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国产光谱分析仪器的“风雨”发展史
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  60年代是中国大型光学仪器厂诞生的黄金时期,北京、上海先后创建、整合了多家大型光学仪器厂,实现我国研发制造光学分析商品仪器从无到有的突破。谈到中国光谱分析仪器的生产制造历史,不得不提到北京第二光学仪器厂。1968年,为响应中央号召,北京第二光学仪器厂正式成立,产品先后创造多个“中国第一”。带着对历史的强烈好奇,记者有幸采访了原北京第二光学仪器厂原任总工程师章诒学(以下简称“章总”),聆听北二光创立前后的那些事儿。

  忆国产光学仪器发展峥嵘岁月

  上个世纪60年代初期,在中国开始出现分析仪器市场需求,但是商品化的国产大型光谱仪器几乎没有。1965年,参加工作没多久的章总被分配到北京市机电工业局下属电机学校科研处的固体激光组,参与固体激光治眼机的研制。1966年初,在同仁医院眼科主任的支持下,激光治眼机已经进入动物实验期。5月中旬,科研处即将改名,正式成立北京光电技术研究所。遗憾的是,1966年6月文革袭来,所有工作戛然而止。

  直至1968年,在中央“狠抓一下雷达、光学仪器,要提高质量,减轻重量”的重要指示下,机械工业部决定组建研制国产物理光学仪器的专业厂。由原北京市仪器仪表工业局拨款五十万元,于1968年12月26日在原电机学校旧址成立北京第二光学仪器厂。

  当时,北京市仪器电子仪表工业局调配原北京光学仪器厂的原子发射光谱仪研发团队,北京科学仪器厂的原子吸收、紫外、光栅红外分光光度计研发团队,以及北京光学仪器厂的部分领导、管理、生产人员先后加入了北二光,这家国产物理光学仪器厂初具规模。

  北京科学仪器厂的原子吸收、紫外、光栅红外分光光度计三个研发团队组建于1969年,其中原子吸收团队很快搭建出Y1型原子吸收分光光度计样机,并由冶金部有色金属研究院、矿冶研究院试用。1970年初,这三个团队的研发人员、设计图纸、装配工人划归北二光。加入北二光后,原子吸收团队进一步完善Y1型原有设计,于1972年研制成功并批量生产中国第一台WFD-Y2型火焰原子吸收分光光度计商品仪器。在Y2型仪器批量生产的过程中,北二光与冶金部有色金属研究院、矿冶研究院及中科院环境化学研究所合作研发Y3型原子吸收仪器。由环境化学所负责研制石墨炉原子化系统,矿冶院负责仪器电路及数字显示系统,终于在1975年推出国产第一台WFX-Y3型火焰石墨炉两用原子吸收分光光度计,同时实现数码管显示的数字化,填补国内两项技术空白。据章总介绍,Y3型还在1978年获得了第一届科学大会奖,而科学大会奖是现在国家科学技术奖项的前身。

  改革开放后,计算机被大量引入,仪器的计算机化成为新潮流。尽管当时的计算机还只是单板机,北二光与广西化工所,中山大学合作,在原有设计的基础上,加入计算机测控与自吸收效应背景校正技术,在1985年推出国内第一台采用计算机控制及屏幕显示的WFX-1F型原子吸收分光光度计。计算机的引入,使信号检测达到毫秒级响应速度,就发现了原子化过程中不同成分的原子化时间差异导致不同成分的吸收信号具有时间差问题。凭借产品的创新,WFX-1F型在1986年获得了国家科技进步三等奖,是原子吸收光谱仪器历史上获得的第二个国家级奖项。

  国产分析仪器大批量的技术引进始于改革开放。章总感慨:“打开国门一看,发现很多东西搞了半天,相比之下还是很落后。”北二光当时的很多项目都进行了技术引进,如引进法国公司的激光拉曼,日本精工的原子吸收等。最成功的还是全盘引进、消化吸收美国的傅里叶红外光谱技术,2008年之前,北二光是国内唯一有能力生产傅里叶红外光谱仪的厂家。对于技术引进,章总直言从中学到了很多,很多前所未闻的新技术跃入眼帘,应接不暇,如新型的原子化技术就应用在了北二光后来的仪器研发上。通过技术引进,最关键的还是在装配、机械加工技术,工业设计方面大受启发。

  为应对市场需求及企业需要,90年代许多国有大型分析仪器厂步入合并重组阶段,北二光也不例外。1998年初,北京瑞利分析仪器有限公司(原北京第二光学仪器厂)与北京分析仪器厂正式宣布合并,成立北京北分瑞利分析仪器(集团)有限责任公司。就两家的合并,章总解释:“两家的产品并不冲突,从产品的角度来说合并更是一种互补。”北分产品以色谱,质谱,核磁共振等大型高端仪器为主,北二光产品以光谱类仪器为主,如发射光谱仪,可见紫外、红外、原子吸收等吸收类光谱仪,原子荧光光谱仪等。

  如今,由北二光演变过来的北京瑞利分析仪器有限公司隶属于北分瑞利集团,是国内光谱分析仪器品种最全的制造商,产品包含原子吸收、原子荧光、紫外/可见、发射、红外/近红外、生化环保和微波消解/萃取七大系列七十余个品种。

  国产光学仪器发展的未来在哪?

  谈及国产光学高端仪器的发展,章总认为许多高端仪器目前仍面临着关键元器件严重依赖国外进口的棘手问题。傅里叶红外光谱仪中的迈克尔干涉仪至今无法实现国产;发射光谱,吸收光谱中最关键的光电倍增管完全指望日本滨松;即使当初国家大力扶持发展的国产光栅事业,在遭遇国外企业防止母光栅被复制后,也变得岌岌可危。

  仪器的发展是由国家经济、行业需求带动起来的。章总坦言,中国的光学分析仪器现在发展到一定阶段,再想上一个台阶,总感觉积蓄的动力略显不足。一是产品的同质化现象严重,仪器刚面世,仿制者就紧随而来,价格打压下,市场被削减,企业连成本都收不回来,再想跟进研发举步维艰。导致最后产品大同小异,噱头十足,缺乏实质性的技术进步。

  二是研发人才的短缺,高端仪器的研发是一个漫长艰苦的过程,真正能在研发上发力的人员,往往需要在装配车间,研发队伍中沉淀五年以上,才能说参悟出研发的一些门道,因此更需要研发人员的长期坚守。由于横跨了光机电算不同行业,研发团队还得有融洽的研发氛围,才能构成国产高端仪器诞生的充分必要条件。

  中国的分析仪器未来要跟上使用者的需求,才是发展的终极目标,而非异想天开,脱离实际。通过每年参加PITTCON等光谱方面学术会议与展览会,章总发现,便携式、小型化、现场检测仪器可能是新的需求增长点。大型仪器固然不能少,从最近发生的天津危险化学品爆炸案来看,现场检测仪器的重要性却更加突显。“大型仪器由于实验室环境稳定,在设计上有很多可以放宽的地方,但快检仪器要求能够在适应现场环境的情况下,保证检测的稳定性和结果的准确性,对仪器无疑是提出了更高的要求。当然是不是所有的仪器都能走到现场检测这一步,还有一个探索的过程。”

  2010年,北二光推出了WFX-910型便携式原子吸收光谱仪,采用CCD检测器和钨丝电热原子化器,实现了三元素同时检测。不过,章诒学也说道,在多元素同时检测、软件及整体结构改进、远程控制、无线网络数据传输等方面仍然有许多的工作要做。