仪器的未来发展前景

仪器的未来发展前景

有人说，我们正处于一个知识爆炸的年代。这话是有道理的，但是我们也不用因此而无所适从。实际上，在知识爆炸的同时，我们也有了迅速获取所需知识的“空前可能性”。像我们中国这样的发展中国家，完全有可能发挥后发优势，实现跨越式发展，在分析仪器领域摆脱依赖外国的状况。可惜由于种种原因，相当长一段时间以来我们并没有利用好这些“空前的可能性”。我国分析仪器从教学、研究到生产都不尽人意，迄今分析仪器产业并没有像我国其他一些制造业那样，冲出国外仪器的重重包围，真正在世界上扬眉吐气，代表一个国家分析仪器水平的高端仪器仍然差不多完全依赖进口就是一个例证。

在我国，受一些名人的影响，人们对分析化学和分析仪器的认识在相当长一段时间内存在着偏见，把分析化学看成一门纯服务的学科，把分析化学定义为“分析和表征的科学”，以致把分析化学的科学研究局限于具体样品分析方法的研究，更不把分析仪器的创新研究看作是分析化学科学研究的重要内容;在科学研究管理方面，也把分析仪器仅仅看作是一种科研条件。有的人甚至说，“咱们现在有钱，需要仪器，向国外买好了，何必都自己费事”。好像买来了仪器，我们就能够不断创新，一切也就“搞定”。美国能源部杰出科学家R. F. Hirsch 不久前曾经指出“由新工具开创的科学新方向远比由新概念开创的科学新方向要多得多。由概念驱动的革命的影响是用新概念去阐明旧事物。而由工具驱动的革命的影响是去发现需要阐明的新事物”。也就是说，在科学创新研究上，新工具很重要，如果把这个新工具比喻成开启未知世界大门的一把钥匙，则新科学仪器(或者装置)就是这样一把“钥匙”。这把“钥匙”有其特殊性。那就是，对于原始创新，它在一定程度上具有“唯一性”。

许多搞重要基础研究的科学家在获得经费后做的第一件事情往往会是让助手们填单子买世界上“最先进”的仪器，而没有认识到要想在你认为重大的科学领域有所发现，打开你所要研究的未知世界的“钥匙”其实只能由你自己最先研究出来，研究好这把“钥匙”，实际上是研究好你所面对的未知世界的前提，或者说第一步!只有这样，你才能超越前人，有所发现、有所创造。否则，难免不陷入捡别人残羹剩饭的处境。因为科研与日常生产和生活是完全不同的两种活动，前者完全没有现成的路子可供采用。可惜的是，上述这种思想也影响了分析化学界，以致长期来我国在分析仪器的创新方面几乎很少建树，具有完全自主知识产权的产品少之又少。除了五、六十年代有过一段相对较好的时期外，这种情况直到90年代后期才开始改变，分析仪器的创新研究才被相继列入国家各项重要科学研究计划。虽然总的投入仍然不大，但是人们的认识和态度显然已经有了很大变化，在国家自然科学基金的带动下，分析化学新方法、新技术、新仪器的研究已逐步受到各方面的重视，如果这种状况能够继续下去，相信不久的将来，我国的分析仪器一定会有大的起色。

关于工业分析仪器和一般分析仪器的区别问题，粗浅的看法是，一个用在生产现场，另一个用在实验室，而且用在实验室的分析仪器也是与工业实际生产相关，并不是用于一般科研的仪器设备。如果分析仪能够接近生产现场，自动或手动取样（定期）及需要少量的人工操作，并且可较快的检测出结果并指导生产，也可以算是过程分析技术。严格地说，工业分析仪应该在线测量、监视及控制，首先应自动取样、连续取样、样品自动预处理、自动分析后输出信号，长期稳定运行，而且应做到在线校正、在线维护（过滤、清洗或反吹）。最好能够做到嵌入式传感器与主工艺设备内的介质直接接触，或者把介质转移到与工艺装备相连的分析回路或分析采样系统中，分析完再将介质返回工艺装备内。为此，分析仪器经常形成一个主机系统以外的配套的系统，或在线分析小屋。由于过程分析技术发展的需要，“在线”涵盖了at line、in line、on line 三种含义。虽然常用online 一词，但从字面上看，应是在线、线内、线上三个含义，这都是与off line（离线）相对而言。offline→at line →on line→in line，我们应逐步按实际需要，将分析技术融合于工艺过程之中。在线分析

仪器一词在实际应用中应取严格的定义，而在应用中应给过程分析技术一些空间，如横河近红外分析仪（NR800）就有“在线机”和“离线机”两种机型，这里关系到现在很受关注的成本概念——CAPEX（投资成本）和OPEX（运行成本），切莫片面追求在线。分析仪器价格不菲，在线分析仪表在运行成本上更是存在精心维护等问题，这些是显而易见的。更深层次的问题是在线分析仪器如何能像实验室分析仪器一样提高使用效率，即可以有租赁等使用方式，使它能成为在某工厂长期使用一种方式之外，还可以用作新型工艺设计前期获得设计数据、工厂设计开工后初期投产考核“数字模型”正确性、工艺重大变动试验期——能获得重要在线分析仪器及相应专家队伍的服务。这些不是空想，因为从理论上钱学森在1992年已经指出：建设“从定性到定量综合集成研讨厅体系”，要求把人的思维、思维的成果、人的知识、智慧以及各种情报、资料统统集成起来，并指出“厅”不只是一个大厅，而是由高速信息网络、计算机软硬件构成，指出即将进入“人机结合的大成智慧”的新时代。这些将给我们讨论“在线”和“离线”以启迪。此外，基于常规测量手段（温度、压力、流量、液位）或常用简单分析仪器的测量数据，经过软测量有关算法软件计算，得出与过程中或最终产品有关的分析指标而形成的软测量技术，也可属于过程分析技术的一部分。【3】某煤的工业分析一直采用GB212-91，该方法分析周期长，人为因素的影响也较大。随着自动化程度的提高及生产需要，我们采用MAC-G 全自动工业分析仪进行煤工业分析的测定，该仪器检测原理为热重分析法，将远红外加热设备与称量用的电子天平结合在一起，对受热过程中的试样称重，计算出试样的分析基水分、灰分及挥发分等工业分析指两种测量方法的结果无显著差异且差值的置信区间也很小。【4】

MAC-G 全自动工业分析仪性能特点如下：

1.高度自动化：放入样品后，只需点击鼠标即可自动完成测试并打印结果，操作简单。

2.测试准确：经过对二十多种标准煤样的测试，其结果均准确无误：与国标方法作对比试验，测试精度符合要求。

3. 效率高：快速法：19个样的水分、灰分、挥发分≤180min

4.经典法：19个样的水分（干燥性检验）、灰分（慢灰+干燥性检验）260min。

5.水分、灰分、挥发分三个指标可任意组合测定或单独测定。

6.采用进口整体炉膛，升温速度快、节能、测试时间短。

7.采用进口电子天平，进口步进电机，保证测试性能稳定。

原国标法测量1 个试样的分析基水分、灰分、挥发分，约需150min。而MAC-G 全自动工业分析仪，在180min 内可分析19 个样品的分析基水分、灰分和挥发分，测试全过程自动完成，不仅加快了分析速度，提高了测试效率，也减少了人为因素对分析结果的影响，提高了分析结果的可靠性，值得推广和应用。

工业分析化学所用到的化学分析法和仪器分析法，二者各有优缺点，相辅相成。做为分析化学者必须明确每一种方法的原理及其应用范围和优缺点，这样在解决分析问题时才能得心应手，选择最适宜的方法。一般来说，化学法准确、精密、费用少而且容易掌握。仪器法迅速，能处理大批样品，但大型仪器价格昂贵，几年后又须更新仪器。

展望未来，二十一世纪的工业化学仍将是一门中心的、实用的和创造性的科学，它将帮助我们解决人类所面临的一系列重大问题，与此同时，化学将得到进一步发展。我们有理由相信21世纪的工业化学将更加繁荣兴旺，工业化学将迎来它的黄金时代