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近年來,隨著質譜技術的發展,從最早的無機質譜到現在有機、生物、醫學質譜廣泛應用,質譜從一個前沿的科研儀器設備越來越多的參與到我們日常的生活當中。以往,各類質譜學術交流活動雖然很多,但多集中于學科內部交流,不同領域之間的交流較少。所以,需要一個統一的質譜學術會議來聚合各領域的質譜同仁,相互交流合作,共同推動中國質譜的發展。
為此,由中國質譜學會(中國物理學會質譜分會)、中國化學會質譜分析專業委員會和中國儀器儀表學會分析儀器分會質譜儀器專業委員會聯合主辦的新一屆的“2018年中國質譜學術大會”將于2018年11月23-26日在廣州市舉辦。本次大會,作為三大學會第一次聯合舉辦的質譜大會,標志著中國質譜發展邁入新時代。
在大會舉辦前夕,儀器信息網編輯特別采訪了核工業北京地質研究院分析測試研究所所長郭冬發,請他談談質譜技術在新能源領域中的應用以及對中國質譜發展的展望。
中國質譜邁入“新時代” 無機質譜煥發勃勃生機
郭冬發表示,我國社會經濟已經進入了高質量發展的階段,在這個大背景下,質譜技術要運用新的理念、緊跟時代的步伐、圍繞國家的重大需求和面臨的問題來發展。從無機到有機,質譜的應用領域在不斷擴寬,已經從過去僅僅做一些簡單的檢測工作,發展到現在“無所不包”。“2018年,隨著國家的發展,質譜進入新的發展時代,將在當今社會發揮其獨有的價值和作用。”
眾所周知,質譜技術最早應用于無機領域。從1906年JJ Thomson發明質譜,并運用于發現非放射性同位素和無機元素以來,無機質譜已經走過了百年歷程。但是在百年后的今天,無機質譜并沒有過時,恰恰相反,隨著技術的發展,無機質譜也跨入了一個全新的時代,煥發出勃勃生機。
郭冬發指出,現在很多人提到質譜,想到的多是有機質譜,認為無機質譜比較簡單,研究的內容有限。但這種觀點是片面的,無機物是整個地球最大的組成部分,人類周邊環境主要是由無機物構成的,正因為如此,現代科學研究首先從無機物開始,質譜也最先應用于無機分析。并且直到今天,無機領域還有很多未解決的工程技術、國家需求以及科學研究問題。同時,隨著科學發展,無機與有機之間的界限越來越模糊,在生物、醫藥等很多不同的領域,無機物和有機物相互作用都是科研的熱點。這些科研探索的過程,離不開無機質譜。所以,無機質譜技術不會被別的技術手段替代,反而隨著時代的進步,將會發揮越來越強的作用。
搭建一體化分析平臺 質譜技術為核能源添磚加瓦
身在核工業北京地質研究院,郭冬發從事的工作與核能源息息相關。他介紹道,目前我國的能源結構仍然以傳統的化石能源為主,以電力為例,2017年底我國的火電約占73.4%,核電僅占3.94%。傳統的火電會對環境造成巨大壓力。而核電能源作為一種高效清潔的新能源,未來具有很大的發展空間。
提到質譜如何為核能源服務時,郭冬發表示,無機、同位素質譜貫穿了整個核能源生產過程,在其中起到了重要作用。在地質找礦的過程中,礦體隱伏在地下,需要運用質譜分析捕捉地表的微弱信息,對礦體位置進行定位;當礦體開采出來后,對礦石成分的分析也是質譜要做的工作;而在將鈾礦石加工成黃餅的過程中,中間大量的質量控制也要質譜參與;在整個核燃料循環及其環境,質譜技術也要對其實施監控;到最后高放廢物地質處置時,尋找合適的地質處置場址,也需要進行質譜分析以了解其地質背景。
基于質譜對核能源領域的重要性,郭冬發的團隊配備了一整套完整的無機質譜,并與其他分析儀器一起,搭建了一體化的鈾礦地質分析平臺(IUGAP)。他認為,現在單一的檢測手段難以形成核心競爭力,要擁有自己的核心技術,就需要把相關的儀器設備整合,并加入自己特色的一些前處理等相關技術手段,搭建一個全面的分析技術平臺。這樣才能形成有價值的、稀缺的、不可替代的、短時間內難以復制的核心技術。例如針對一個微粒,如果僅通過掃描電鏡技術,雖然可以看到納米-微米級的空間,但是它沒有同位素分析功能。而通過一體化平臺,我們可以在掃描電鏡標記的基礎上,將這個已探知的點轉移到質譜,這樣就可以測定其同位素數據。除了上述的“坐標轉移定位”技術之外,郭冬發團隊還研發了許多特色技術手段。
郭冬發也指出,除了利用質譜做方法開發的工作之外,他以及他的團隊也從事質譜標準品的研發以及質譜儀器運行維護等工作。他認為,這些工作對于質譜技術的發展也非常重要。
聚焦專用化儀器 中國質譜需開拓原創性道路
談到中國質譜未來的發展,郭冬發表示,從無機質譜的領域來看,目前中國質譜的核心問題已經不在應用層面,更需要從質譜儀器軟硬件研發角度進行鉆研。我們在應用以及方法開發上都獲得了良好的成果,走在了世界前列;但是,這些成果的獲得很多還是基于國外的設備。 “這就像是站在巨人的肩膀上向上攀登,做出的成果好像不完全屬于我們自己。” 郭冬發說道,“中國如果要真正發展自己的質譜,還是需要從原理做起,將每一部分零件都研究透徹,培養出一批真正懂質譜、可以自己組裝制造質譜的人才。如果不是從原理出發,對其內在的物理過程研究的不夠透徹,那么就很難在技術上有中國自己的發展特色。”
目前,我國的質譜儀器制造相關的技術與國外還存在一定的差異,但是中國具有巨大的市場空間和大量需要質譜來解決的實際問題。郭冬發指出,這是中國的特色,要依托于此發展我們的儀器設備。針對中國獨特的資源特征、環境狀況等方方面面的問題,從海量的問題當中梳理出最重要、最有可能用質譜解決的那些,尋找技術路徑,制造出相應的專用儀器。這樣就可以擁有中國原創性的技術成果,從而在質譜儀器技術層面提高中國在世界上的地位。
同時,郭冬發也表示,要重視基礎研究,將科學研究與實際問題需求緊密結合,堅持在自己的研究道路上做深做透。無論是基礎研究、還是應用研究的相關工作者,都要發揮自身的優勢,踏踏實實做研究,這對于發展我國的質譜是十分必要的。
打破“同溫層” 質譜大會將推動中國質譜向前發展
從自身領域出發,郭冬發認為質譜的本質就是助力能源的安全綠色發展,提升每個人的生活質量。他也表示,除了核能源之外,生活中有越來越多的領域都可以用到質譜技術,質譜將作為一個強有力的工具改變人們的生活。
談到本次廣州質譜大會,郭冬發表示他非常期待本次大會的順利召開。他談到:“未來質譜內部各學科之間一定會交叉融合,無機質譜的一些成果可能為生物、精準醫療等領域帶來啟發,反過來,其他學科的成果也有可能會啟發我們專業質譜技術的進步。通過這次的交流活動,所有‘搞’質譜的人在一個平臺上互相交流,大家可以聽到不同領域的各類報告,這就是一個頭腦風暴的過程。”
郭冬發借用氣象學中“同溫層”的概念,來形象的闡述了他的感觸。以往的學術會議總是在學科內部舉行,大家的知識背景和認知基本一致,處在“同溫層”,很難吸收到別的專業成果。而這次的質譜大會完全打破了以往的模式,不同專業都可以在會上相互交流,這就打破了“同溫層”的界限,處在不同“層度”知識可以互相滲透,這種全新的碰撞形式,必然會產生新的知識火花。
基于此,郭冬發相信在本次大會上,有這么多的專家學者觀點的互相作用,小的知識火花不斷涌現,最終會形成影響整個質譜行業的巨大“雷暴”,推動中國質譜的全面發展。
2018年11月23日開幕的中國質譜學術大會上,我們將有望一睹中國質譜事業新風采。儀器信息網作為大會合作媒體,屆時將帶來精彩報道,敬請期待。