试论分析仪器的未来发展趋势

[摘要]发展高科技，就必须要有强大的科学仪器工业作基础。科学仪器特别是分析测试仪器，是现代工业生产中不可缺少的一部分。信息技术的日新月异，促进着分析技术和分析仪器设计的更新和完善。分析仪器在未来的发展中，势必会呈现微型化、智能化、数字化、仿生化、专用化等趋势。

[关键词]分析技术 分析仪器 科学仪器

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0920031－01

当今社会已进入知识经济社会，经济的全球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，而要发展高科技，就必须要有强大的科学仪器工业作基础。科学仪器特别是分析测试仪器，是现代工业生产中不可缺少的一部分，并且起着“指导者”和“把关者”的作用。现代分析仪器是基于多学科的高科技产物。既得益于各种技术成果，又接受其挑战，特别是微电子技术和计算机科学的巨大进步，已成为分析仪器飞跃发展的巨大推动力，其发展趋势主要有几下几点。

一、分析仪器的微型化和智能化

随着计算机技术、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。而分析仪器和专用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，就像现今电子词典一样。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全球最著名的专科医院求助，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。当然，这并不意味着大型和复杂的仪器设备都会消失，对于一些重大的前沿科学研究领域，特别是人们向时、空的两个极限(极快和极慢过程，无限宇宙和亚“基本粒子”发起挑战的时候，某些大型分析测试系统将是必不可少的，例如大型天文望远镜、高能粒子加速器、高能同步辐射源、遥感遥测系统，等等。

二、分析仪器的数字化和仿生化

上世纪80年代后期，随着计算机技术的迅速发展，带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展，通过化学计量学方法在解决光谱信息提取和背景干扰方面取得的良好效果，加之近红外光谱在测样技术上所独有的特点，使人们重新认识了近红外光谱的价值，近红外光谱在各领域中的应用研究陆续展开。

此外，分析仪器的核心是信号传感。例如:化学传感器逐渐发展小型化、仿生化、诸如生物芯片，化学和物理芯片、嗅觉(电子鼻)、味觉(电子舌)、鲜度和食品检测传感器等。生物传感器正在各学科领域，如医学、临床、生物、化学、环境、农业、工业甚至机器人制造等方面得到广泛应用。生物传感器大体有5种:酶传感器、组织传感器、微生物传感器、免疫传感器、场效应(FET)生物传感器等。其原理都是基于电化学、光学、热学等构成。其探头均由两个主要部分组成，一是对被测定物质(底物)具有高选择性的分子识别能力的膜所构成的“感受器”；二是能把膜上进行的生物化学反应中消耗或生成的化学物质或产生的光和热转变为电信号的“换能器”。所得的信号经电子技术处理，即可在仪器上显示和记录下来。

三、分析仪器的专用化和自动化

随着环境科学的发展，为控制和治理环境污染，防止环境恶化，维护生态平衡，环境监测已成为掌握环境质量状况的重要手段，发展对化学毒物、噪声、电磁波、仿生性、热源污染进行监测的专用型分析仪器，已受到愈来愈多的关注，她可用于对污染现场进行实时监测，对人类居住环境进行定点、定时监测，对污染源头进行遥控监测。

常规分析仪器体积庞大，结构复杂，能源消耗大，维持仪器正常运转费用高。现在随着新材料、新器件、微电子技术的发展，已使仪器制造小型化、性能价格比优异、自动化程度高的分析仪器。

四、分析技术和分析仪器的应用日益拓展

在20世纪前些年，经典的分析技术和分析仪器主要是为现代产业大生产服务的，主要为了适应分析、监控工农业生产、保证产品质量、保障大生产流程安全高效的要求而发展、提高的；当今世纪之交分析技术和分析仪器的“用武之地”已经大大拓展，最引人注目的是在生物、环保、医学等有关人的生存、发展领域的应用日新月异现代高科技在军事方面的发展也促进了分析技术和分析仪器的应用拓展（例如生物武器、化学武器战争中高速、灵敏、准确的现场毒物检测、生命保障任务也大大扩大了分析仪器的应用领域）。

由此可见，在新世纪到来后，分析技术和分析仪器的应用由“物”→“人”的拓展趋势将更加显著。我们必须看准这个发展潮流，在分析仪器事业的发展思路中摆正位置、选好方向。

五、灵敏度要求愈来愈高

近年来超分子化学识别理论的深入普及，仪器分析方法的选择性已由经典意义拓展至手性水平。无疑，分析方法灵敏度的提高更实际更重要。可以说是21世纪现代仪器分析科学的主攻方向。当然，灵敏度提高包括有化学和物理两种途径。如建立新的检测原理，也必然涉及仪器和相关技术改进。灵敏度提高的最终目标是实现单原子(分子)检测。近几年，也有这方面报道，然而多以激光诱导荧光或共振电离(RIS)为检测原理。笔者认为，单分子(原子)检测是21世纪的主攻方向，是提高仪器分析方法灵敏度研究的动力之一，提高信噪比也是提高灵敏度的关键。

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。分析仪器作为最重要的测量技术自然是信息技术的重要组成部分。没有新的分析方法、分析技术和相应的全新分析仪器，不能更高、更全面、更灵敏、更可靠、更方便地获取研究、生产、社会、环境等领域中全方位的分析检测信息，新世纪的信息时代就无从谈起。这是我们在世纪之交期间面临新形势的一个特征，也是分析仪器新技术、新元器件、新产品会不断涌现、高科技含量越来越大的缘由。因此，为适应现代高科技研究和产业的迅猛发展，作为信息时代信息获取-处理-传输链的源头技术，分析仪器技术的发展是必然的。

参考文献：

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作者简介：

丁心庆，男，河南省邓州市人，本科，副高，研究方向为电子设备及科学仪器的研究及应用。