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色谱和分析

王俊德

建所初期,随着国民经济的恢复和发展,以及我所研究方向和研究工作的需要,分析化学作为科研的"眼睛",一直受到重视.到1978年,以色谱为重点的分析化学以形成我所四大学科领域和研究方向之一.同年大部分的色谱研究力量从方向室抽出组建了色谱研究室.1985年国家科委批准成立"中国大连色谱技术研究开发中心"(对内即色谱室);1987年分析室被认证为"国家进出口商品检验局理化测试认可实验室".2000年色谱室并入我所新成立的生物技术部.

一. 色谱

1953年我所开始研究色谱,是国内最早从事色谱研究的单位之一.次年卢佩章首先把体积色谱用于水煤气合成产品的分析.1957年卢佩章等人研制出5701色谱担体,后改进为"6201"硅藻土担体,并在大连红光化工厂生产.不久,热敏电阻鉴定器和高灵敏度的钨丝热导池鉴定器也研制出来.1961年朱葆琳,丁景群开展了毛细管色谱的研究.这些都为气相色谱分析在所内的发展大好了坚实的基础.

进入60年代,一批由研究成果直接转化的色谱仪在研究室和所仪器厂共同合作下开发出来.1963年研制成功SP-01型氢火焰离子化鉴定器毛细管色谱仪,1964年获国家工业新产品一等奖;SP-02型气相色谱仪1905年通过鉴定,交大连第二仪表厂生产;同年,研制的SP-04型气体自动分析色谱仪由南京分析仪器厂接产;密封舱内大气成分自动分析色谱仪于1974年研制成功交七机部使用;实验室通用的SP-08型气相色谱仪研制出来,1975年参加莱比锡国际博览会展出;六氟化铀生产流程中氟化物远程分析和控制色谱仪,1975年研制成功,交上海光华仪器厂生产,1978年获全国科学大会奖,一直在二机步系统使用;空分设备中痕量碳氢化合物分析方法和仪器,1982年通过鉴定,并在冶金部大型企业使用,获1983年辽宁省科技进步一等奖.

六十年代末,高效液相色谱在国际上迅速发展,1974年卢佩章等人在国内首批开始研究这一技术,首先从固定相,色谱柱和检测器等基础条件入手,先后研制出8种微粒型硅胶及其化学键合固定相,1977年在天津召开了鉴定会,并在青岛海洋化工厂和天津化学试剂二厂生产,供应全国.具有自己特色的高效液相色谱柱也同时研制出来, K-1吸附型高效液相色谱柱(5μm)的柱效达到8万理论塔板/米,1979年获辽宁省科技进步一等奖.同时,研制出光敏电阻紫外254检测器和电容检测器.SW-1型细管径高效液相色谱仪于1980年研制成功,并在所仪器厂生产.

在基础研究方面,1962年,朱葆琳,丁景群等用电模拟的方法考察色谱动力学过程,提出影响色谱蜂宽的控制因素.并于1966年,在25μm的毛细管气相色谱柱上获得1秒钟出7个色谱峰的快速结果.卢佩章等从1957年就提出了判别色谱柱性能的三个指标,1965年提出用不同容量因子下的塔板高度评价柱效,并用此指导色谱担体的质倥和选择色谱分离操作条件.

进入八十年代,卢佩章和张玉奎带领其团队,投入大量精力开展色谱专家系统的研究,即基于色谱理论和大量可靠的实验及文献数据,建立知识库;通过必要的实验和利用色谱规律优化分离条件,预测色谱保留值;最终解决色谱的定性和定量问题.在他的建议下,1980年国家科委下达了"1000系列气相智能色谱仪"和"2000系列液相智能色谱仪"的研制任务.研究工作中,在软件方面发展全谱图拟合,目标优化分离;建立色谱柱推荐和色谱"活"数据库;建立程序升温和梯度淋洗优化软件,保留值预测软件系统等.在硬件方面采用高性能色谱柱,无阀切换,二极管阵列紫外检测器和计算机系统等.1989年通过鉴定,1990年2030型智能高效液相色谱仪获中科院科技进步三等奖.卢佩章等人的两本专著:"高效液相色谱法及其专家系统"(1992)和"气相色谱专家系统"(1994)对软件方面有详细描述."液相色谱专家系统的理论基础研究"2001年荣获辽宁省自然科学一等奖.

周良模等从80年代初就研究对映体的气相色谱分离与分析,1990-1992年在自然科学基金的资助下,又开展了超临界流体色谱分离对映体的研究.就对映体的分离分析研究,1993年获中科院自然科学二等奖.

1986年,商振华等开展"膜亲和色谱技术研究"(863项目),在改性聚砜膜上固载化胰蛋白酶,用于胰蛋白酶制剂的纯化分离,纯化率提高68倍.后又在自然科学基金的支持下开展生物制剂中内毒素的去除研究."亲和膜,分离器和膜亲和色谱"获2000年辽宁省科技进步二等奖.

1986年后,王俊德在三项自然科学基金的支持下,研究改性的大孔硅胶和无孔硅胶用于蛋白质的分离与纯化,并与他人合作撰写了"生物大分子的液相色谱分离与制备"一书.1995年获青海省科技进步二等奖.

关亚风利用热力学参数和实验参数,高精度快速模拟算出色谱保留值,精度误差0.5%以下.获1995年中科院自然科学二等奖.

二. 超纯气体分析与净化技术

1960年,国家迫切需要航天工业用的液氢和稀有气体,卢佩章组建了以唐学源为组长的超纯气体组.以此为基础,1964年国家科委和科学院在大连组建了以我所(组长),上海化工研究院(副组长)为负责单位的超纯气体测试基地,于当年4月在大连召开了全国超纯气体和痕量气体测试基地第一次年会.

液氢中有O2,N2等六,七钟气体杂质,要求总量在0.1 ppm以下.课题组创造性的研制了一种"105"高效脱氧催化剂,在室温下便可达到脱除杂质的目的.同时还建立了用浓缩法提高检测灵敏度的相应测试方法,完成了一个又一个的测试任务.用此法,不仅可以纯化和测试7个"9"的氢,还可测试6个"9"的氩,5个"9"的氮,乙烯,丙烯和丁二烯.此项工作获1966年国家发明奖.

1978年,因"八七"工程低温超导工艺的需要,课题组与计算机组和仪器厂合作承担了氦气纯度分析仪的研制任务.此仪器使用放射性氦离子化检测器,配以计算机控制,用于自动检测液氦冷却的全部过程.2分钟可分析6个含量在零点几ppm到ppb级的杂质.1981年获中科院科技成果一等奖.

1983-1986年,中科院组织四所一厂,对国产40 W日光灯管的质量进行联合攻关,该组承担了灯管中气体压强和杂质测试方法的研究.发明的无损伤日光灯内填充气体纯度测定仪,1987年获辽宁省科技进步一等奖.

三. 分析化学

建所初期,分析化学一直围绕着国民经济和所内科研任务的需要展开工作.随着五,六十年代光谱,质谱和X-光等大型分析仪器的引入,加上所内又有很强的色谱研发力量,因而形成了一个很活跃的分析研究领域.

六,七十年代,一个很重要的工作就是国防分析任务.例如,1962年U-2高空侦查机所用的燃料油的分析,利用分析的综合力量,较快的搞清这是一种低冰点,窄溜分的航空煤油.1974-76年间,苏制萨姆-7等导弹包括炸药在内的非金属材料的剖析,为我国自己研制的红樱五号和红箭-73导弹武器做出了贡献.1970-72年,为监测液体燃料阱的安全稳定性,研制了N2O4专用红外分析仪.1979年完成了鱼雷推进剂"796"组分红外快速测定方法及美国MK-46鱼雷推进剂的剖析的任务.还有如上面曾提到的密封舱气体成分测定和六氟化铀工艺中的氟化物分析等.

80年代以后,重要的分析研究工作有"转炉煤气回收分析系统"中CO和CO2红外分析器,1991年获国家重大装备二等奖.依据脂肪胺等8类化合物的质谱信息和化学结构的关系建立了"有机质谱人功智能解析系统",获1989年院科技进步三等奖.开展了红外光谱与色谱的联用等.

"九五"科学仪器攻关专题:微型气相色谱仪经关亚风组几年的工作,其Ⅰ型和Ⅱ型样机于2002年通过院专家验收.固态化热导检测器有独特设计,成为世界上第二个能全部自主生产这种新型仪器的国家.在2005年科学院对全国573个科学仪器研究成果评估中,排名第一.

进入创新以后,分析室的工作集中在环境,生命健康和国家安全方面.

陈吉平组(102,现代分析中心)2003.12.5.正式通过中国实验室国家认可委的资格认可,成为我国第一家可利用同位素稀释法,有机溶剂提取和气相色谱/高分辨质谱技术同时检测二噁英和多氯联苯的实验室.此后,四年多的时间里,先后对全国40多个垃圾焚烧炉开展了这类污染物的排放调查,对辽河流域底泥,大连,上海和东莞等地区大气和土壤中这类污染物进行了水平调查.

关亚风组(105)2003年采用国产光学器件,研制出激光诱导荧关检测器,性能与国外相当,但成本仅为进口仪器的1/20.已转让给大连依利特公司批量生产.2005年为总装核技术研究所研制了一台双通道氙气分析仪,用于监测周边国家的核活动.

在科技部十五重大项目"科学仪器研制与技术开发"课题资助下,关亚风于2001-05年间分别承担了两项研制样品前处理技术和设备的课题.一是固态吸附棒和热解析装置,二是全自动多路加温的加压快速溶剂萃取仪.前者的特点是整个过程不使用有机溶剂,富集倍数远高于美国环保局的标准;后者已由北京吉天仪器有限公司实现商品化.

李海洋(102组)于2003年以院百人计划进入我所,主要从事离子迁移谱和质谱技术的研究与开发,用于环境和国安方面的快速分离和检测.他领导研制的激光解析电离飞行时间质谱(气溶胶质谱)是气溶胶在线测量中的重要设备.2006年1月参加了在北京举办的"863重大成果展览",并进行了现场演示,受到好评.开发的气溶胶Knudsen反应质谱已在北京大学环境模拟国家重点实验室用于沙尘颗粒物吸附和反应动力学的研究.离子迁移谱的技术关键已突破,研制的易制毒化学品的快速检查仪器已通过公安部门的验收,并在进一步的开发中.

进入生物技术部的几支分析力量,都做了很好的工作,展现了各自的特色.这部分内容因要在"生物技术部分"反映,这里仅就我的了解扼要说几句,作参考.

林炳承组,从研究毛细管电泳到微流控芯片系统17年,从理论,方法,技术到仪器集成和应用,在化学与医学之间真正架起了一座桥梁.进入创新后获得省级自然科学和技术发明两项一等奖.

邹汉法组,研究发展了多种固定相,色谱柱和分离方法,用于生物分子的分离分析,蛋白质与药物分子的相互作用.特别是将高分辨质谱用于蛋白质及其组学的研究,取得多项成果.获得辽宁省和教育部两个一等奖.

许国旺组,从气相色谱到超高压液相色谱,从二维(全二维)色谱到色谱/质谱,从承担尿中核苷来探索癌症的早期诊断到代谢组学,系统生物学的研究.取得了相应的成果.

粱鑫淼组,选择中(医)药这个复杂的"黑箱"体系,用色谱和质谱等先进手段探求传统中药的化学物质基础,提出"组分中药"的概念探索中医药的奥密.积累了一批重要的基本数据和活性组分,并正在酝酿更大的项目.

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