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中国分析仪器的发展历史、变革和面临的挑战
【来源/作者】奥科官网 【更新日期】2014-9-22 14:43:26

21世纪不同于以往任何时代,它曾遭遇两次世界大战,又面临人口爆炸;易取资源日趋枯竭,但污染与浪费却日趋严重。这些众多的难题与矛盾迫使人类要寻找答案与出路。于是开发新能源、新材料、有效利用现有条件的“开源节流,提高效率,持续发展”便成了非常现实的口号。“生命科学”的出现给人们带来曙光与启示,显示出现代高科技带动全球经济、社会高速发展的新世纪的可能与必然。这种论点的依据也被20世纪经济和社会发展过程中无数的事实所证明。而提到现代化高科技,便不能不提到科学仪器(其核心是实验技术与分析仪器)的特殊重要地位据统计,20世纪获诺贝尔奖的项目中有27项都是与分析仪器有关,或者是借助分析仪器而取得的成就。在本世纪初又出现了“核磁成像”技术奖。更有人断言“每一次分析仪器的创新都推动了人类发现自然的奥秘,解决长期存在的疑惑,进而推动了人类前进的步伐”。

这个客观规律在中国必然也是如此。我们完全有必要来重新审视它的过去、现状和前景战略规划。

中国分析仪器的历史与现状

在世纪之交,中国分析仪器市场出现了一个全新的局面。全民所有制、股份制、私营企业三种不同所有制的仪器制造商齐头并进,在活跃的市场经济中蓬勃发展。一些著名的外资企业也在中国设厂参加到竞争的行列中来。据中国分析测试仪器学会的统计,全国分析仪器的厂家有144家。另据分析测试仪器协会对归口的36家重点分析仪器专业厂统计,自产仪器(不含代销)的年销售额超过1000万元的企业已经达到20个(不包括外资企业)。

作为中国仪器仪表工业重要组成部分的分析仪器,随着国家经济的发展和需求的增大,在未来几年内势必会有迅猛的发展。日前有消息来源称中国用于分析仪器的投资将从1998年的6.8亿美元猛增至2005年的13亿美元。我们认为这个数字还比较保守。因为这两年各行各业的理化分析人员数量已从原来的2万人猛增为4万人。其中有一半的人需要更新装备,至少有1/4的单位要建立现代化的专业分析技术实验室。这更可以说明中国分析仪器市场有着及其广阔的前景。

分析仪器的年销售额从早期以北分、上分、川分、南分、佛分、雷磁、沈分和成仪等为主体的分析仪器专业厂的2-3亿人民币,上升到2001年中国分析测试协会统计的近8亿人民币。回顾历史可以看到,在不同的分析仪器领域内,不同产品出现了几次发展高峰:七、八十年代色谱类仪器高峰、八、九十年代光谱类仪器高峰和新世纪到来时出现的环境科学和生命科学仪器的高峰。总的趋势是分析仪器既紧跟了国民经济和科研的需要,也促进了相应领域的发展。按照中国仪器仪表行业协会的统计数,到2003年企业数为117个,总产值达到23亿人民币。(两者数据的差别主要是统计口径和分类有别)

但是,在另外一方面我们还应该看到中国分析仪器力量和国际水平的差距。透过一些可供参考的统计数据可以粗略地看到,2001年全球分析检测仪器销售额为239亿美元,而中国国产仪器销售额仅为七千万美元左右。进口仪器约七亿美元。两者合计,中国分析仪器的市场只占全球总销售额的3%。目前中国高档精密仪器主要还是依靠进口。几年来中国分析仪器的出口仅限于一些较低档的分析仪器,而且出口数量很少,2001年的统计仅为1500万美元左右。市场销售额的差距,且大量依赖进口,这主要反映了我国分析仪器技术水平和品种开发的差距。

在谈到中国分析仪器行业与国际水平的差距时应该看到中国的分析仪器行业是从几乎为零的基础上发展起来的。远溯到1901年,上海科学仪器馆经销科学仪器的成立是中国正规的接触仪器的开始。1932年成立的中国仪器股份有限公司和中国研究院物理研究所的物力仪器工场开始了涉及修理仪器。在那个时代可以称之为分析仪器的只是一些湿式分析方法的玻璃仪器。(如滴定、比色、奥氏气体分析仪等)。就是这一段时期内培养出中国第一代的仪器(包括分析仪器)人才。在50年代初期,上海地区便相继出现的雷磁、沪江、科伟、创造等分析仪器厂的中坚力量,当时主要的产品是实验室用的酸度、比色以及极谱仪等。

中国真正意义的现代分析仪器的起步于五十年代后期。起缘于1955年国家制定了《112年科学技术发展规划》。在这样的方针指导下,在上海便以15家企业为中心厂,10余家企业为卫星配套厂,进行工业整合。不久又将上海地区分散的创造、科伟等小型企业集中起来组建了上海分析仪器厂,从事试验室分析仪器的开发。在北京便有了北仪、北光和核仪器的综合仪表厂。南京建立了南分厂。在整顿和加强我国现有的分析仪器力量的同时,还得到了原苏联援建的156个项目。

经过五十年代的统筹部署,分析仪器正在准备万舸齐发的时候,中苏关系破裂。一夜之间仅有的援助中国分析仪器建设的三位苏联专家回国,就此杳无音信,使中国企业遭受重创。于是,一批从来没有学过什么是分析仪器的中年工程师带领着刚刚走出校门的的青年人担负起了试制新产品的重任。在六年期间完成了质谱、核磁、色谱、红外、热磁、热导和电导七个系列的产品。

北京分析仪器厂和中国科学院科学仪器厂经历了2年多的时间于1963年试制成功了同位素质谱计,获得了国家科委颁发的新产品奖证书1号,并成批生产。此后又相继研发生产了有机质谱、多位离子源质谱、四极质谱;1962-1963年北分和北京化工研究院共同试制了我国第一台SP2301/2型气相色谱仪;1964年上海分析仪器厂试制成功100型气相色谱仪后,气相色谱仪成为大批量生产的产品;1960年上海沪江试制成功火焰光度计;1962年上海分析仪器厂开发出了72分光光度计,几年时间累计产量达到十万台。南京分析仪器厂还试制和生产了血气分析仪和肺功能测定仪。与此同时各个分析仪器厂也在流程在线分析仪器方面试制出热导式氢分析器、热磁式氧分析器。红外线气体分析器都是我国第一代的流程气体分析器。为各种工业流程提供了除了温度、压力、液位和流量以外的成分量控制参数。流程气体分析器的生产为当时国民经济发展中的电力、化工、石油、冶金、机械制造做出了很大贡献。

八十年代中国进入了改革开放。国务院决定将仪器仪表单列管理,成立了国家仪器仪表总局,在全国范围内投入资金和人力促进仪器的大发展。八十年代初期,由国家科委,科学院和国家仪器仪表总局组织开展了23项大型精密仪器的会战。组织全国科研、学校和制造业的力量,瞄准当时地世界水平,研制新一代分析仪器。其中具有影响力的是由科学院大连化物所、兰州化物所和北京分析仪器厂、上海分析仪器厂研制的有五种检测器的气相色谱和高效液相色谱仪。

在当时改革和对外开放政策的形势下,仪表局明确地采用了两种方式带动了分析仪器水平的提高和迅速发展。一是开始“以工程带系统,以系统带仪表”进行了全系列和有重点的制造技术引进工作。二是继续原30万吨乙烯生产装置的翻版,并选择有发展前景的工厂,对其全部设备进行国产化和引进改造。

这时,以许可证的贸易形式进行的制造技术引进使大量的外国技术进入中国的仪器行业。其中包括从美国VARIAN引进的气相和液相色谱仪,从德国MAIHAK引进的红外线气体分析器,从H&B引进的红外线气体分析器和氧化鋯分析器从日本崛场引进的汽车排气分析器,从美国WATERS引进的液相色谱仪,从美国Hyerion引进的生化分析仪,英国Kent的水质分析器等。技术引进是中国分析仪器从完全与外界隔绝的自力更生模式向走向国际市场的第一步,加快了赶上国际先进水平的步伐。一些自行研究十多年的关键工艺,在技术引进以后得到彻底解决。北分、上分和佛分在引进技术的同时对工厂进行了改造,数控机床和特种工艺设备为提高产品的质量起了决定性的作用。技术引进也解决了因为中国工业水平和基础件配套不能满足分析仪器发展需要的瓶颈。很多引进成果成为中国分析仪器随后发展的基础。

针对30万吨乙烯的翻版工程带动了工业气相色谱仪,顺丁橡胶生产所需的微量水分析专用色谱等流程和常规分析仪表的发展。在30万/60万千瓦火电站项目的支持下从英国KENT引进了的全套(溶解氧,联氨,微电导,pH,钠,余氯等)水质分析器和硅/磷酸根分析器,还有从美国ML引进的大气环境检测站的全套(CO2,O3,NOx,SO2等)仪器设备和从Dasibi引进的CO分析器等。

在这一段时期分析仪器行业出现品种由少变多,实验室与流程仪器并举,由单机变成成套装置,电子技术、计算技术和智能系统开始发展的局面。

这种发展可以从国产仪器的品种反映出来。

进入九十年代,在所有多种所有制并存的条件下,在以国有企业为主的分析仪器行业发展的同时,从事分析仪器的股份制企业和私有企业也迅速蓬勃的发展起来。由于分散的企业刺激了每个企业的竞争积极性,新的矛盾又出现,一方面是电子科学和计算科学以及化工、农业、医疗、生物科学的人才加入到分析仪器行业中来,分析仪器的从业人员综合技术素质得到提高。出现了多个专业型强、运用新技术、以及外向型中小企业。另一方面由于分析仪器是多学科的交叉渗透,新成立的中小企业为了争取市场和利润,出现低水平的重复与无序竞争。

如前所述,在销售额超过1000万人民币的20个企业中,除了原有国营企业外,其中私营企业和股份制的就占14个。其销售额占上述20个企业销售总额的37.8%。这些私有企业中北京的东西、普析、吉天等已经形成科研生产一体的综合性分析仪器企业,上海光谱仪器则瞄准国际市场,其销售额中很大部分是直接出口或以定牌加工的OEM形式出口。有的企业利用新技术在流程和环保仪器中开辟了新天地。有的企业紧追国际发展动向,在生命科学,环境科学方面已经初见成效。有的企业以生产分析仪器配套产品和部件为主,弥补了市场空白。

看中了中国分析仪器市场的潜在能力国际上一些有远见的分析仪器厂商开始投入资金在华建立生产厂。最早是HP在深圳建立简易积分仪的制造厂,后来发展成安捷伦科技(上海)有限公司,最近又在上海浦东建成全独资的工厂。日本岛津在苏州设立色谱仪生产厂,美国的大西比,德国的蔡司也都进入了中国市场。

二十一世纪的挑战

十九世纪工业革命的大潮奠定了机械化和电气化的基础,在科学理论上出现了达尔文的生物进化论(1859)、麦克斯韦的电磁理论(1864)、伦琴X射线的发现、相对论(1915)、量子力学(1926),同时孕育着新化工,新电子、生命科学和宇宙工程的未来。

在中国实施的“改革开放”,或许会带给一个长期从事仪器仪表科学,特别是分析仪器的工作者下面思索。比如:

●以13年的时间争取到WTO的行列,这既是舞台又是擂台。一年多来我们已经面临贸易竞争之间的质量标准和测试方法等诸多问题。

●旅游、体育、文化、信息的交流最终还是要归根于“经济实力为本”。目前我们已经遇到食品、交通、医药卫生、环保许多始料不及的问题。一个SARS病毒便影响广泛。显然无处不涉及实验技术与分析仪器。

●13亿人口中国市场连续多年的8%上升速度,令许多从未下功夫研究中国的“知识里手”感到诧异-佩服-恐惧。我们希望和平的环境和公平公正的合作。交通与信息技术的发展已经把地域距离缩短,密切了人与人之间的关系。IBM、MicroSoft以及西门子、安捷伦、岛津等已经成为家喻户晓的品牌。我们应该怎样考虑一个双向的交流和长远的合作。

●生命科学、生物化学发展所带来的基因、蛋白酶、生物膜、生物芯片……等等都是以亿计美元的工程项目。它不但使技术水平在超高速发展,规模之大和影响面之广也是惊人。无论是科研、装备还是生产应用都离不开及时开放的新型系统成套监测手段。如何应对这个挑战也是世界科技和分析仪器界的课题。

●水、大气、土壤、废弃物、毒物残留以及新出现的病毒等监测和控制与化害为利,又是对人类的另一大挑战。其解决方案绝大多数还是在未知与待议。

如果再想想,还可以找出更多更难的问题。这已经足以说明现代分析仪器的定位和方向了。下面我们想就发展提出一些认识和看法。

1中国分析仪器市场发展的前景预测

据一份美国的报导,分析仪器的全球需要量已高达217亿美元。绝大多数仪器产品仍然以5%乃至两位数的速度增长。虽然一些仪器的发展已经度过了成熟期,例如气相色谱仪,在美国已经出现负增长(-5%)的趋势,但是年销量仍然以7-8亿美元遥遥领先于其他仪器。原子吸收也是负增长(-5%),但同样仍有1.8-2亿美元年需求量。即使是这些所谓成熟期已过的产品,在发展中国家特别是中国仍然是正增长速度。中国市场中GC、LC、AA等仪器的进口比例仍然很高。我们的国产分析器应该像白色家电行业的电视机、录像机、VCD和DVD机、冰箱、洗衣机还有手机那样用科技含量,质量和价格优势来占领国内市场,并在这个基础上发展成为中低档分析仪器的世界制造中心。市场的占领,是两位数增长也满足不了的。

我国在光谱仪的领域主要产品还是集中在UV/VIS分光光度计上,在FTIP,RAMAN光谱,荧光光谱,近红外光谱,ICP等方面的仪器,特别是高新尖端仪器虽有产品但是相对而言基础还很薄弱。如对GC-LC-MS,HPLC-TOF等开发乏力,因而有极大的发展空间。从国际市场的统计信息来看,FTIR、RAMAN/ICP的市场需求都超过2.5亿美元。仅仅PE公司就销售了15000仪器FTIR。RAMAN光谱已经开始走进流程分析仪器市场(超过$1500/年)。仅在美国就安装了18000台ICP和2000套ICP-AES。近红外光谱仪随着食品和制药工业的发展,市场需求达到1亿美元并以每年两位数的速度增长。

2分析技术仪器化,分析仪器自动化”仍然是主导发展方向

目前随着生命科学及其有关领域的发展已出现了无数新型的、繁多的分析课题。这些课题对分析技术提出了相应的仪器化。分析方法和技术是分析仪器的导向。定型的分析测试方法都需要转化为仪器装置。每一个应用领域都会给分析仪器提供一个发展壮大的舞台。例如现实需求的携带式,埋入式,以及扩展成为遥测遥控网络化分析系统就有很大的发展空间。

分析仪器自动化除了要利用当前发展的电子技术和计算技术实现以外,还会要综合地利用正在热门化的嵌入式智能化平台技术、超微精密加工技术。要建立理化分析实验室的Lims系统,并通过总线技术向在线和网络化接口。

综合市场动态需求实现柔性生产,以及和以边际条件提高生产效率已是流程工业的最佳方案——这更是引人注视和思索的大课题。

3利用尖端技术成果,向尖端科学技术领域渗透是提高分析仪器水平的必由之路
分析仪器应当服务于尖端科学和新技术,同时分析仪器又应当充分利用尖端技术的成果。这种相互渗透使分析仪器本身业已形成一种新技术的代表得到重视和发展。随着现代微电子学、微加工技术、信息技术、新型材料和计算机科学与分子生物学综合交叉形成的高新技术的发展,分析仪器获得了实现微型化的可能。模块化、微型化和智能化是分析仪器发展的主要方向之一。"Lab-on-a-chip"(实验室晶片)或"μ-TAS"(微型全分析系统)给分析仪器的微型化提供了实践基础。DNA基因晶片,生物晶片,CE晶片的成熟都会带来分析仪器的革命。向这些尖端科学技术渗透是分析仪器的使命。

4分析仪器的发展应该向生命科学仪器,环境科学仪器和过程分析仪器倾斜

分析仪器要紧跟科技尖端。我国尖端科学发展的制约瓶颈之一就是分析仪器手段跟不上需要。生命科学的发展,越来越向最基本的机理研究发展。而我们分析仪器在这方面基本上还是空白。全球基因排序研究的市场有5亿美元,其中仪器就占有1/3,现有的芯片排序器就销售了7000万美元,而且以每年15%的速度增长。聚合联酶反应分析仪器的市场为3.5亿美元,仅仅是耗材就有3亿美元的需求。我国虽然开始涉及这方面的仪器,但是随着生命科学的发展,生命科学的仪器可以说是一个未开垦的处女地。

在二十一世纪,环境科学已经渗透到人类活动的各个领域。所需的监测仪器必须满足对工业以及人类行动越来越苛刻的要求,满足对工业中新工艺、新材料的采用而不断出现新的要求。全球环境监测仪器的年需要量为25亿美元。可以说,在人与自然的交往中,每一件新事物的出现,随之而来的就是要评估对环境的影响,要进行监测并加以控制。我国的分析仪器在大气监测,水质监测做出了一些成绩,国产仪器中,大气监测仪器的占有率在70%左右,水质监测仪器的占有率在60%左右。但是在污染源、污水排放等场合还满足不了需要,对复杂化合物研究分析所需要的GC-MS,LC-MS只能依赖进口,对大气遥测,激光雷达等环境光学与环境监测遥感仪器还有待发展。


由于制造业从增加产量,减少排放,保护环境的角度特别注重流程成分分析。过程分析仪器市场需求预计将增加到22.2亿美元。但是我国生产的在线仪器只能满足少量部门的需求。而国外一些实验室发展成熟的“谱仪” 由于其简化和可靠性的提高使得在流程中作多组分的快速分析而变为可能。例如,FTIR作烟气监测,时间飞越质谱做炼钢的快速分析。


过程分析仪器除了狭义的“在线”工业流程仪器以外也包括了一些“就地”,“实时”的监测仪器。这是科技发展提出的新要求,以便能在瞬间反映生产实际和生命环境情景和实况,及时提控制生态和生物过程。

5规模经营和国家宏观调控将是未来分析仪器健康的发展的道路

无论社会主义的市场经济或者泛指的市场经济都要求在市场内形成一定的竞争法则,制止无序竞争,在自由发展的同时应该有国家或者行业的宏观管理,政府对影响国民经济和发展方向的项目应该用注入资金和质量监督的手段加强管理。专业化协作和社会化、全球化生产也是必然调控原则。

最近十年诞生的新型的小型企业给分析仪器注入了活力,但是当今的一些手工作坊式的经营,急功近利的企业方针,像一个硬币的两面一样越来越反映出它的不足。在行业内专业分工有序的竞争规则必然会导致未来的兼并和规模经营。

摘自:中国分析计量网


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