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论我国分析仪器的十大关系

2020-5-20

中国科学院上海生物工程研究中心李昌厚本文论述了我国分析仪器振兴、发展和赶超国际先进水平所必须注重的十大关系。文中指出了我国分析仪器行业中,目前存在的若干问题和解决这些问题的办法。本文可供分析仪器的制造者、使用者和有关的领导者们。

  分析仪器;十大关系;基础理论;前沿科学;可靠性中国分析仪器的发展水平比较落后,其原因是多方面的。本文将根据笔者从事分析仪器开发研究和应用研究近40年获得的经验、教训,从研究者、制造者和使用者的角度来讨论我国分析仪器发展中的若干问题。笔者认为,中国的分析仪器要振兴、要发展、要赶超国际先进水平,就必须注重并处理好十大关系。

  1理论和实践的关系分析仪器的基础理论非常重要。分析仪器属于光、机、电、计算机四位一体的、技术密集的高科技产品,涉及到的基础理论很多,如果不搞清楚其中的关键理论问题,就不可能制造出好的分析仪器。例如紫外可见分光光度计(UVS)中的透光度误差AT与吸光度误差AA的关系;AT和AA与理论吸光度值Ao的关系;杂散光(S.)与吸光度相对误差AA/Ao的关系,以及噪声N与AA/Ao的关系等等。这些理论问题如果搞不清楚,就不可能研制出优质的UVS来。笔者认为,分析仪器的研究者、制造者和使用者,都应高度重视分析仪器的理论问题,应大力增加分析仪器的开发研究经费。增设科学仪器的基础理论研究基金。

  特别是制造厂,一定要注重理论和实践的结合,不要满足低水平的重复。只有在实践中重视分析仪器的理论问题,才有可能研制和生产出高档的分析仪器,才能提高我国分析仪器的水平。这是我国分析仪器赶超国际先进水平的重要基础。

  2元器件和整机的关系在分析仪器的研制中,元器件的重要性是十分显著的。元件的质量是影响和决定着分析仪器的整机质量。美国的Wemted指出:一台光谱仪器如果不稳定,则90%以上是由于电源所引起的。而光谱仪器中的电源很多,如UVS就有氘灯恒流电源、钨灯恒压电源、光电倍增管(PMT)高压电源等。其中,若氘灯恒流电源的电流波动1%,则其发出的光通量将波动6.7%;若钨灯恒压电源的电压波动1 %,则钨灯所发光通量波动3.4%,PMT有100万倍的放大倍数(高压电源为额定值时),若其高压恒压电源波动1 %,则其放大倍数将波动7%1%.由此可见,电源这个部件对UVS的影响多么巨大!而这些电源部件的质量又取决于调整管、集成块、电阻电容等元器件。又如光学系统中,单色器的S.L.基本上决定了UVS整机的S.。S.L.直接影响着整机分析测试数据的可靠性,并限制整机的实用范围(分析测试浓度的上限)。而单色器部件S.L.的大小与光栅、准直镜、物镜等光学元器件关系极大,特别是光栅影响更大,整机S.L的80%来源于光栅。同样,UVS的电子学系统的漂移Sd、噪声N也直接依赖于电子元器件的质量。而Sd、N是UVS*重要的技术指标之一。特别是N,它直接限制UVS的检测浓度下限。因此,必须特别重视对光、电元器件和部件的研制、生产和筛选。要提高分析仪器整机的质量,首先要提高元器件和部件的质量。所以,在重视分析仪器整机研究的同时,要特别加倍重视元器件和部件的研究。这是提高我国分析仪器质量的关键问题之一,更是我国分析仪器赶超国际先进水平的关键问题之一。

  3普及和提高的关系普及型分析仪器非常重要。没有普及就没有提高,开发高档型分析仪器必须建立在普及型仪器得到充分发展的基础上。发展普及型分析仪器是我国国民经济发展的需要。不重视普及型而盲目搞高档型分析仪器,结果吃大亏的事例很多:如原苏州某某仪器厂,在未掌握普及型分光光度计生产技术、既无高科技人才又无足够资金的情况下,向政府贷款,盲目上高档UVS.结果,几经周折、债务累累。*后,工厂倒闭,被一家轴承厂兼并。又如北京某仪器厂,在无普及型RAMAN光谱仪器生产实践的情况下,想搞高档LASERRAMAN光谱仪器。结果,花了很多钱,搞了好几年,*后不了了之。而扎扎实实从普及型仪器开始起步逐步发展到较高水平仪器,从而在国际上也有一席之地的事例也不少:如北京普析通用的UVS,从普及型的9210到高档的TU―1901;北京海光厂的高档AFS均是如此。所以不能盲目上高档分析仪器。要搞高档分析仪器,必须要有高科技人才、要在掌握普及型分析仪器的基础上才能取胜。因此,笔者认为,在普及和高档的关系上,我国目前应以普及型分析仪器为主,同时也要认真开展高档分析仪器的研究。但要清楚地认识到,抓好普及型分析仪器的开发研究,是我国分析仪器振兴、发展、赶超国际先进水平的重要内容。

  4基础和前沿的关系什么叫基础仪器,笔者认为基础仪器就是指传统的、现有的、有市场的仪器。这些市场正被一些外国公司窥视,我国加入WTO后也可能受到冲击。如UVS、AAS(原子吸收分光光度计)、LC(液相色谱)、GC(气相色谱)等都是典型的基础仪器。这些基础分析仪器应是我国分析仪器行业目前的根本着眼点,据统计,目前,我国这些基础仪器的市场大约80%被外国产品占领。如日本的岛津、日立、美国的P-E、BEACKMAN、VARIAN等大公司都在积极抢占我国基础仪器市场,所以,为了保护中国的分析仪器市场和民族工业,我国应该以这些基础仪器为主战场。

  什么是前沿仪器,笔者认为,科技含量高、资金投入大、国外还刚起步的仪器,就叫前沿仪器。如基因芯片、放在人体内的微型生化仪器、生物大分子活性的空间构象测定仪器、微型全分析系统(微流控芯片一Microfluidicchips),以及核磁共振、质谱等高精尖的大型仪器。在这方面,我国和国外的发展水平存在很大差距。所以对于前沿仪器,制造厂家要关注、要参与、要作技术储备,要在力所能及的前提下去干,但不能作为重点,不能作主战场。这方面的主力军应该是科研院校,而不是工厂企业。笔者认为,开发、研制前沿仪器必须建立在基础仪器扎实的开发能力上。另外,开展我国分析仪器中的前沿仪器技术研究,决不能离开中国的现实。中国的现实是什么,中国的现实是目前既缺少资金又缺少高科技人才。我们必须正视这个现实。这几年,国内外有些科学家预言:“到了2019年,台式计算机就都看不到了,都放在人们的衣服口袋里了;2049年可用纳米材料作食品、生化仪器和各种检测器都看不到了,都植于人体内了;到了2099年,人和计算机就没有区别了。”笔者认为这种预测,科学依据尚不够充分!我们不能用这种思想去对待前沿技术。万丈高楼从地起,脱离中国的现实和基础,去想2049年的事是没有意义的。正如美籍华人学者阎超博士在2000年5月的香山科学会仪上所讲:“不要去想50年后的事,更不要去想2100年的事,不要去研究放在人体内的检测器,而要脚踏实地地从现实出发来开展科学仪器的开发研究工作。”笔者认为,这话是正确的。因此,在基础仪器和前沿仪器的关系上,要在注重前沿仪器的同时,更要加倍重视基础仪器的开发研究。

  5软件和硬件的关系有专家认为:“分析仪器中的软件比硬件重要”。“软件就是分析仪器”。笔者不敢苟同这种看法。因为现代分析仪器中,信息的采集是*重要的,而硬件是分析仪器中信息的源头。在分析仪器中,没有硬件采集的信息,软计算、数据处理和控制等工作无从谈起。所以,不能说分析仪器中的软件比硬件重要。更不能说软件就是分析仪器。但是,在当今国际上*时髦的虚拟仪器中,如果说软件比硬件重要,软件就是仪器,这是可以理解的。因为虚拟仪器是以软件为核心,由计算机及必要的硬件组合起来的仪器。可以描述为:“虚拟仪器=软件+计算机+必要的硬件”。或者说,虚拟仪器就是在通用计算机上加一组软件和硬件,使得使用者在操作这台计算机时,就像是在操作一台由他自已设计的传统电子仪器。但必须注意,虚拟仪器目前是一种主要适用于电子测量方面的仪器,其信息采集比分析仪器简单。即使如此,它也必须有相应的硬件,也有电量信息的采集,也不能完全离开硬件。所以,在现代分析仪器中,应该说软件和硬件同等重要。

  因此,在重视软件研究的同时,一定要重视硬件的研究。还有专家认为:“分析仪器的性能取决于软件”。这也似乎有些偏概念,我认为正确的说法应是:软件是分析仪器的重要组成部分,它可提高分析仪器的某些性能,但决不能说分析仪器的性能取决于软件。所以我们既要重视软件开发研究,又要重视硬件的开发研究,二者不可偏废。

  6质炻和价格的关系任何分析仪器,其质量价格比高者为好!

  在比较分析仪器价格时,必须要比较质量。反过来,比较质量时,也应该比较价格,否则是无意义的。如Cary 500不能与751等仪器相比,因为Cary500的质量为全世界**,其价格每台约10万美元(整套配置),而751每台只需1万多元人民币,当然其质量不可能与Cary 500相比较。因此,我们在比较仪器的优劣时,必须考虑仪器的质量价格比。

  近几年,经常有人拿国产仪器与进口仪器相比较,他们常说某某进口仪器的质量如何如何好,但不讲该仪器的价格多么贵;反之,也常听到有人讲某某仪器的价格如何如何便宜,但不讲该仪器的质量如何。笔者认为,只比质量,不比价格,或者只比价格不比质量都是片面的。

  有人认为:“我国目前是市场经济,市场经济的核心是以市场为向导,以供求关系定价格,提倡自由竞争;市场上用户需要什么产品(如A产品),生产厂就生产什么产品(A产品)。如果A产品无竞争对象,则生产厂可根据供求关系情况自定价格。”笔者认为这种看法基本正确,但有不足。因为这种看法未考虑产品的质量问题,特别是未考虑质量价格比。如果市场上出现了与A同类的产品,并且质量很优秀,有些质量指标比A产品好,但价格比A产品便宜,也就是说,其质量价格比要比A产品高。这时,A产品出现了竞争对手,它的自定价格就会受到制约,就会被迫降价。为什么会这样,因为质量在这里起了决定作用。所以,笔者认为,市场经济不能离开质量问题。在质量和价格关系上,目前应该用两点论的辨证观点去处理;即既要重视供求关系、根据供求关系定价格;又要重视产品质量,提倡以质论价。只有重视质量价格比,既树立质量**的思想,同时又遵守市场经济规律,才是正确的。

  7指标和可靠性的关系分析仪器的质量指标可分为两类:一是性能指标,二是功能指标。二者中,性能指标更为重要。一台仪器功能指标很先进,人机对话功能很强,自动化程度很高,但其可靠性不好,经常出故障,稳定性也不好,测出的数据也不准确。而另一台仪器,其功能指标为一般,能满足使用要求,但其分析结果准确可靠,稳定性也好,分析结果不会因人因时因地而异,也很少有故障。哪一个好呢,肯定是后者。

  分析仪器的可靠性非常重要。什么是分析仪器的可靠性,分析仪器的可靠性一般可分为狭义和广义两种。狭义可靠性是指传统的可靠性,主要指分析仪器的故障率(含元器件),而广义的可靠性则除故障率外,还应包括仪器的准确度、重复性、漂移和售后服务等。分析仪器的故障率高、安全性差,当然是不可靠。但用户认为仪器测量的数据不准确、出了故障不能及时排除,也是不可靠。笔者还认为,售后服务是可靠性的保障。所以,只有从广义上去理解、去重视可靠性才是正确的。质量是生命线,可靠性是质量的核心,要保证质量,首先就是要保证可靠性。可靠性是制造商首先要把握的关键问题,也是用户*关心的关键问题。对用户来讲,稳定可靠是其选择仪器的原则。

  所以,指标和可靠性之间,可靠性是**位的。不管是制造商还是使用者,一定要特别重视可靠性。

  8样机和批量的关系我国的分析仪器生产厂家,往往作样机或小批量生产时,仪器质量不错,提供鉴定会鉴定的样机的质量很高、开始小批量生产时质量很好,但到批量生产时,质量就开始下降。因为,样机一般只有3 ~5台,可以精雕细琢,小批量生产时台数也不多,即使工艺不成熟,也比较容易保证质量,而批量生产时则成千上万台,如果没有成熟的工艺,质量就会出问题。

  我们必需懂得,任何高科技工业产品,从样机到批量都有一个很艰难的过程,一个产品的样机质量好或小批量生产质量好,不等于批量产品质量好。只有批量产品质量好,才是真正的好。因此,设计人员在设计开发新产品、制作样机时,首先要考虑到批量生产时的工艺设计。只有这样,才能保证批量产品的质量。在样机和批量的关系上,批量应该是首要考虑的问题。只有高度重视批量生产中的质量问题,努力提高批量生产中仪器的质量,才能真正使分析仪器发展更成熟。

  9制造和使用的关系对制造厂来讲,生产出的仪器是给用户使用的。因此,对用户来说,仪器一定要好用。所谓“好用”,就是指仪器稳定可靠;所谓稳定,就是指漂移小、重复性好;所谓可靠,就是指分析数据的结果准确度好,仪器的故障率小,售后服务好。多年来,我国的分析仪器制造者,由于不了解用户的思路,不了解用户对仪器的要求,不知道用户在如何使用仪器。所以生产出的仪器往往不大好用,甚至不好用!

  而用户呢,因为不了解仪器的结构、性能和制造难度,对所使用的仪器提出了过高的要求;要求灵敏度高,要求仪器的全性能指标都很优异,以致使制造者无法达到。同时,由于用户不了解仪器的结构、性能、技术指标的物理意义和测试方法,所以,往往用不好仪器。有的使用者买仪器时,要求性能指标越高越好、功能越全越好,而实际使用时,根本不需要这么高的指标,70%以上的功能都用不上。这实际上是一种浪费。

  仪器的制造商和使用者有着既对立又统一的矛盾关系。前面所讲的就是对立的方面。统一呢,就是都希望我国的分析仪器能尽快赶超国际先进水平,都希望推动我国分析仪器的全面发展。制造商的目标就是研制出的仪器“好用”,使用者的目标就是“用好”仪器。什么是“好用”已在前面讲过了。而“用好”则是一件很难的事。只有用户真正了解了仪器的结构和性能,才有可能用好仪器!如果要把“好用”和“用好”统一起来,惟一的办法就是沟通。生产厂应努力了解用户的要求、思路和使用仪器的具体内容;使用者应努力去熟悉仪器的结构、性能、力争把仪器用到*佳水平。因此,生产者应走出去,到用户中去调查,并可用请进来的办法,请用户来厂里讨论。所以,办学习班、举办技术讲座,是一种极好的形式,很值得重视。同时,仪器的制造商和使用者之间,还应相互理解,提倡易位思考。笔者认为,沟通和理解是处理好这之间关系的好办法。也是提高我国分析仪器和分析测试水平的好办法。

  10人才和产品的关系分析仪器是高科技产品,要研制出优质的高科技产品,必须要有高素质。的高科技人才。

  人才的重要性。在分析仪器领域因缺少高科技人才而失败的例子很多,前面所讲的苏州某某仪器厂和北京某某仪器厂因盲目上高档UVS和LASERRAMAN而失败,就是因为缺少高科技人才而导致失败的典型例子。因此,对分析仪器制造厂来讲,要想开发,生产出优质的分析仪器,着先要特别重视人才的培养。笔者认为,人才的培养可以三个方面着手:**,从实践中培养。给技术人员压担子,大胆让他们在实践中发挥作用,得到各种锻炼。“扁担底下出秀才”,让高科技人才从“扁担”底下走出来,是一个好办法。第二,从分析仪器或光学仪器专业毕业的研究生中找。研究生有一定的理论基础,又受过一定的科研工作的熏陶,能较快地成长为高科技领域的带头人。第三,从社会上找。请社会上有经验的老专家传、帮、带。许多老专家在分析仪器领域里干了一辈子,他们有许多成功的经验,还有许多失败的教训,都是很宝贵的!可请他们把经验、教训传给年轻人,帮助年轻人提高高科技产品的开发设计能力、提高可靠性的设计能力,带领年轻人开展分析仪器的元器件、测试方法和可靠性的研究。

  总之,要有好的、高科技含量很高的分析仪器产品,必须首先要有过硬的高科技人才。要树立尊重人才的思想。为了优质产品,要千方百计找人才,要不拘一格找人才。

  总之,在人才和产品的关系上,人才是**位的。离开了优秀的人才,要谈我国分析仪器的振兴、发展,也只能是空话。