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

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） 刖 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。 1光谱类仪器 光谱类仪器是应用面最广、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紫外何见光分光光度计（U/V）。 （1）低档U/V。国产品性能已接近国外水平，且价低，巳占据国内市场。 （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，巳小批量打入欧美和东南亚，宜进一步 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（FTJR/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0.65cm1；波数精度0.01cm；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，且巳有外商代理、销往国外。 AAS和AFS两种仪器是我国科学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巳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0.01”C,国产GC多为OTC； （3）国外GC柱温箱升温速度为100”C/min,国产GC多为40〜50”C/min； （4）国产GC的检测器灵敏度、检出限不如国外产品（见表1）。 （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 TCD N 5000m v.ml/mg苯 N 20000mv.ml/mg ECD Wl.0 xlfi3g/ml666 W0.008pg/s（六氯化苯） NPD W5 X 1042g/sN; W5 X 1012g/sp W4Xlr】3g/sN; W5xlJ4g/sP FPD Wlxlng/sP; W5xlfg/sS W