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【深度】实验室仪器行业“十二五”成果全回顾!

仪器信息网 2020-03-29 06:16:12

实验室仪器是科学仪器的重要组成部分,涉及12个专业,应用领域广泛。随着科学技术的进步和发展,实验室仪器越来越占有重要的地位。“十二五”期间,我国实验室仪器在自主创新方面取得了可喜的进步和发展:取得多项高端技术成果和一批重要的知识产权,引领企业产品发展。

  

一、在“十二·五”期间实验室仪器自主创新成果显著

  

1我国离心机行业进入世界先进水平


  我国离心机行业已有近四十年的发展历史,离心机也是国家历来重视发展的科学仪器,目前我国已逐步形成湖南、上海、北京为主的实验室离心机的生产基地,规模批量生产了台式离心机、高速冷冻离心机、大容量血液离心机等系列产品,同时还努力发展离心机应用技术,扩大离心机使用领域,满足了市场需要的同时也促进了相关科研和生产发展。


不仅打破了国外离心机在中国的垄断地位,还批量出口到非洲、欧洲和东南亚市场,我国的离心机行业已具有相当规模,离心机技术已快速发展,其中4万转/分以下离心机已达到和接近世界先进水平。


  当前重视发展我国的超速离心机是非常必要的,主要是美国贝克曼和日本日立的产品。据海关统计资料,仅在“十二·五”期间,进口的超速离心机近500台,资金约5亿多美元(约合32亿人民币)。随着我国科学技术的进步,超高速离心机的研发在“十二·五”期间取得了成功,“十三·五”将继续研发,目标使其转速要提升至100000rpm(落地式)和150000RPM(台式)、增加区带离心和连续流离心功能、提升电控和安全性能、完善操作程序和管理程序、开发更多转头及模拟应用程序等。


  湖南吉尔森科技发展有限公司研发成功我国首款商品化超速离心机(JE-80K)。JE-80K采用了真空密封驱动系统,其最高转速可达80000rpm,最大离心力可达645000g。JE-80K已通过国内权威单位试用和验证,通过专家鉴定,填补了我国超速离心机的空白。


  我国所需超速离心机不再全部依赖进口。随着我国科学技术的进步,对超速机的需求将逐年增加。JE-80K的研发成功不仅带动了我国离心机技术的全面发展,而且每年可为国家节省大量的外汇。目前该型超速离心机正在进行商品化完善,未来推向市场后将带来可观的社会效益和经济效益。JE-80K超速离心机研发成功标志着我国离心机行业已经进入世界先进水平。超速离心机技术已在开发更方便安全的新型水平转头,可自动进行8类故障诊断,进行标准操作、程序控制、延迟启动、储存多种程序、更安全的防护系统和控制系统。在“十三·五”期间,超速离心机技术将会有更大发展。


图1 JE-80K超速离心机

湖南吉尔森科技发展有限公司


  超速离心机是应用强大的离心力将沉降系数、质量、密度等不同的物质进行制备的精密实验室仪器,是分离、纯化细胞、病毒、蛋白、核酸和酶的最方便有效的工具,是分子生物学、生物化学、生命科学和医学研究不可缺少的手段。


2电泳仪发展迅速


  1、“十二·五”期间我国的电泳仪行业快速发展


  目前电泳仪行业实现了常规电泳成套仪器研发和生产,如凝胶成像分析系统、光密度扫描仪、基因扩增仪、紫外分析仪、移液器等,且大部分品种都已经达到或接近国外先进水平。

  在高端仪器开发方面,与高校和研究单位合作业已取得可喜成果,比如北京六一仪器厂和高校合作研制成功分体式等电聚焦电泳系统装置,推动了我国蛋白质组学发展,为我国生命科学的研究做出了贡献。

图2 DYY-16D型电泳仪电源

北京六一生物科技有限公司


  我国的电泳仪正在向更高水平发展,已成为分子生物学、食品化学、药物化学、环境化学、医学、法学生命科学技术分析研究手段。


  2、电泳仪行业发展方向和“十三五”目标

  ①加强基础理论的研究,充分发挥农业科学、海洋科学、医疗卫生、生命科学应用与开发;

  ② 发展高端电泳设备,使电泳达到人机脱离、检测速度快、检测项目全、设备更小型、现场应用更普及更安全发展,能满足复杂实验,基层医疗临床检验的需要;

  ③提高仪器自动化程度,简化仪器操作程序,使仪器更加好用耐用;

  ④加强仪器应用技术开发与研究,开发价格合理、高效、实用的生命科学的电泳设备。


3环境试验设备自主创新成果显著


  我国的环境试验设备行业起步于上个世纪60年代。80年代以前环境试验设备行业普遍采用前苏联的技术,以生产三防试验箱即温湿度试验箱、盐雾试验箱、霉菌试验箱为主,单因素的环境试验设备多,高档产品少。


进入90年代后,通过对国外产品和技术的引进以及建立合资厂,依靠仿制、自行设计和更新设计,我国的环境试验设备的设计和制作水平有了长足的进步。目前我国在通用、中小型环境试验设备方面已经接近国际水平,不但能生产单因素的环境试验设备,而且能生产多因素综合性环境试验设备和特种环境试验装备,自动化控制水平及产品的外观与国外产品相比已经相差无几,环境试验设备成为一个门类齐全具有先进技术水平行业。


  “十二五”期间无论是高铁发展、航天工业的建设、军工企业、医疗卫生等各行业所需环境试验、特殊环境试验、极端环境试验,环境试验相关企业在一次次自主创新活动中做出了自己的贡献,保证科研和生产完成。


  “十三五”期间环境试验设备相关技术进一步完善和提高。


  我国已取得国际大市场竞争的主动权,产品已遍布世界各个角落,但不同的地域对产品的环境适应性要求差别极大。


  1、为取得市场竞争的主动权,产品制造商已开始注意到产品的环境适应性问题。随着我国政治经济实力的增强,国家安全、航天航空、军工领域的技术的发展得到加强,环境试验与试验设备技术将会更加受到重视,未来我国环境试验技术必将达到世界先进水平。


  2、研制近于实际环境的综合箱:如振动试验箱已经发展成为三综合(温度、湿度、振动)、四综合(温度、湿度、低气压、振动)试验箱,并且出现了多维振动试验箱;再如腐蚀试验箱由单一腐蚀试验也向循环腐蚀试验(腐蚀-湿热-干燥-腐蚀)箱方向发展。


图3 TW-2600-65WH高铁动车步入式高低温/湿热/覆冰综合试验系统 图4试验现场

成都易华天宇试验设备有限责任公司


  3、大型综合专用设备:为适应各行各业的需要,研发制作大型综合专用的环境试验设施。如美国陆军阿伯丁靶场的兵器环境试验设备能让车辆在行驶道路条件下,模拟低温、高温、湿热、低气压等多参数组合环境。该设备有100m3、145 m3和45 m3三个环境实验室,采用1套空气制冷系统和各自独立的电加热设备。在大型环模设备中首次成功采用了空气制冷。该设备最大实验室空间尺寸为16m×8m×8m(长×宽×高),温度范围为常温~50℃,相对湿度可达到85×(1±0.05)% RH(≤40℃),模拟的最大太阳辐射强度为1kW/m2,模拟的最大风速为35m/s。


  4、加强环境试验设备应用技术开发,为食品、卫生、海洋经济、环保等行业服务:

①海洋经济、食品工业、环境保护所需新型环境试验设备;

②认真开展应用技术开发;

③开展新技术、新材料研究;

④做好环境设备节能技术研究,降低设备能耗;


4我国天平自主创新成绩显著,已形成世界上最完整的天平制造业


  我国天平仪器制造已发展为世界最大最完全制造业。

  天平行业按其产品结构分为:电子天平、机械天平、砝码和天平扩展产品。


  1、机械天平:经过50多年建设和发展,我国的机械天平水平技术处于世界先进水平。目前,国内等臂机械天平技术水平、工艺水平、计量性能都已达到国际标准,已开始批量出口,原则上机械天平已没有进口。今后机械天平将在天平立柱、底板以及外罩、钢架方面不断改进,以提高立柱精度。机械天平最大的吨位天平和自主创新发展电磁天平都成是我国独创技术的天平。砝码作为天平最重要的部件和质量传达标准,我国为全世界天平生产企业供应各类砝码和质量传达用的砝码。


  2、电子天平:当前我国研制的最新一代电子分析天平拥有多种高级功能、低功耗、宽温度适应、全自动内部校准等特点。目前上海良平仪器仪表公司、湖南湘仪天平仪器、沈阳龙腾电子公司、长沙湘平仪器公司国产天平厂商生产的电子分析天平具备电子天平所有基本功能、液晶显示、手动外部校准或者手动内部校准外,还有优越售后服务。


图5 JY/YP系列电子天平

上海良平仪器仪表有限公司


图6 KM系列电子分析天平

上海良平仪器仪表有限公司


  3、目前电子分析天平以做到:


①更精准的计量性能。

②更完备多种功能,拥有多种应用程序和高级功能,一机多用途,提高工作效率。

③更友好的界面,直观、简单,不必再像以往一边对照手册一边设置一堆无法理解的代码来使天平正常工作了,只需要根据全中文菜单的提示,简单几步即可部署完成,即便是首次接触的使用者也容易上手。

④更智能,它不仅能时刻监视自身的工作状态并显示出来,还能够通过丰富的接口和其他设备,计算机链接协同工作,处理复杂的数据,进行分析和汇总。

⑤更好的适应性,进一步提高电子分析天平对工作环境的适应,使其能在更宽的领域中正常工作。


在“十三五”期间,发展我国电子天平,加强市场开拓,完全可以改变我国电子天平依赖进口的局面,使国产电子天平占电子天平市场比例提高到2/3(约每年进口电子天平近5亿元),这是天平行业重要使命。


5高端声学传感器抗腐蚀高声压系列传感器研制成功


  声学传感器是声学仪器的核心技术,我国声学仪器多为中低档次的产品,高端传感器完全依赖进口。每年从美国以及丹麦等国家进口各类高端声学传感器两万多支,严重阻碍了我国声学仪器的发展。


  “十二五”期间为发展声学仪器,打破国外对我国高端声学仪器垄断,科技部决定设立技术创新基金,对“抗腐蚀高声压系列传感器”进行技术公关。该项目于2011年立项,经过四年的努力,衡仪电气有限公司完成该项目。各项技术指标合格,已通过科技部的验收,并在试用中获得用户好评,产品各项技术性能达到国外产品技术水平,打破了国外对我国的技术封锁,可应用于航空航天、火箭发射、军工部门以及国民经济多个领域,使我国声学仪器向着高科技水平发展道路上迈上一个新台阶。


  实现了关键技术的突破,其技术指标达到:

  开路灵敏度:  (0.3~2)mV/Pa
  频率范围:    10Hz/kHz
  动态范围上限:170dB
  电容量:      5~7pF
  极化电压:    0V
  产品性能:背极驻极体预极化电容式测量传感器,具有测量频率范围宽、动态范围宽、高精度、高稳定性、无需外加极化电压等特点。

图7 HY245型高声压抗腐蚀传声器系列

衡阳衡仪电气有限公司


  高端传感器研制成功为我国声学仪器发展创造有利条件,同时为我国水声仪器发展创造了有利条件。


6微波水分快速测定仪开创水分测试新纪元


  湖南赫西仪器装备有限公司研制的微波快速水分测定仪,开创了我国水分测定的新纪元,是我国独立完成的自主创新项目。


  新开发的微波水分测定仪,测量精度高、速度快、可靠性高、用途广泛,是工矿企业、科研机构、大专院校实验室、军工企业等单位开展水分快速分析精确测量必不可少的设备。


  Herexi流体微波水分测定仪系列是快速智能测定各种流体的水分含量的设备,单次测量时间在1-3秒钟,实现了含量数字化。

  1、产品技术指标

  (1)量程:10-55%(D.R.C);

  (2)分辨率:0.01%(D.R.C)%;

  (3)测量精度:1%(D.R.C)%;

  (4)读取方式:TFT-LCD数字显示;

  (5)通过USB数据上传到计算机,并可控。


  2、发展微波水分测定仪

  微波快速水分测定仪系列产品应用行业范围极为广泛,是各行各业必不可少的检测设备,采用电化学法、烘干称量法、蒸馏称量法、光谱法各有长短,而湖南赫西公司自主开发研制的微波测量法有以上产品无法达到的效果,能够快速准确的实现水分含量的测量。不用烘干、不用任何试剂、环保节能快速准确,可广泛的应用于各行各业,其经济效益也十分显著。微波橡胶水分测定仪已在中科院华南橡胶研究所得到了专家及学者的肯定,是最先进最便捷最可靠的。微波橡胶水分测定仪是我国独立完成的自立创新项目,开创了水分测试崭新纪元,已具备了产业化的必备条件,其市场前景被看好。


  新开发的微波水分快速测定仪系列精度高、测量快速、可靠性高、用途广泛,是工矿,科研机构、大专院校实验室、化验室、农业、食品等众多行业微波水分快速测定及精准测量必不可少的测试装备。为了积极走出国门,2015年湖南赫西公司将微波水分测定仪送马来西亚橡胶研究院进行了严格测试并通过测试,成为国际橡胶业首选的天然橡胶干胶含量测试仪器。微波水分测定仪同时在食品、谷物水分测试中得到了广泛应用。


7我国首创非线性化学指纹图谱智能测试技术


  非线性化学指纹图谱智能测试技术是我国首创自主创新测试技术。


  一是非平衡化学原理。该仪器所应用的非线性化学指纹图谱基于非平衡化学原理,而其他各种指纹图谱仪器都是基于稳态或平衡态的物理和化学原理。目前,基于化学非平衡态的中药、天然药物与食品指纹图谱的研究和测试仪器开发国内刚刚起步,国外未见报道。


  二是基于非线性化学振荡反应的热力学和动力学原理。在原理平衡条件下,化学体系中非线性过程的作用可形成化学振荡、化学波、化学混沌和化学版图等非线性化学现象。作为最典型的非线性化学现象,非线性化学振荡反应长期以来已被人们所关注。


  三是基于检测样品指纹图谱的整体性、重现性和特征性。在简化复杂分析问题的基础上达到相同的分析目的,作为食品和药品指纹图谱特点的整体性、重现性和特征性也就成为食品和药品指纹图谱的必备属性。


  传统的食品与药品检测仪器与检测方法,大多数检测时间较长,检测结果的直观性不强且较难辨别,造成广大市民对检测结果的可信度产生误会。


图8 非线性化学指纹图谱智能检测仪(分体机)

湖南尚泰测控技术有限公司


图8 非线性化学指纹图谱智能检测仪(一体机)

湖南尚泰测控技术有限公司


  这项新的检测技术有着十分良好的检测效果,主要表现在:

一是不受相态、形状、成分、配伍、剂型限制;

二是检测过程简单,对检测环境要求不高;

三是检测结果直观明了,一目了然,且检测结果准确,误差只有五千万分之一;

四是检测成本低,一般次检测费用在三万元以下。


该产品的产业化开发,填补了国内外的空白,代表了国内外食品与药品检测仪器的发展方向,有力的推动了国内外食品与药品检测仪器的发展。

  非线性图谱检测技术受到国家有关部门重视,被列入国家“十二五”发展计划项目。

 

二、“十三·五”期间实验室仪器再创辉煌

 

文章篇幅较长

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