高中科教仪器国产仪器70周年华诞

　

国庆期间，仪器信息网将为各位网友奉上主题为改革开放40年，我国自主创新分析仪器和企业快速发展系列内容，共分为色谱篇、质谱篇、光谱篇、电子显微镜篇、PCR篇以及核磁共振波谱仪篇等六大版块，本期推出光谱篇。

光谱仪器可以说是研究开发的最早分析仪器，发展至今已进入稳定发展的阶段，但是仍不断有创新技术､新型仪器推出，不断向高灵敏度､高选择性､高准确度、高通量､自动化和数字化等方面发展。在‍物理､化学､天文等基础学科研究中，在冶金､地质､机械制造､材料研制､‍化工合成､石油化工等物质生产领域中，在农业生产､生物医学､药‍物制造和环境保护､食品安全‍等关系人类生存､发展的各领域中，光谱仪器已属应用广泛和市场需求巨大的一类分析仪器。

进入21世纪以来，国内光谱分析仪器得到迅速发展，如原子吸收光谱仪､紫外可见分光光度计等，其性能和制造技术已与国外同类产品具有同等水平，占有相当的市场分量。同时，我国也出现了创新技术和具有我国特色的光谱仪器产品，如原子荧光光谱仪､金属原位光谱分析仪等，具有国际领先水平。

原子荧光光谱

20世纪70年代，我国一批专家学者致力于原子荧光的理论和应用研究。尤其是郭小伟在氢化物发生与原子荧光的联用技术研究方面取得了杰出成就，成为我国原子荧光商品仪器的奠基人，为原子荧光光谱法在我国的普及和推广打下了基础。经过近三十年的艰苦奋斗，原子荧光光谱仪已成为我国少数具有自主知识产权的分析仪器。

多年来，我国在原子荧光技术应用领域拓展方面做了大量有序的工作，已经建立了160多项国家和行业标准。也正是由于这些标准的建立，使得原子荧光光谱在地质、冶金、石油化工、轻工、农林、生物、医药、食品、保健品、环境、电子产品等领域中得到了广泛应用。同时，原子荧光光谱仪还出口到加拿大、美国、意大利、阿根廷、伊朗、波兰、乌兹别克斯坦、墨西哥、泰国等国家。

我国广大分析工作者在20多年的时间里，应用蒸汽发生-原子荧光光谱仪在各个领域中做了大量的分析方法研究工作，据中国知网不完全统计，1988-2017年共发表了有关原子荧光光谱分析方法的论文5000多篇，可以看出我国原子荧光光谱分析技术的应用领域在不断扩大。

原子荧光光谱仪的生产企业由最初的2-3家，近年来已经发展到了20多家，年销售量在3000台左右。一种元素的生理、毒理影响以及生物利用度、环境行为和迁移性等在很大程度上取决于它的化学形态，人们已经不能满足仅测量体系中元素的总量，对于元素在样品内的实际状态等重要信息的测量——元素形态分析的需求愈加迫切。而近年来随着《GB 5009.11-2014 食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》、《GB 5009.17-2014 食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》等方法标准的推出，液相色谱-原子荧光光谱联用的形态分析仪成为了原子荧光光谱市场的新的增长点。

原子吸收光谱

从1953年开始至今，原子吸收光谱仪已经发展了60多年。1964年我国学者黄本立等人在改装的一台简易原子吸收光谱装置上测定了溶液中的钠。1965年吴廷照等成功组装了火焰原子吸收光谱仪科研样机，开发的玻璃雾化器，已被国产原子吸收光谱仪器广泛采用。

从上世纪70年代中期开始，原子吸收光谱分析方法在我国步入了普及、推广时期。80年代中期以后，我国原子吸收光谱分析方法进入了大发展时期。在这一时期，国产原子吸收光谱仪器开始研制和生产。1969年我国第一台WFD-Y1型单光束火焰原子吸收分光光度计在北京科学仪器厂问世。1973年上海分析仪器总厂研制成功我国第一台双光束原子吸收分光光度计样机。1975年北京第二光学仪器厂推出WFD-Y3型单光束数字式火焰石墨炉两用原子吸收分光光度计商品仪器。微机化以及计算机技术逐渐被引入到原子吸收光谱仪器中，实现了仪器操作、数据处理上的自动化。等等。我国在原子吸收光谱仪器的研制、生产、应用等方面都得到了快速发展。

目前国产原子吸收生产厂商近20家，经销商超过30家。据2012年不完全统计，当时中国正在使用的原子吸收光谱仪约为30000台。以10年为更新周期每年就需要购置原子吸收光谱仪近3000台。再加上一定数量的新增用户，突发的环境污染、食品安全事件等，带来原子吸收光谱仪的增长。可以估计，我国原子吸收光谱仪销售每年最少4000多台，其中，国产原子吸收光谱仪占比超过了50%。此外，由于原子吸收光谱仪相对比较简单，我国在光学仪器制造上有一定的基础，原子吸收光谱仪的国产化率常年在75%左右。

我国光谱仪器企业多年前就开始出口性能优良的光谱仪器，已出口到五大洲30多个国家和地区。虽然国产光谱仪器出口仪器种类和数量有限，但标志着我国光谱仪器走出国门，参与国际市场竞争。

紫外可见分光光度计

世界上第一台商品化紫外可见分光光度计于1945年推出，无论是它的技术、产品、还是市场，发展都非常快。目前，紫外可见分光光度计已经是世界上使用最多、覆盖面最广的少数几种分析仪器之一，在生命科学、材料、环境、农业、计量、食品、地质、石油化工、医疗卫生、钢铁冶金、化学化工等领域的科研、生产、教学等工作中得到了非常广泛的应用。

1962年上海分析仪器厂研制成功我国第一台72型光电分光光度计。随着科学技术进步，我国的紫外可见分光光度计技术得到了快速发展，仪器的灵敏度和准确度不断提高，应用范围不断拓展。如今，国产紫外分光光度计遍布全国各级检测实验室。国产品牌，普析通用、美谱达、上海元析、上海仪电、北分瑞利等总计有数十家之多，主要集中在上海及北京地区。

紫外可见分光光度计市场，就年销量而言，国产紫外可见分光光度计的市场占比大致在80%-90%。这还不包括可见分光光度计，其主要以国产为主。尽管在最高端市场依然为进口品牌所垄断，但是在中高端市场，部分优秀的国产品牌已经可以和进口品牌进行全方位的竞争。

拉曼光谱

我国很早就开展了有关光散射的研究，最初是从物理学领域开始的，较为全面系统的光散射研究是在70年代后期开始的，随着各种先进光谱仪的组建和引进，工作领域不断扩大，水平逐步提高。说到国产拉曼光谱仪，总体而言，其在政府资金支持和院校技术孵化的环境下得到了长足的发展。仅仪器信息网仪器专场统计到的拉曼光谱相关品牌就近50个，且呈现持续增加的趋势。其中，国产主流品牌近20家。

在高端拉曼产品的市场中，国产品牌如卓立汉光、天津港东等企业所占份额极小。但是，将台式拉曼用做教学仪器，天津港东的产品占据了国内80%以上的物理教学仪器市场。而且，在科研级别的大型显微共聚焦拉曼技术的研发上，国内目前也有少数单位投入研发，如，中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队于1997年成功研制出我国第一台具有自主知识产权的紫外拉曼光谱仪，解决了国际拉曼光谱领域长期存在的荧光干扰问题，并在国际上最早将其应用于催化及材料科学的研究;卓立汉光研制了Finder Vista显微共聚焦拉曼光谱仪;天津港东开发出激光共聚焦拉曼光谱仪，并正在进行拉曼mapping技术的研究，包括三维自动平台的设计等。此外，拉曼快速成像也是国产拉曼仪器公司希望解决的技术瓶颈问题，在2018科技部仪器专项的申请项目中，已经有拉曼快速成像项目的申请。

此外，值得一提的是，目前用于轨道交通和民航领域的拉曼安检类产品，如同方威视的RT1003D、RT1003EB等，也属于台式仪器，但是与实验室台式产品又有所不同。此类型的台式产品虽然进口品牌也有销售，但主要以同方威视为主。据了解，该类别产品在中国市场每年也有1000台左右的销量。

近年来，拉曼光谱仪小型化的需求表现较为明显。从技术层面而言，便携/手持拉曼仪对技术的要求不是很高，企业迈入门槛比较低，也正是因为如此，近年来，便携/手持拉曼仪器新产品层出不穷。我国在便携/手持拉曼光谱仪方面的研究取得了不小的进展，其市场格局与实验室台式拉曼光谱不同，国产企业占有绝对优势。其中华泰诺安、同方威视两家从台数上来说占比就超过40%。此外，在技术层面也有较大创新，如，南京简智推出了首款便携式差分拉曼光谱仪;西派特的便携拉曼采用了消除荧光背景和降噪的专利技术，使得该仪器的S/N大幅提高。

目前，便携/手持拉曼光谱仪在刑侦/毒品/安检/公安/司法领域应用较为广泛，以海关为例，2016、2017、2018年连续三年，海关总署共计预算2.24亿元采购了925套手持式监管物项识别仪。此外，食药监食品快检车项目的批量采购更将便携拉曼光谱仪在食品领域的应用再一次推向高潮。当然，便携拉曼在应用方面也需进一步完善。

从技术层面来说，目前比较受关注的拉曼光谱技术包括：高分辨率、快速/大面积成像、联用技术、自动化、TERS/SERS技术、仪器小型化等。其中，表面增强拉曼光谱(SERS)技术是近些年来拉曼光谱领域发展最快的技术，然而这项技术仍不成熟，对其原理的解释目前还不甚明确，在实际应用上也存在很多难以解决的问题。我国在SERS基底方面的研究比较多，虽然当前已经有一些商品化的SERS基底销售，但是其稳定性、重复性、普适性等方面还需提高。普识纳米的产品使用比较多，此外欧普图斯、南京简智等企业也有相应的商品化的增强试剂。联用技术的大发展是当今世界上分析仪器发展的主要潮流之一。十二五重大仪器专项《薄层扫描-便携式激光拉曼光谱联用仪器及其应用》已经通过验收;该仪器解决了食品、中药产品中薄层色谱和拉曼光谱无法单独解决的分析难题。仪器具有体积小、重量轻、自动化程度高等特点，该仪器为国际首创。

近红外光谱

现代近红外光谱的研究与应用在我国起步较晚。1979年开始引入近红外光谱仪，而相应的课题研究在90年代前只属于初步的研究，涉及的领域也很少。90年代以后，随着器制造水平的提升、化学计量学方法和软件的开发、以及各种样品测定附件研制的不断进步，近红外光谱以高效和快速的特点异军突起，在我国得到了了迅猛的发展，逐渐应用于农业、石化、制药和食品等多个领域，尤其在农业生产和科研中逐渐发挥着越来越重要的作用。如，我国目前大型饲料企业购置近红外光谱仪100台以上的有2家，购置5-10台的有50多家。

从上世纪90年代开始，国内开始了近红外光谱仪器的研发生产。虽然，近红外光谱仪器市场大部分被进口品牌所占据。不过，国内许多优秀的近红外光谱分析仪器厂家也在不断地涌现出来，研制开发了许多近红外光谱仪器新产品，其技术水平和创新程度均达到了一个新的高度。迄今，国产近红外光谱仪品牌主要包括聚光科技、北京瑞利、华夏科创、南京中地、上海棱光、迅杰光远、伟创英图、星创众谱、西派特、创和亿等。

聚光科技近红外产品的研发生产至今已有20多年的时间，目前已有超过2000套近红外产品服务于工农业生产的多个领域(其技术来源于英贤仪器公司;英贤仪器1997年成立即与陆婉珍院士团队合作，将其成果产业化;2007年英贤仪器被聚光科技收购)。其产品系列包括便携式SupNIR-1000/ 2600、台式SupNIR-2700、在线SupNIR-4510/4692等产品，以满足用户的不同需求。

随着近红外光谱分析技术飞速发展和普及应用，近红外光谱仪器向如下方向发展：小型化、微型化、专用化、在线监测、成像仪器。近年来，我国近红外光谱仪器在小型、专用化方面发展快速，其发展驱动力主要来自于现场检测、消费者相关市场、工业4.0和过程分析、简单应用、可以使用第三方软件等方面。这方面表现较突出的厂商有迅杰光远等，其近年来均有多款产品推出。另外，降低成本也是近红外光谱仪器扩大应用范围的一大关键要素。新的技术，如新的光电元件在近红外光谱仪器中得到广泛应用。

近红外光谱仪器的发展趋势之一过程分析方面，近红外光谱分析技术所提供的快速、实时测量信息可使工业生产过程保持最优化的控制，在显著提高产品质量的同时，降低生产成本和资源消耗，从而优化资源配置。如今，越来越多的在线近红外光谱分析技术用于石油化工、制药等工业过程优化与控制，产生了显著的经济效益和社会效益。

X射线荧光光谱

1948年，世界第一台波长色散X射线荧光光谱仪研制成功;1969年，第一台能量色散X射线荧光光谱仪研制成功。自此，X射线荧光光谱开始快速发展的步伐。到了20 世纪80 年代初，X 射线荧光光谱分析已是一种成熟的分析方法，是实验室、现场分析主、次量和痕量元素的首选方法之一，在无损分析和原位分析中具有不可替代的地位。X射线荧光光谱仪(XRF)主要分为波长色散X射线荧光光谱仪(WDXRF)和能量色散X射线荧光光谱仪(EDXRF)两大类。

我国X射线荧光光谱分析的发展起步于20 世纪50 年代末。在仪器制造方面，经过从业人员的不断努力，如今的国产EDXRF已在国内外市场占据较大份额，WDXRF也已批量生产。在WDXRF方面，目前有天瑞仪器、华唯、东西分析、安科慧生、丹东通达、爱斯特等主要厂商;而EDXRF方面国产化水平较高，主要厂商包括天瑞仪器、华唯、禾苗、钢研纳克、东西分析、普析分析、善时、新先达、浪声、安科慧生等。

2010年，天瑞仪器研制成功并批量生产了功率400W的EDXRF和WDXRF谱仪合为一体的仪器，表明我国仪器厂商已从仿制走向创新之路。经过5年的努力，国家重大科学仪器设备开发专项波谱-能谱复合型X射线荧光光谱仪的研发与产业化项目研制、开发了一种大功率、多功能(波谱、能谱和元素分布分析)的新型X射线荧光光谱分析仪器(CNX-808 XRF)，为与国际同步的尖端技术研发。

便携/手持式XRF是EDXRF的一个分支，其体积小巧、轻便易用，在电子电气RoHS检测、食品快检、废旧金属回收等领域有广泛应用。我国在20 世纪70 年代中期开发了第一台可携式XRF 谱仪，其后这方面的工作基本与国外同步。目前国内便携/手持式XRF正逐渐走向高端化，国产替代进口的状态或可在几年后实现。

2013年5月，湖南省攸县3家大米厂生产的大米在广东省广州市被查出镉超标事件经媒体披露，镉大米便成为了公众关注的焦点。石墨炉原子吸收光谱是测定食品中镉的首选方法，但其前处理繁琐，不适合大批量粮食中镉的快速检测。EDXRF检测镉大米前处理简单、便携、快速，在短时间内可快速检测大米中的镉含量。EDXRF测定大米中的镉，已成为粮食行业推荐性标准(《LS/T 6115-2016 粮油检验 稻谷中镉含量快速测定 X射线荧光光谱法》)，是镉大米检测中重要的一环。目前，天瑞仪器、钢研纳克等厂商均已推出了针对大米中重金属(镉、铅、砷)检测的专用EDXRF重金属快速检测仪，深圳、浙江、湖南等多地相关部门已采购EDXRF用于大米中重金属的快速检测。

其他光谱

火花放电原子发射光谱仪，也称为直读光谱仪，在几乎所有钢铁企业、有色金属企业、铸造企业、机械加工企业、以及行业其他相关企业，会用到它进行生产过程以及产品质量的控制。不过，过去很长一段时间其市场被国外仪器所占领。1971年-1972年由北京第二光学仪器厂研究成功国内第一台WZG-200平面光栅光量计，结束了我国不能生产光电直读光谱仪的历史。多年来，我国经过引进吸收，不断自主创新，尤其是进入21世纪以来，国产直读光谱仪已经得到了很大发展，产生了如钢研纳克、烟台东方、聚光科技、北分瑞利等多家优秀生产企业。CCD全谱型直读光谱仪、全谱交直流电弧直读光谱仪等新产品也不断涌现。

1984年，北京第二光学仪器厂(现北京北分瑞利)成功研制中国第一台多道电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES);1994年，海光公司推出中国第一台单道扫描ICP-AES。以中阶梯光栅+光栅或棱镜构成二维色散+固体检测器的ICP-AES，一直是国内仪器公司发展的目标，在2011年左右，聚光科技、钢研纳克、天瑞仪器等先后推出了这类全谱直读型的ICP-AES，其仪器性能等皆能满足用户的常规需求。随着ICP-AES仪器使用的简便化和成本降低，灵敏度越来越高，以及用户对快速分析的需求不断增长，ICP-AES方法标准将不断增加。而随着经济的发展，国家将继续在环境保护、食品安全、新能源新材料、航天科技等领域加大投入，同时各种法规和标准也将逐步发布，这都将给国产ICP-AES的发展带来了更大的机遇与挑战。

在光谱仪器领域，我国也不乏一些世界首台类的光谱类仪器出现，如，1985年金钦汉等研制成功世界上第一台微波等离子体发射光谱仪，可以在常压下以He、Ar或N2工作，输入功率大于2W即能工作。2002年王海舟等成功研制世界首台OPA-100型金属原位分析仪，是世界上首台可进行金属材料中大面积范围内的成分及状态定量分布的快速分析仪器，可以获得金属材料较大尺度范围内各成分的位置分布、状态分布及定量分布的准确信息，具备元素统计分布分析和偏析度分析、夹杂物定量和分布分析、金属表面疏松度分析以及成份分析四大基本功能。2014年段忆翔团队成功研制出世界首台高集成度的激光诱导击穿-拉曼光谱分析仪器。

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