國慶期間，儀器信息網(wǎng)將為各位網(wǎng)友奉上主題為改革開放40年，我國自主創(chuàng)新分析儀器和企業(yè)快速發(fā)展系列內(nèi)容，共分為色譜篇、質(zhì)譜篇、光譜篇、電子顯微鏡篇、PCR篇以及核磁共振波譜儀篇等六大版塊，本期推出光譜篇。

光譜儀器可以說是研究開發(fā)的最早分析儀器，發(fā)展至今已進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展的階段，但是仍不斷有創(chuàng)新技術(shù)?新型儀器推出，不斷向高靈敏度?高選擇性?高準(zhǔn)確度、高通量?自動化和數(shù)字化等方面發(fā)展。在?物理?化學(xué)?天文等基礎(chǔ)學(xué)科研究中，在冶金?地質(zhì)?機(jī)械制造?材料研制??化工合成?石油化工等物質(zhì)生產(chǎn)領(lǐng)域中，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)?生物醫(yī)學(xué)?藥?物制造和環(huán)境保護(hù)?食品安全?等關(guān)系人類生存?發(fā)展的各領(lǐng)域中，光譜儀器已屬應(yīng)用廣泛和市場需求巨大的一類分析儀器。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，國內(nèi)光譜分析儀器得到迅速發(fā)展，如原子吸收光譜儀?紫外可見分光光度計等，其性能和制造技術(shù)已與國外同類產(chǎn)品具有同等水平，占有相當(dāng)?shù)氖袌龇至?。同時，我國也出現(xiàn)了創(chuàng)新技術(shù)和具有我國特色的光譜儀器產(chǎn)品，如原子熒光光譜儀?金屬原位光譜分析儀等，具有國際領(lǐng)先水平。

原子熒光光譜

20世紀(jì)70年代，我國一批專家學(xué)者致力于原子熒光的理論和應(yīng)用研究。尤其是郭小偉在氫化物發(fā)生與原子熒光的聯(lián)用技術(shù)研究方面取得了杰出成就，成為我國原子熒光商品儀器的奠基人，為原子熒光光譜法在我國的普及和推廣打下了基礎(chǔ)。經(jīng)過近三十年的艱苦奮斗，原子熒光光譜儀已成為我國少數(shù)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的分析儀器。

多年來，我國在原子熒光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域拓展方面做了大量有序的工作，已經(jīng)建立了160多項國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。也正是由于這些標(biāo)準(zhǔn)的建立，使得原子熒光光譜在地質(zhì)、冶金、石油化工、輕工、農(nóng)林、生物、醫(yī)藥、食品、保健品、環(huán)境、電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。同時，原子熒光光譜儀還出口到加拿大、美國、意大利、阿根廷、伊朗、波蘭、烏茲別克斯坦、墨西哥、泰國等國家。

我國廣大分析工作者在20多年的時間里，應(yīng)用蒸汽發(fā)生-原子熒光光譜儀在各個領(lǐng)域中做了大量的分析方法研究工作，據(jù)中國知網(wǎng)不完全統(tǒng)計，1988-2017年共發(fā)表了有關(guān)原子熒光光譜分析方法的論文5000多篇，可以看出我國原子熒光光譜分析技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。

原子熒光光譜儀的生產(chǎn)企業(yè)由最初的2-3家，近年來已經(jīng)發(fā)展到了20多家，年銷售量在3000臺左右。一種元素的生理、毒理影響以及生物利用度、環(huán)境行為和遷移性等在很大程度上取決于它的化學(xué)形態(tài)，人們已經(jīng)不能滿足僅測量體系中元素的總量，對于元素在樣品內(nèi)的實際狀態(tài)等重要信息的測量——元素形態(tài)分析的需求愈加迫切。而近年來隨著《GB 5009.11-2014 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無機(jī)砷的測定》、《GB 5009.17-2014 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總汞及有機(jī)汞的測定》等方法標(biāo)準(zhǔn)的推出，液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用的形態(tài)分析儀成為了原子熒光光譜市場的新的增長點。

原子吸收光譜

從1953年開始至今，原子吸收光譜儀已經(jīng)發(fā)展了60多年。1964年我國學(xué)者黃本立等人在改裝的一臺簡易原子吸收光譜裝置上測定了溶液中的鈉。1965年吳廷照等成功組裝了火焰原子吸收光譜儀科研樣機(jī)，開發(fā)的玻璃霧化器，已被國產(chǎn)原子吸收光譜儀器廣泛采用。

從上世紀(jì)70年代中期開始，原子吸收光譜分析方法在我國步入了普及、推廣時期。80年代中期以后，我國原子吸收光譜分析方法進(jìn)入了大發(fā)展時期。在這一時期，國產(chǎn)原子吸收光譜儀器開始研制和生產(chǎn)。1969年我國第一臺WFD-Y1型單光束火焰原子吸收分光光度計在北京科學(xué)儀器廠問世。1973年上海分析儀器總廠研制成功我國第一臺雙光束原子吸收分光光度計樣機(jī)。1975年北京第二光學(xué)儀器廠推出WFD-Y3型單光束數(shù)字式火焰石墨爐兩用原子吸收分光光度計商品儀器。微機(jī)化以及計算機(jī)技術(shù)逐漸被引入到原子吸收光譜儀器中，實現(xiàn)了儀器操作、數(shù)據(jù)處理上的自動化。等等。我國在原子吸收光譜儀器的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用等方面都得到了快速發(fā)展。

目前國產(chǎn)原子吸收生產(chǎn)廠商近20家，經(jīng)銷商超過30家。據(jù)2012年不完全統(tǒng)計，當(dāng)時中國正在使用的原子吸收光譜儀約為30000臺。以10年為更新周期每年就需要購置原子吸收光譜儀近3000臺。再加上一定數(shù)量的新增用戶，突發(fā)的環(huán)境污染、食品安全事件等，帶來原子吸收光譜儀的增長?？梢怨烙?，我國原子吸收光譜儀銷售每年最少4000多臺，其中，國產(chǎn)原子吸收光譜儀占比超過了50%。此外，由于原子吸收光譜儀相對比較簡單，我國在光學(xué)儀器制造上有一定的基礎(chǔ)，原子吸收光譜儀的國產(chǎn)化率常年在75%左右。

我國光譜儀器企業(yè)多年前就開始出口性能優(yōu)良的光譜儀器，已出口到五大洲30多個國家和地區(qū)。雖然國產(chǎn)光譜儀器出口儀器種類和數(shù)量有限，但標(biāo)志著我國光譜儀器走出國門，參與國際市場競爭。

紫外可見分光光度計

世界上第一臺商品化紫外可見分光光度計于1945年推出，無論是它的技術(shù)、產(chǎn)品、還是市場，發(fā)展都非?？?。目前，紫外可見分光光度計已經(jīng)是世界上使用最多、覆蓋面最廣的少數(shù)幾種分析儀器之一，在生命科學(xué)、材料、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、計量、食品、地質(zhì)、石油化工、醫(yī)療衛(wèi)生、鋼鐵冶金、化學(xué)化工等領(lǐng)域的科研、生產(chǎn)、教學(xué)等工作中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

1962年上海分析儀器廠研制成功我國第一臺72型光電分光光度計。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，我國的紫外可見分光光度計技術(shù)得到了快速發(fā)展，儀器的靈敏度和準(zhǔn)確度不斷提高，應(yīng)用范圍不斷拓展。如今，國產(chǎn)紫外分光光度計遍布全國各級檢測實驗室。國產(chǎn)品牌，普析通用、美譜達(dá)、上海元析、上海儀電、北分瑞利等總計有數(shù)十家之多，主要集中在上海及北京地區(qū)。

紫外可見分光光度計市場，就年銷量而言，國產(chǎn)紫外可見分光光度計的市場占比大致在80%-90%。這還不包括可見分光光度計，其主要以國產(chǎn)為主。盡管在最高端市場依然為進(jìn)口品牌所壟斷，但是在中高端市場，部分優(yōu)秀的國產(chǎn)品牌已經(jīng)可以和進(jìn)口品牌進(jìn)行全方位的競爭。

拉曼光譜

我國很早就開展了有關(guān)光散射的研究，最初是從物理學(xué)領(lǐng)域開始的，較為全面系統(tǒng)的光散射研究是在70年代后期開始的，隨著各種先進(jìn)光譜儀的組建和引進(jìn)，工作領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，水平逐步提高。說到國產(chǎn)拉曼光譜儀，總體而言，其在政府資金支持和院校技術(shù)孵化的環(huán)境下得到了長足的發(fā)展。僅儀器信息網(wǎng)儀器專場統(tǒng)計到的拉曼光譜相關(guān)品牌就近50個，且呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢。其中，國產(chǎn)主流品牌近20家。

在高端拉曼產(chǎn)品的市場中，國產(chǎn)品牌如卓立漢光、天津港東等企業(yè)所占份額極小。但是，將臺式拉曼用做教學(xué)儀器，天津港東的產(chǎn)品占據(jù)了國內(nèi)80%以上的物理教學(xué)儀器市場。而且，在科研級別的大型顯微共聚焦拉曼技術(shù)的研發(fā)上，國內(nèi)目前也有少數(shù)單位投入研發(fā)，如，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦院士團(tuán)隊于1997年成功研制出我國第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的紫外拉曼光譜儀，解決了國際拉曼光譜領(lǐng)域長期存在的熒光干擾問題，并在國際上最早將其應(yīng)用于催化及材料科學(xué)的研究;卓立漢光研制了Finder Vista顯微共聚焦拉曼光譜儀;天津港東開發(fā)出激光共聚焦拉曼光譜儀，并正在進(jìn)行拉曼mapping技術(shù)的研究，包括三維自動平臺的設(shè)計等。此外，拉曼快速成像也是國產(chǎn)拉曼儀器公司希望解決的技術(shù)瓶頸問題，在2018科技部儀器專項的申請項目中，已經(jīng)有拉曼快速成像項目的申請。

此外，值得一提的是，目前用于軌道交通和民航領(lǐng)域的拉曼安檢類產(chǎn)品，如同方威視的RT1003D、RT1003EB等，也屬于臺式儀器，但是與實驗室臺式產(chǎn)品又有所不同。此類型的臺式產(chǎn)品雖然進(jìn)口品牌也有銷售，但主要以同方威視為主。據(jù)了解，該類別產(chǎn)品在中國市場每年也有1000臺左右的銷量。

近年來，拉曼光譜儀小型化的需求表現(xiàn)較為明顯。從技術(shù)層面而言，便攜/手持拉曼儀對技術(shù)的要求不是很高，企業(yè)邁入門檻比較低，也正是因為如此，近年來，便攜/手持拉曼儀器新產(chǎn)品層出不窮。我國在便攜/手持拉曼光譜儀方面的研究取得了不小的進(jìn)展，其市場格局與實驗室臺式拉曼光譜不同，國產(chǎn)企業(yè)占有絕對優(yōu)勢。其中華泰諾安、同方威視兩家從臺數(shù)上來說占比就超過40%。此外，在技術(shù)層面也有較大創(chuàng)新，如，南京簡智推出了首款便攜式差分拉曼光譜儀;西派特的便攜拉曼采用了消除熒光背景和降噪的專利技術(shù)，使得該儀器的S/N大幅提高。

目前，便攜/手持拉曼光譜儀在刑偵/毒品/安檢/公安/司法領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，以海關(guān)為例，2016、2017、2018年連續(xù)三年，海關(guān)總署共計預(yù)算2.24億元采購了925套手持式監(jiān)管物項識別儀。此外，食藥監(jiān)食品快檢車項目的批量采購更將便攜拉曼光譜儀在食品領(lǐng)域的應(yīng)用再一次推向高潮。當(dāng)然，便攜拉曼在應(yīng)用方面也需進(jìn)一步完善。

從技術(shù)層面來說，目前比較受關(guān)注的拉曼光譜技術(shù)包括：高分辨率、快速/大面積成像、聯(lián)用技術(shù)、自動化、TERS/SERS技術(shù)、儀器小型化等。其中，表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)技術(shù)是近些年來拉曼光譜領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)，然而這項技術(shù)仍不成熟，對其原理的解釋目前還不甚明確，在實際應(yīng)用上也存在很多難以解決的問題。我國在SERS基底方面的研究比較多，雖然當(dāng)前已經(jīng)有一些商品化的SERS基底銷售，但是其穩(wěn)定性、重復(fù)性、普適性等方面還需提高。普識納米的產(chǎn)品使用比較多，此外歐普圖斯、南京簡智等企業(yè)也有相應(yīng)的商品化的增強(qiáng)試劑。聯(lián)用技術(shù)的大發(fā)展是當(dāng)今世界上分析儀器發(fā)展的主要潮流之一。十二五重大儀器專項《薄層掃描-便攜式激光拉曼光譜聯(lián)用儀器及其應(yīng)用》已經(jīng)通過驗收;該儀器解決了食品、中藥產(chǎn)品中薄層色譜和拉曼光譜無法單獨解決的分析難題。儀器具有體積小、重量輕、自動化程度高等特點，該儀器為國際首創(chuàng)。

近紅外光譜

現(xiàn)代近紅外光譜的研究與應(yīng)用在我國起步較晚。1979年開始引入近紅外光譜儀，而相應(yīng)的課題研究在90年代前只屬于初步的研究，涉及的領(lǐng)域也很少。90年代以后，隨著?制造水平的提升、化學(xué)計量學(xué)方法和軟件的開發(fā)、以及各種樣品測定附件研制的不斷進(jìn)步，近紅外光譜以高效和快速的特點異軍突起，在我國得到了了迅猛的發(fā)展，逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、石化、制藥和食品等多個領(lǐng)域，尤其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研中逐漸發(fā)揮著越來越重要的作用。如，我國目前大型飼料企業(yè)購置近紅外光譜儀100臺以上的有2家，購置5-10臺的有50多家。

從上世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)開始了近紅外光譜儀器的研發(fā)生產(chǎn)。雖然，近紅外光譜儀器市場大部分被進(jìn)口品牌所占據(jù)。不過，國內(nèi)許多優(yōu)秀的近紅外光譜分析儀器廠家也在不斷地涌現(xiàn)出來，研制開發(fā)了許多近紅外光譜儀器新產(chǎn)品，其技術(shù)水平和創(chuàng)新程度均達(dá)到了一個新的高度。迄今，國產(chǎn)近紅外光譜儀品牌主要包括聚光科技、北京瑞利、華夏科創(chuàng)、南京中地、上海棱光、迅杰光遠(yuǎn)、偉創(chuàng)英圖、星創(chuàng)眾譜、西派特、創(chuàng)和億等。

聚光科技近紅外產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)至今已有20多年的時間，目前已有超過2000套近紅外產(chǎn)品服務(wù)于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的多個領(lǐng)域(其技術(shù)來源于英賢儀器公司;英賢儀器1997年成立即與陸婉珍院士團(tuán)隊合作，將其成果產(chǎn)業(yè)化;2007年英賢儀器被聚光科技收購)。其產(chǎn)品系列包括便攜式SupNIR-1000/ 2600、臺式SupNIR-2700、在線SupNIR-4510/4692等產(chǎn)品，以滿足用戶的不同需求。

隨著近紅外光譜分析技術(shù)飛速發(fā)展和普及應(yīng)用，近紅外光譜儀器向如下方向發(fā)展：小型化、微型化、專用化、在線監(jiān)測、成像儀器。近年來，我國近紅外光譜儀器在小型、專用化方面發(fā)展快速，其發(fā)展驅(qū)動力主要來自于現(xiàn)場檢測、消費者相關(guān)市場、工業(yè)4.0和過程分析、簡單應(yīng)用、可以使用第三方軟件等方面。這方面表現(xiàn)較突出的廠商有迅杰光遠(yuǎn)等，其近年來均有多款產(chǎn)品推出。另外，降低成本也是近紅外光譜儀器擴(kuò)大應(yīng)用范圍的一大關(guān)鍵要素。新的技術(shù)，如新的光電元件在近紅外光譜儀器中得到廣泛應(yīng)用。

近紅外光譜儀器的發(fā)展趨勢之一過程分析方面，近紅外光譜分析技術(shù)所提供的快速、實時測量信息可使工業(yè)生產(chǎn)過程保持最優(yōu)化的控制，在顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，降低生產(chǎn)成本和資源消耗，從而優(yōu)化資源配置。如今，越來越多的在線近紅外光譜分析技術(shù)用于石油化工、制藥等工業(yè)過程優(yōu)化與控制，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

X射線熒光光譜

1948年，世界第一臺波長色散X射線熒光光譜儀研制成功;1969年，第一臺能量色散X射線熒光光譜儀研制成功。自此，X射線熒光光譜開始快速發(fā)展的步伐。到了20 世紀(jì)80 年代初，X 射線熒光光譜分析已是一種成熟的分析方法，是實驗室、現(xiàn)場分析主、次量和痕量元素的首選方法之一，在無損分析和原位分析中具有不可替代的地位。X射線熒光光譜儀(XRF)主要分為波長色散X射線熒光光譜儀(WDXRF)和能量色散X射線熒光光譜儀(EDXRF)兩大類。

我國X射線熒光光譜分析的發(fā)展起步于20 世紀(jì)50 年代末。在儀器制造方面，經(jīng)過從業(yè)人員的不斷努力，如今的國產(chǎn)EDXRF已在國內(nèi)外市場占據(jù)較大份額，WDXRF也已批量生產(chǎn)。在WDXRF方面，目前有天瑞儀器、華唯、東西分析、安科慧生、丹東通達(dá)、愛斯特等主要廠商;而EDXRF方面國產(chǎn)化水平較高，主要廠商包括天瑞儀器、華唯、禾苗、鋼研納克、東西分析、普析分析、善時、新先達(dá)、浪聲、安科慧生等。

2010年，天瑞儀器研制成功并批量生產(chǎn)了功率400W的EDXRF和WDXRF譜儀合為一體的儀器，表明我國儀器廠商已從仿制走向創(chuàng)新之路。經(jīng)過5年的努力，國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項波譜-能譜復(fù)合型X射線熒光光譜儀的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項目研制、開發(fā)了一種大功率、多功能(波譜、能譜和元素分布分析)的新型X射線熒光光譜分析儀器(CNX-808 XRF)，為與國際同步的尖端技術(shù)研發(fā)。

便攜/手持式XRF是EDXRF的一個分支，其體積小巧、輕便易用，在電子電氣RoHS檢測、食品快檢、廢舊金屬回收等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。我國在20 世紀(jì)70 年代中期開發(fā)了第一臺可攜式XRF 譜儀，其后這方面的工作基本與國外同步。目前國內(nèi)便攜/手持式XRF正逐漸走向高端化，國產(chǎn)替代進(jìn)口的狀態(tài)或可在幾年后實現(xiàn)。

2013年5月，湖南省攸縣3家大米廠生產(chǎn)的大米在廣東省廣州市被查出鎘超標(biāo)事件經(jīng)媒體披露，鎘大米便成為了公眾關(guān)注的焦點。石墨爐原子吸收光譜是測定食品中鎘的首選方法，但其前處理繁瑣，不適合大批量糧食中鎘的快速檢測。EDXRF檢測鎘大米前處理簡單、便攜、快速，在短時間內(nèi)可快速檢測大米中的鎘含量。EDXRF測定大米中的鎘，已成為糧食行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)(《LS/T 6115-2016 糧油檢驗 稻谷中鎘含量快速測定 X射線熒光光譜法》)，是鎘大米檢測中重要的一環(huán)。目前，天瑞儀器、鋼研納克等廠商均已推出了針對大米中重金屬(鎘、鉛、砷)檢測的專用EDXRF重金屬快速檢測儀，深圳、浙江、湖南等多地相關(guān)部門已采購EDXRF用于大米中重金屬的快速檢測。

其他光譜

火花放電原子發(fā)射光譜儀，也稱為直讀光譜儀，在幾乎所有鋼鐵企業(yè)、有色金屬企業(yè)、鑄造企業(yè)、機(jī)械加工企業(yè)、以及行業(yè)其他相關(guān)企業(yè)，會用到它進(jìn)行生產(chǎn)過程以及產(chǎn)品質(zhì)量的控制。不過，過去很長一段時間其市場被國外儀器所占領(lǐng)。1971年-1972年由北京第二光學(xué)儀器廠研究成功國內(nèi)第一臺WZG-200平面光柵光量計，結(jié)束了我國不能生產(chǎn)光電直讀光譜儀的歷史。多年來，我國經(jīng)過引進(jìn)吸收，不斷自主創(chuàng)新，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，國產(chǎn)直讀光譜儀已經(jīng)得到了很大發(fā)展，產(chǎn)生了如鋼研納克、煙臺東方、聚光科技、北分瑞利等多家優(yōu)秀生產(chǎn)企業(yè)。CCD全譜型直讀光譜儀、全譜交直流電弧直讀光譜儀等新產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)。

1984年，北京第二光學(xué)儀器廠(現(xiàn)北京北分瑞利)成功研制中國第一臺多道電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES);1994年，海光公司推出中國第一臺單道掃描ICP-AES。以中階梯光柵+光柵或棱鏡構(gòu)成二維色散+固體檢測器的ICP-AES，一直是國內(nèi)儀器公司發(fā)展的目標(biāo)，在2011年左右，聚光科技、鋼研納克、天瑞儀器等先后推出了這類全譜直讀型的ICP-AES，其儀器性能等皆能滿足用戶的常規(guī)需求。隨著ICP-AES儀器使用的簡便化和成本降低，靈敏度越來越高，以及用戶對快速分析的需求不斷增長，ICP-AES方法標(biāo)準(zhǔn)將不斷增加。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家將繼續(xù)在環(huán)境保護(hù)、食品安全、新能源新材料、航天科技等領(lǐng)域加大投入，同時各種法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)也將逐步發(fā)布，這都將給國產(chǎn)ICP-AES的發(fā)展帶來了更大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

在光譜儀器領(lǐng)域，我國也不乏一些世界首臺類的光譜類儀器出現(xiàn)，如，1985年金欽漢等研制成功世界上第一臺微波等離子體發(fā)射光譜儀，可以在常壓下以He、Ar或N2工作，輸入功率大于2W即能工作。2002年王海舟等成功研制世界首臺OPA-100型金屬原位分析儀，是世界上首臺可進(jìn)行金屬材料中大面積范圍內(nèi)的成分及狀態(tài)定量分布的快速分析儀器，可以獲得金屬材料較大尺度范圍內(nèi)各成分的位置分布、狀態(tài)分布及定量分布的準(zhǔn)確信息，具備元素統(tǒng)計分布分析和偏析度分析、夾雜物定量和分布分析、金屬表面疏松度分析以及成份分析四大基本功能。2014年段憶翔團(tuán)隊成功研制出世界首臺高集成度的激光誘導(dǎo)擊穿-拉曼光譜分析儀器。

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