分析仪器发展趋势展望

    科学仪器是人们感觉器官的延伸,是人们认识世界获取信息的重要工具,在当今人类向宏观宇宙和微观分子原子甚至“亚基本粒子"世界进军的过程中科学仪器更是*的工具,它是许多重要而宝贵的信息的源头。

   分析仪器是科学仪器的重要组成部分,它所测量或所获取的主要是物质的质和量的信息。以一切可能的(化学的、物理的、生物医学的、数学的等等)方法和技术,利用一切可以利用的物质属性,对一切需要加以表征、鉴别或测定的物质组分(包括无机和有机组分)及其形态、状态(以及能态)、结构、分布(时、空)等进行表征、鉴别和测定,以求对样品所代表的问题有一个基本的了解。这是当今分析科学也是分析仪器发展所面临的任务。

    钱学森院士曾深刻地指出:“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术是关键和基础。"分析仪器作为zui重要的测量技术自然是信息技术的重要组成部分。分析仪器工业因此也是实实在在的高技术信息产业。和其它信息产业一样,在新的世纪里,分析仪器也将迎来一个欣欣向荣的新局面。

1 分析仪器的发展是现代科学、经济和社会发展的重要基础和推动力之一

1.1 科学仪器是现代科学发展的基础,科学仪器的创新是知识创新和技术创新的重要内容

    早在一百多年前,的化学家门捷列夫就曾说过:“科学是从测量开始的。"没有准确的测量就谈不上科学,而准确的测量离不开仪器。如果翻开科学发展史看一看就不难发现,许多重要的科学分支实际上是从某项重要的科学仪器装置(instru2mentation)的研制成功开始建立和发展的。例如,极谱仪的发明产生了极谱学;色谱仪的发明产生了色谱学;光谱仪的发明产生了光谱学;质谱仪的发明产生了质谱学。“Nothing begets good science like development of agoodinstrument."。当然,这些科学的发展壮大也离不开相应仪器的不断改进和提高。没有高分辨率的光谱仪,我们就不可能研究各种元素及其同位素光谱的超精细结构,也就难以得到相应的知识,建立起完整的相应的理论体系。因此,仪器的发展是现代科学发展的基础。正如1992年诺贝尔奖获得者R.R.Ernst所说:“现代科学的进步越来越依靠仪器的发展。"但是,知识创新和技术创新也不能*依赖于购置和使用新式的仪器。实际上,真正原创性的重大知识创新是不可能通过购置新式仪器取得的。李远哲先生是因为建立了世界上*套分子束实验装置,观察到了前人从未观测到的实验现象才获得诺贝尔奖的。任何人再用他的装置或第二套类似的装置做出类似的工作,显然其贡献已不可能与他相比。正因为如此,在诺贝尔物理和化学奖中约有三分之一是奖给那些在分析测试仪器方面作出重大原创性贡献的科学家的。由此可见,科学仪器的创新是知识创新和技术创新的重要组成部分,正如王大珩院士所说:“能不能创造高水平的科学仪器和设备体现了一个民族、一个国家的创新能力。发展科学仪器设备应当视为国家战略。"

1.2 分析仪器的发展是现代社会和经济发展的重要推动力之一

    当今社会已进入知识经济社会。经济的化导致了各国间激烈的经济竞争,而这一竞争的核心是科技竞争,谁在科技上高出一头谁就能在竞争中占据上风或*,否则就会受欺侮。而要发展高科技,就必须要有强大的科学仪器工业作基础。许多关键仪器是有钱也买不到的。

    科学仪器特别是分析测试仪器是现代工业生产中*的一部分,并且起着“指导者"和“把关者"的作用。为保证质量和生产安全,各种工业生产,特别是连续自动化生产都离不开关键环节的质量监控,这是*的事实。根据美国国家标准化技术研究所(NIST)的统计,美国在20世纪90年代初每年用于质量控制分析的费用已达500×10⁸美元,每天要进行2.5×10⁸次分析。严格的分析检测使美国大多数产品的质量都稳定在一流水平上,为美国在经济竞争中占据优势地位,奠定了牢固的基础。美国商业部的评估报告也指出,占工业总产值4%的仪器工业,实际上影响着美国至少66%的国民生产总值。

    分析仪器在环境质量监测、打击假冒伪劣产品、打击违法犯罪、走私和恐怖主义等经济和社会活动中是人们手中的强大技术武器。分析仪器在保障人类健康生活、监控病人病情、预防灾害发生等方面也都起着重大的作。

2 分析仪器的微型化和智能化

随着算机技术、微制造技术、纳米技术和新功能材料等高新技术的发展,分析仪器不但会具有越来越强大的“智能",而且正沿着大型落地式→台式→移动式→便携式→手持式→芯片实验室的方向发展,越来越小型化、微型化、智能化,以至出现可穿戴式(wearable)或甚至不需外界供电的植入式(implanted)或埋入式(embedded)智能仪器。这是因为计算机技术正经历着翻天覆地的变化。随着分子计算机、DNA计算机、光子计算机、量子计算机等的不断推出,计算机也将越来越微型化。计算机(电脑)与人脑的结合将不再是一个梦。带有植入式电脑的人的智能将大大超过不带电脑的“自然人“。而分析仪器和计算机的界限也将变得模糊,许多分析仪器实际上就是具有某种分析检测功能的计算机,就象现今电子词典一样,你说它是“词典"还是“计算机"?将来有一天,带有植入式DNA分析仪或其它分析仪的人将随时随地有可能诊断自己可能出现的病变,并可通过无线互联网向zui的专科医院求助,防患于未然,从而大大延长人的寿命。同样道理,分析仪器在生产和社会活动的各个环节也将可以发挥类似的作用,从而造福于整个人类。