,色谱仪器目前面临三大挑战:高分辨率、高分离速度、高灵敏度。所以,目前新型的HPLC仪器不断涌现。具体体现在:

1)二维及多维HPLC大发展:美国和日本生产的纳升级二维HPLC,组合了纳米微柱和二维HPLC色谱技术,可以直接用于蛋白质组学、基因组学研究工作;

2)毛细管和纳升HPLC的发展,可进行微柱、毛细管柱和纳升柱三种微柱液相色谱分析工作;

3)超高压液相色谱仪,自从2004年WATERS公司推出
UPLC后,JASCO、AGILENT、THERMO-FISHER
SCIENTIFIC、SHIMADZU、HITACHI都先后推出了各自的超高效液相色谱仪。UHPLC每套10万美金左右,去年在我国销售约1000台,共计1亿美金!

4)特别值得提出的是:上海通微公司,近几年成功的完成了《加压毛细管色谱仪》国际首创,还完成了《定量毛细管电泳仪》,也是国际首创(一般毛细管电泳仪,定量分析精度很差)。并且,《高效微流电色谱仪器与应用》的研发项目,被国家科技部列为国家十二五重大攻关项目,目前已经通过国家验收。它可以与UHPLC抗衡,其柱效比UHPLC高10倍,5秒钟可以分离5个芳香烃,总体优于UHPLC,又是一个国际首创。我想,这些业绩,值得分析工作者高兴。

2、GC仪器及其应用最新进展

长期以来,GC久销不衰。最近几年,GC需求量猛增,我国的需求量达到15000台以上。特别在酒类等挥发性的物质分析检测方面使用非常广泛。另外,在联用仪器发展中,GC也大显身手,如GC-IMS(IMS
离子迁移谱)、GC-MS等。

前面讲的浙江福立、上海仪电、北京东西分析等的GC都可以满足使用要求,并且有些完全可以与国外抗衡。

特别值得提出的是色谱数据处理系统,上世纪80年代以前,色谱分析“一天操作三天处理数据”,小峰往往只能“视而不见”;90年代起出现色谱数据处理机,大大减轻工作量但功能有限;而目前的色谱工作站不仅处理数据,更能反控仪器的运行,色谱分析开始进入“傻瓜”时代;结合自动进样器,目前色谱仪器已经步入自动化或智能化时代。随后,以HP-6890N为代表的“网络型”色谱仪开始流行,结合数据库技术,色-质联用分析结果也就有了在线联机检索的便利。我国福立公司的GC-9720型仪器打出了“云”的概念,指标与HP-6890几乎一样。鉴定会上得到了专家们的高度赞扬。从此,色谱分析不再高深莫测、繁杂难耐的时代过去了。

3、薄层扫描色谱仪器及其应用的最新进展

上海科哲仪器公司是目前世界上薄层扫描色谱仪器研发生产的三大品牌公司之一;他们生产多种型号的薄层扫描色谱仪器,销往国内外有关应用单位,用户反映质量和可靠性很好;科哲公司最新的、最具代表性的品牌是3500Plus型全功能薄层扫描色谱仪器,是目前国际同类产品中的佼佼者。

三、质谱仪器

目前,国内有10多家公司在研发MS、ICP-MS、GC-MS等仪器,不过基本上都与国外同类产品存在一定差距,需要努力赶超。

比如,虽然市场上已有不少国内外ICP-MS生产厂家及产品,但目前ICP-MS绝大部分市场份额被安捷伦、赛默飞、珀金埃尔默三家公司瓜分。

不过值得一提的是,广州禾信公司的飞行时间质谱表现突出,已经销往美国和德国等发达国家。

四、总结

目前,我国光谱、色谱等仪器的生产,主要分布在以下企业:普析通用:产品涉及光谱、质谱、色谱等,以光谱为主,包括各类AAS、各类UVS、各类原子荧光光度计和形态分析仪器;海光:是中国最早的原子荧光光度计生产企业,其原子荧光光度计市场保有量已达到数万台。近年来,不断推出新品,同时也在生产AAS和测汞仪、流动注射等;福立:色谱仪器以GC为主,包括AAS、UVS等;天瑞:产品涉及光谱、色谱、质谱等;聚光:产品涉及光谱、色谱、质谱等,以环保仪器为主;天美:AAS、UVS、离子色谱等;瑞利:光谱产品包括-AAS、原子荧光光度计、UVS、多通道直读光谱仪器等,以及生化仪器;东西分析:AAS、GC-MS等;仪电:光谱、色谱;海能:全自动定氮仪、微波消解和离子迁移谱等。特别是两家新上市的企业:海能、福立,前景非常广阔。此外,还有南京简智、合肥领谱、北京西派特、上海如海光电等拉曼光谱厂商发展势头也很好。

近年来,我国每年巨额的科研固定资产投资中,有60%用于设备进口,部分领域高端仪器100%依赖进口。但是外国人大量赚中国人钱的仪器,不是那些高端的仪器;而是那些普及型、常规型的基础光谱、色谱仪器;例如:各种紫外仪器(年需求量约10000台以上)、原子吸收(年需求量约4500台以上)、原子荧光光度计(需求量每年3000台左右)、液相色谱(年需求量约10000台以上,可惜中国有20多家企业生产HPLC,但是,市场占有率只有20%左右)、气相色谱(年需求量约15000台以上)。这些常规仪器需求量很大,它们是外商赚中国人钱的主要目标。

虽然特别高端的仪器市场没有常规仪器大。例如:高端激光Raman、高端原子吸收、高端傅里叶红外、高端质谱等等。它们的市场小,赚钱很有限。但是,它们是科研创新的先行或首要条件之一,我们仍应该高度重视之。

据作者所知,近几年来,我国光谱、色谱、质谱等仪器的研究和开发取得了很多成果。例如:国家“十二五”的重大攻关项目:国际首创的便携式薄层扫描-激光拉曼光谱联用仪、国际先进的ICP-MS、国际先进的飞行时间质谱、国际首创的高效微流电色谱等,都已经通过国家验收。此外,普析通用的T10系列紫外可见分光光度计、A3型AAS,海光、普析、瑞利等的原子荧光、形态分析仪;聚光的智能型便携式直读光谱仪和环保仪器、在线检测仪器,屹尧、海能的定氮仪、微波消解仪,浙江福立的GC,禾信的飞行时间质谱,简智及西派特的拉曼等都达国际先进水平。

我们应该看到这些成就,不要迷信国外产品,要有自信。现实情况并不是像外国人或某些中国人说的“中国的仪器总是比外国的差”。虽然我们在高端仪器方面确实存在一些问题,例如:高端质谱、高端色质联用、高端傅里叶红外、高端激光拉曼等差距很大。但是有很多国产常规、普及型的仪器大大优于进口仪器。

除前面讲的那些国产仪器外,还有很多很多,中国人要为中国争气。我们要努力开发更多的、市场需求的、可靠性好的、常规仪器产品。

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