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科学仪器是高科技产品，它受益于各种前沿技术的最新成果，同时也面临着各种前沿技术不断创新和发展的挑战。

关于作者：

李长厚

李长厚，男，1963年毕业于天津大学精密仪器系，原中科院上海营养与健康研究所（原中国科学院上海生物工程研究中心）仪器分析室主任科学），华东理工大学生命科学仪器与应用研究室主任，教授，博士生导师，兼职教授； 终身享受国务院政府特殊津贴。 主要研究方向：分析仪器及其应用研究； 长期从事光谱仪器（紫外吸收光谱、原子吸收光谱、旋光光谱、分子荧光光谱、原子荧光、激光拉曼光谱等仪器）、色谱仪器（高效液相色谱、气相色谱等仪器）及其应用研究； 特别是对《仪器论》、各种分析仪器的可靠性设计、影响各种分析仪器可靠性的性能技术指标的测试方法、如何评价分析仪器、如何使用分析仪器等相关问题进行了深入研究分析仪器。 作为第一完成人完成科研成果15项。 经中国科学院组织的专家鉴定； 其中13项在鉴定时达到国际同类仪器先进水平，2项填补国内空白； 作为第一完成人获得国家和省（中科院、科技部、上海）科技成果奖5项（其中国家发明奖1项）； 发表论文183篇，专着5部。 曾任中国仪器仪表学会理事，中国仪器仪表学会分析仪器分会第五届、第六届副理事长； 全国物理光学、光谱仪器、高速分析技术等专业委员会副主任 国家常任评审员认定，国家科技部“十一五”技术专家组组长或成员”、“十一五”、“十二五”、“十三五”多项重大仪器及其应用项目，上海市科学仪器专家组成员，副主编《光学仪器》副主编，《生命科学仪器》副主编，《光谱仪器与分析》副主编，上海化工研究院院士专家工作站成员等领导数十个学术团体的职位和成员。 曾先后担任国内外多家从事各种光谱、色谱仪器研发、生产的高新技术企业和学术团体及相关媒体的技术专家顾问，举办了各类技术交流会和技术交流会。为他们培训讲学、作学术报告600余次。

前言

由于科学仪器是“四二”产业中的一个产业，发展前景十分广阔。 基于其在国家科技、经济、国防、民生和社会发展中的重要战略地位，在“农、轻、重、海、陆、空、食、衣、用”。 没有。 因此，加快科学仪器工业的发展已成为世界各国关注的焦点之一。 本文简要介绍了我国科学仪器的发展和应用。

01

分析仪器的主要发展趋势和方向（趋势）

近10年来，一大批当代最新科技成果，如纳米级精密机械研究成果、分子水平现代化学研究成果、基因水平生物学研究成果、特种功能材料研究成果、全球网络技术推广应用成果, 参加了比赛。 该仪器的问世使全球科学仪器领域发生了根本性的变化。

一、分析仪器的发展趋势（方向）：

目前，世界科学仪器的发展大体呈现以下发展趋势：

1）检测原子、分子和元件的仪器向多功能、智能化、网络化方向发展；

2）分离分析仪器向多维分离分析方向发展；

3）生命科学仪器向原位、体内、实时、在线、高灵敏度、高通量、高选择性方向发展；

4）检测复杂成分样品的仪器正在向组合分析仪器方向发展；

5）用于环境、能源、农业、食品、临床检测的仪器向专业化、小型化方向发展；

6）样品前处理仪器向专业化、快速化、自动化方向发展；

7）国防和生命科学仪器向集成化、微型化全分析系统发展；

8）监测工业生产过程的分析仪器正在向小型化、在线分析、原位分析方向发展。

2、分析仪器的发展趋势

微型化、微量化、快速化、专用化、在线检测是目前世界分析仪器的主要发展方向或发展趋势：

微：应用需求； 便携、占地面积小；

微量：应用要求； 兔子耳窝中的 2 微升液体需要进行方法研究；

快：申请要求； 疾控应急、食物中毒、车辆、网络实验室；

专用：应用要求； 流水线、环保、食品；

在线：自动化仪器发展的需要； 特别是水质检测，每年10亿元的市场；

因为开发的仪器是为用户服务的，分析师的需求是：微、微、快、专、在线； 因此，分析仪器的发展方向也是微型化、微型化、快速化、专用化、在线化。

这些方向或趋势是现代分析仪器开发者应该关注的问题之一。

科学仪器是高科技产品，它受益于各种前沿技术的最新成果，同时也面临着各种前沿技术不断创新和发展的挑战。 可以预见分析仪器与仪器分析，随着信息科学、生命科学、材料科学、能源科学、海洋科学、空间科学、环境科学、民生科学和公共安全科学等学科的发展，以及新技术的不断涌现，科学仪器必将在微型化、微量化、快速化、专用化、在线化等方面的应用将不断创新发展。

02

分析仪器的特点及其应用发展

1、分析测试对象的战略转移对分析仪器提出了更高的要求

众所周知，50年代以前的分析试验主要是无机化学领域的定量分析，70年代前后的分析试验主要是成分分析结合结构分析。 当前的分析检测已经发生了很大的变化，突破了传统分析检测的专业界限，涉及到现代科学技术的各个领域。

近年来，世界高科技的发展日新月异，令人眼花缭乱。 其中，高科技最具有代表性、最核心、最能代表未来方向的有六个方面。 它们被科学家称为六大技术组。 即信息技术组、新材料技术组、新能源技术组、生物技术组、海洋技术组和空间技术组。 这六大技术群都离不开现代分析测试技术。

1）信息技术组：是新兴技术组的核心和先导，是未来世界的中枢神经系统。 然而，信息技术组中所有仪器设备材料的光学、机械、电学、磁学性能、成分、结构分析测试都离不开现代分析测试仪器；

2）新材料技术组：是新兴产业的基础，被誉为技术发展的骨骼肌肉组织，但无论是有机材料还是无机材料，其结构分析，特别是微观、亚显微结构分析、功能材料分析、微量杂质含量等分析必须依靠现代分析检测仪器​​。

3）新能源科技组：是替代石油、煤炭等传统燃料能源的一种方式，是未来社会物质运转的动力源泉。 它相当于人体的心血管系统，但每一个细小的环节都要进行分析和检测。

4）生物技术组：是前沿科学的前沿，是利用生物体及其组织和功能的新领域，具有广阔的发展前景。 但是，生物体及其组织和功能的开发与研究、复杂系统的分离、生物大分子的检测、生物活性的检测、空间构象的检测，都必须要有分析检测仪器​​。

5）海洋技术组：充分利用和开发占地球表面71%的海洋和海底资源的现代手段，但海洋和海底物质资源的提纯和分离都涉及到现代分析检测仪器​​。

6）太空科技群：是当今科技发展的一大标志，是探索地球、太阳系、银河系乃至整个宇宙的新起点。 然而，空间技术中新材料和空间材料资源的开发和研究都与分析仪器的开发有关。 密切相关。

综上所述，纵观当今世界科学技术的发展现状和世界分析测试技术的发展史，人们将深刻地认识到现代分析测试技术领域已经发生了翻天覆地的变化，并且出现了一个明显的特征，就是分析对象发生了战略性的转变，从过去的成分分析和一般结构分析发展到倾向于寻找材料的功能与结构之间的内在联系物质从微观和亚微观两个层次结构。 物质分子间相互作用的微观反应规律。 同时，需要快速准确的定性和定量分析。 可以说，分析对象的战略转移进一步提高了对分析仪器的要求，或者说分析仪器必须适应分析对象的战略转移，这是现代分析仪器和应用发展的第一个特征。

2、分析测试技术难度明显增加，分析仪器必须适配

随着现代分析测试对象的战略转移，分析测试研究的深度、广度和难度都发生了很大的变化，尤其是当今分析测试技术的难度比过去有了明显的提高。 纵观国际分析测试技术领域的现状，可以清楚地看到，当今世界分析测试技术的主要难点体现在以下三个方面：一是大分子的分析测试； 二、复杂系统的分析与测试； 三、动态分析测试。

所谓大分子分析检测，主要是指生物大分子的微纯化分离、结构测定（一级、二级、三级结构的测定），表征生物大分子活性的空间构象测定，细胞骨架、细胞膜、受体细胞的测定等，这些都是当代分析检测技术的难点。

所谓复杂系统，主要是指材料科学。 材料科学本身就是一个复杂的系统，再加上添加剂和助剂就更复杂了。 有时只需几万分之几或万分之几的添加剂就可以改变材料的所有特性，如离子束注入技术，只需要将极少量的离子注入材料中，而机械、材料的电子、光学和磁性特性可以改变。 学习的特点等等都会发生很大的变化。 例如，现在全世界一致认为，最好的人造心脏瓣膜材料是热解碳，但它具有凝血特性。 用热解碳制成的人工心脏瓣膜安装到人体后，患者必须长期每天服药，这样血液流经人体心脏时才不会出现血栓，否则会导致生命-威胁！ 但服药后有副作用，尤其是对有生育能力的人。 为此，中国科技工作者用离子束注入热解碳，然后用它制成人工心脏瓣膜，可以提高抗凝血性能，所以装在人体内后，不需要吃药。 这是一个意义重大的课题，但其分析测试工作难度很大。 不仅需要对离子束注入后的热解碳材料进行分析，还需要对动物乃至人体的血液相容性进行分析和测试。 工作量很大。 要求很高； 又如无机大分子、有机大分子和团簇（原子、分子团簇，统称为纳米材料）的聚合结构研究，尤其是其三维分子结构、低维分子结构、分子结构等。 取向度和表面结构的分析和测试都是材料科学中的难点。 而且，这些方面的分析测试工作是当代材料分析测试技术的热点。 人们正在开展纳米结构半导体发光材料的研究，这是材料科学中具有重要意义的一门学科，但其分析和测试难度很大。 由于需要找到晶粒在一定程度上可控的纳米薄膜，要制备出高密度、与基体结合力强的纳米晶薄膜，分析测试工作量很大，难度很大. 这项工作在微电子学中具有重大意义。

此外，在现代分析测试技术中，往往需要快速、准确地求解出被测物中某些成分的含量，如钢铁、冶金、机械中最常见、最重要的C、S、Mn等。和其他行业。 对Si、P等的含量进行现场、快速、实时的分析检测就是如此，这些实时的现场快速分析检测也是相当困难的。

所谓动态试验主要是指反应动力学。 在亚稳态、分子、离子、自由基等物质的实时分析检测中，都需要在动态过程中进行。 以一个简单的化学反应为例。 一般我们知道的是反应后的产物，我们分析测试的也是反应后的最终产物。 然而，在反应过程中的任何△t时间，都很难知道具体而微妙的信息。 如果是复杂系统的动态测试，就更难了。

综上所述，分析测试难度明显增加，对分析仪器的要求也会提高。 这是现代分析仪器和应用发展的第二个特点。

3、现代分析测试技术涉及的专业领域越来越多

随着分析对象的战略转移，分析测试技术所涉及的专业也发生了变化。 要找到物质的功能和结构之间的内在联系，找到物质分子间相互作用的微观反应规律，快速准确地确定其组成和结构，首先要解决的是获取该物质的相关信息。 因此，如何获取信息是解决分析测试问题的首要前提，信息获取成为分析测试的重要基础。 现代科学仪器是信息的来源，它包含许多基础科学和应用学科，包括许多边缘科学、交叉学科、实验技能和知识。 现代分析检测技术必须依赖现代科学仪器。 分析技术涉及面越广，对仪器的要求就越高。 这是现代分析仪器和应用发展的第三个特点。

4、要求分析仪器制造商和用户越来越重视仪器理论

由于分析对象的转移、难度的增加、覆盖面的扩大，仪器制造者和使用者需要有理论支撑。 这个理论就是仪器理论。 仪器仪表理论是一门综合性学科理论，是一门涉及多领域、复杂、交叉、边缘学科的理论，涉及光学、机械、电子、计算机、应用等各个领域。 理论，尤其是现代分析仪器，都离不开这些方面。

仪器理论是一切科学仪器的研制者、生产者和使用者最基本、最重要的理论之一。

目前，很多仪器设计人员并不重视仪器仪表的理论。 当数据不准确或产生疑问，分析数据与文献价值不符时，大家都不知所措！ 例如：当样品很稀或很浓时，分析误差很大！ 但在中等浓度下，分析误差是正常的。 为什么？ 这个问题很多人都不知道！ 因为，从仪器理论的角度来看，所有根据比尔定律设计的分析仪器只能适用于一定的浓度； 噪声 N 是待分析样品浓度的下限。 根据仪器的信噪比理论：如果信号S一定，噪声N大，则仪器的信噪比小，灵敏度低。 同时仪器的分析测试误差也会很大。 杂散光SL限制了待分析样品的浓度上限。 当样品很浓时，浓度与吸光度不成正比，偏离比尔定律，分析误差会很大。 如果有人要求用UVS检测0.0004Abs的样品，这是违背仪器理论的。 目前世界上最好的UVS，美国Varian的6000i，其BF（基线平坦度，表征仪器全波长范围内各波长上的噪声）为±0.001 Abs，是仪器噪声的数倍大于 0.0004Abs。 0.0004 Abs 的样品根本检测不到。 因此，懂一点仪器理论，就知道是什么，知道为什么，当仪器出现误差大、不稳定、重复性差等问题时，也能顺利解释或解决。 因此，越来越需要和重视仪器理论是现代分析仪器和应用发展的需要，也是现代分析仪器和应用发展的第四个特征。

5、分析仪器制造商与用户的结合越来越紧密

分析仪器是仪器分析人员使用的，所以仪器分析人员对分析仪器的要求是“好用”； 所谓“好用”，就是分析仪器要稳定可靠； 而所谓稳定性，就是漂移小，重复性好； 所谓靠谱，笔者在30年前提出，应该分为狭义和广义。 狭义的可靠性主要是指分析仪器的故障率，不能充分表达可靠性的内涵。 仪器没有故障，但分析测试的数据不准确，这是最大的不可靠性。 因此分析仪器与仪器分析，作者提出广义可靠性的定义，泛指分析仪器的可靠性，主要指分析测试数据的准确性高、稳定性好、故障率低和售后服务好。 因此，在分析测试工作中要对分析仪器的优劣进行检验，并应由仪器分析人员进行评价。 用户是裁判，分析仪器的好坏必须通过分析测试的实际使用来检验，才能下结论！ 因为很多分析仪器的研发和制造工作者不了解用户是如何使用分析仪器的，不了解用户的思维方式，导致制造设备的人和使用设备的人脱节，并且不相互交流。 因此，做出来的分析仪器有时也不是很好用，甚至不好用。 这是我国分析仪器落后的主要原因之一。 因此，如果分析仪器的制造商与用户分离，就没有目标。

一种（或一种）新型分析仪器的问世，必然源于仪器分析工作的需要或仪器分析工作的实践。 许多分析仪器来源于应用实践的需要。 例如，20世纪80年代中期，中国科学院上海有机化学研究所著名有机化学家王佑教授在核酸研究中发现，5种核苷中有部分具有UVS吸收，并且有些没有紫外线吸收； 有自然荧光，有的无自然荧光； 国外使用HPLC分析检测时，常采用两个检测器（紫外、荧光）串联检测，会造成峰形扩散，降低灵敏度。 当时，王佑教授提出，有没有可能开发出同时进行紫外/荧光检测（光谱记录）的HPLC检测器？ 根据他的要求（实际需要），笔者在他的启发下与他紧密结合，很快发明了一种新型的集紫外-可见分光光度计和荧光光度计一体化设计的多功能仪器。 作为HPLC检测器，只需8微升样品，一次进样即可获得样品的紫外和荧光信息。 该仪器大大减少了样品的扩散，灵敏度高。 并且一次注射就可以区分五种核苷中发荧光的核苷和不发荧光的核苷，以及有和没有紫外吸收的核苷。 该仪器于1988年获国家发明奖，至今国外未见类似仪器的报道。 这是来自分析测试工作实践的分析仪器的一个很好的典型例子。 我们的仪器开发人员应该注意开发仪器和使用仪器之间的关系。 走出去，向用户学习。 向他们学习并开阔你的视野。

此外，诺贝尔化学奖的获得者之一是日本岛津制作所的田中耕一。 确认和结构分析的新方法。 他用激光照射成簇的生物大分子，成功地将生物大分子完全分离，电离，并用飞行时间质谱法进行测量。 本发明解决了国际上的两大难题：一是解决了将团聚的生物分子的结构和组成无损伤地拆解成单个分子的问题； 二是解决了利用飞行时间质谱法测量分子量高达50万-60万的生物大分子的问题。 这项发明使人类通过对蛋白质的详细分析加深了对生命过程的理解，革新了新药的开发，在食品控制、癌症早期诊断等领域有着广泛的应用！ 我们可以想象：没有先进的激光仪器和先进的飞行时间质谱仪，田中浩一能否发明出“MALDI-TOF-MS”方法？ 他能获得诺贝尔化学奖吗？ 答案是不。

以上事实足以说明仪器分析师（使用仪器）和分析仪器（生产仪器）之间的关系。 也可以说明分析仪器与仪器分析必须紧密结合，相互交流，相互促进。 这个问题必须引起广大分析仪器工作者的高度重视。 这是当今世界分析仪器和应用发展的第五个显着特点。

6. 向组合技术方向发展

联用技术的迅猛发展是当今世界分析仪器研制及应用的热点之一。 很多任务不能靠某种技术来解决，而是可以通过结合两种或两种以上的技术来解决。 例如：单一的薄层扫描仪或单一的拉曼光谱仪无法解决的问题，两者结合使用可以轻松解决（薄层扫描仪起分离作用，拉曼光谱仪起分离作用）检测功能）。 ，这对于复杂系统和中药的分析尤其有意义。 又如：FIA（Flow Injection Analysis）结合AAS，ICP-MS，LC-MS，GC-MS等都是这样。 因此，组合技术的发展在集成创新方面将具有广阔的前景，这是现代分析仪器及其应用发展的第六个显着特征。

03

相关问题

1、再次希望分析仪器及应用行业的广大科技工作者注意学习，特别注意仪器仪表理论，不断注意扩大知识面，参加各种专业学术会议，多看文献，注意与同行的关系。 沟通，持续改进，充实自我。 尤其是仪器使用者，一定要注意研究影响分析误差的五个主要因素及其消除方法（笔者另文论述）。

2、推荐您参考以下书籍。 这些书的内容是可操作的。 由于笔者在大学时学的是仪器，毕业后从事仪器使用、仪器研制、仪器维修工作50余年。 这些书籍是作者经验教训的总结，既包括仪器仪表的理论内容，也包括应用实践的内容； 对研发仪器、生产仪器、使用仪器、维修仪器和管理人员具有参考意义。 这五本书是创作的，不是编辑的。 他们是：

(1) 李长厚，《紫外可见分光光度计》，北京：化学工业出版社，2005。

一本科技新书一般首印2000册； 这本书首印4000册，后来再版两次，总销量超过10000册。 所有内容都是可操作的。

(2) 李长厚，《紫外-可见分光光度计及其应用》，北京：化学工业出版社，2010。

本书有很多具体的设计和使用实例，都具有可操作性。

(3) 李长厚，《原子吸收分光光度计及其应用》，北京：科学出版社，2006

Many scientific and technological workers are reading this book as a primer. Especially those who develop and produce instruments, use instruments, maintain instruments, and sell instruments in the analysis industry have reference value.

(4) Li Changhou, "Instrument Theory and Practice" (Instrument Theory and Design, Manufacturing, Testing, Use and Maintenance of Optical Analytical Instruments and Key Core Components), Beijing: Science Press, 2008

The theory of instrumentation is the basic theory that must be understood by scientific and technological workers who develop, produce, use, and maintain instruments; it can ensure that you master the relationship between instrument indicators and analysis errors, and enable you to make high-quality instruments; Use the best level, get the best and most reliable analysis data.

(5) Li Changhou, "High Performance Liquid Chromatography Instruments and Their Applications", Beijing: Science Press, 2014

This book is prefaced by three academicians. Chapter 6 "Hundred Questions about HPLC" has been favored by many readers.

At present, there are many books on analytical instruments, especially on spectroscopic and chromatographic instruments. However, most of them focus on instruments or applications, and there are relatively few books that truly combine instruments and applications to introduce the author's scientific research results. The above five books are unique in the combination of instruments and their applications, and readers are recommended to refer to them.

-结尾-

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