吉天儀器：產學合作培育市場技術領先至少5年

【導語】每屆BCEIA，北京吉天都會展出幾款新儀器，這些新產品讓客戶耳目一新，而且多是國內首創乃至國際首創。吉天的DCMA-200型直接進樣汞鎘測試儀再次榮獲本屆BCEIA金獎，這是成立13年的吉天第5次獲BCEIA金獎。而吉天的董事長劉明鐘先生總是微笑著站在展臺前，興致勃勃地親自給客戶們介紹儀器。接下來，劉總將分享吉天多年來“產學研用”的心得，并介紹DCMA-200直接進樣汞鎘測試儀、SA-30型原子熒光形態分析儀、UPBS-2000型超微量掌上生化光譜儀幾款新產品，希望對所有關注吉天的朋友們有幫助……

左：北京吉天儀器的董事長劉明鐘先生，他手持的是吉天新品 UPBS-2000型超微量掌上生化光譜儀；右：分析測試百科網總經理卞利萍女士

產學合作秘訣：相互尊重 快速把科研成果商品化

　　吉天以及劉明鐘本人和科研院所的合作一直是行業佳話，比如早期和原子熒光發明人郭小偉先生的合作；和方肇倫院士在流動注射方面的合作；和大連化物所關亞風研究員合作推出的快速溶劑萃取儀；和方群教授合作剛推出的超微量掌上生化光譜儀。據了解，吉天還在和清華大學、廈門大學、浙江大學等多個高校院所合作，接下來還有很多成果要推出。

　　事實上，業界很多公司和科研院所合作，雙方都碰到重重困難。吉天到底有什么法寶呢？劉總微笑著道出幾大秘訣：

　　1、要有一雙慧眼，先從文獻中找原創

　　2、產品開發速度一定要快

　　3、相互尊重很重要，產品開發成功后大力宣傳科研院所的原創成果

　　劉總表示，自己認識很多科研院所的專家都是從看他們的文獻開始的，找到有自主知識產權、原創的科學成果，然后和這些專家認識。發現這些原創的成果后，科學家們最期望的往往不是金錢，而是盡快地開發出產品推向市場。所以，要充分尊重科研院所專家們的原創成果，同時要有充分的認識和準備——這些成果的工藝和生產制造要靠公司的技術人員解決。

　　劉總上世紀80年代在北京地質儀器廠工作時，和原子熒光發明人、西北有色地質研究院郭小偉先生合作，已積累了豐富的合作經驗。當時，郭小偉先生發明了斷續流動(IF)替代流動注射(FIA)，解決了原子熒光的管道記憶問題。最早配套的10臺斷續流動儀是郭小偉課題組制造的，為了提高進樣精度，蠕動泵電機采用細分技術。該課題組研究水平很高，但工藝水平相對較低，因此提供的配套儀器故障率較高。后經雙方協商，由劉明鐘課題組接產，以過量進樣確保定量進樣，省掉細分設計，降低了制造成本，改進電路、機械設計和工藝，產品質量穩定可靠。郭小偉課題組是研究人員，而劉明鐘課題組是工程設計人員。斷續流動從研發到穩定生產的過程，是研究員和工程師成功合作的范例。

　　后來，劉總創辦了北京吉天儀器公司，2002年和方肇倫院士合作，僅用半年就研制成功順序注射氫化物發生的原子熒光，具有使用方便（可自動在線配制標準曲線、可自動在線稀釋高濃度樣品、可方便調控試劑的比例）、樣品消耗量最小（可在0.1mL條件下測量）、定量精度極高的特點，這一ZL技術保證吉天公司的原子熒光8年時間以技術領先優勢占據高端市場。

　　十五科技攻關課題“全自動多路加溫加壓快速溶劑萃取儀”是由中科院大連化物所關亞風研究員承擔的課題，他經過詳細認真調研，最終選擇吉天公司作為該課題研發和產業化的合作伙伴，這時離課題驗收僅剩下一年時間。吉天項目組按時圓滿完成了攻關任務，并順利推出商品化的APLE-2000型全自動快速溶劑萃取儀，獲得市場高度好評。

　　不久前，浙江大學方群教授在國家杰出青年基金項目微流控技術上的研究成果，也選擇了和吉天合作，本屆BCEIA上，吉天推出了世界上第一臺超微量掌上生化分析儀UPBS-2000。國際上超微量紫外的生產廠家很多，但大多采用Robertson博士不用比色皿的NanodropZL。方群教授開發了具有自主知識產權的液芯波導ZL技術，和吉天合作推出的UPBS-2000，耗樣量更少，5秒內測定核酸、蛋白質純度，體積更小，可以便攜。

　　劉總再次表示：“除了以上這些合作成果，我們和科研院所正在進行的研發合作還有很多。比如DBD（介質阻擋放電）應用于快速測定的原子熒光；能夠達到ICP-MS靈敏度的原子熒光形態分析儀等。這些優秀的科學家事業心都很強，他們更渴望的是快點兒把成果真正變成穩定可靠的產品。我想，我們在合作中成功做到了：快速做出產品對社會有效益，特別尊重他們，宣傳上突出科學家們的成果。這些也許就是吉天吸引這些具有原創成果的科學家們的魅力吧。”

創新方法：建立分析化學高端人才領頭的課題組

　　吉天公司剛成立的前三年，主要是解決生存問題；之后的發展階段，首先考慮的就是建立什么樣的人才團隊。劉總談到這里很有心得，“我本人學物理，80年代末90年代初，我曾4次到德國PerkinElmer公司短期工作，和國外同行在原子熒光方面開展合作研發。這期間我得到最大的啟發就是：這些公司有一個分析化學家為技術挑頭的博士研發團隊，而不是工程設計人員。這些化學家搞應用開發、創新思維，而工程技術人員是為他們的創新服務的。”

　　深受啟發后，他說干就干，80年代末劉總還在海光時，就開始招分析化學的碩士帶頭搞研發。創辦吉天后，從2004年開始，專門招名牌大學分析化學的博士。目前北京吉天有三個專業的儀器研發組：一個組是北大化學博士帶頭；一個組是清華有機化學博士帶頭；第三個組是一個能力很強的化學碩士帶頭。每個組大概有8-10人，一個人負責一個題目，7、8個人就能開展7、8個項目的研發。

　　那么如何穩定住這些人才？劉總表示：“必要的薪酬水平是一定要的，但這并不是打動人才最重要的條件。我本人搞了一輩子技術，知道有想法的年輕技術人員，他們需要什么，你要給他創造條件讓他有奔頭，支持他們的創新思維，要有好的項目、好的發展。”物理出身的劉總帶頭支持研發團隊由分析化學人才領頭，支持他們的研發設想，這種方式很快獲得了成效。在有限的投入下，每兩年BCEIA吉天都有新成果出來；過去獲得的BCEIA金獎、CISILE自主創新金獎，都少不了他們的功勞。

　　“這是我最大的一個成功。”談到此，劉總非常自豪：“我是搞技術出身的，比市場、打價格戰我比不過人家，但我們卻可以保證技術領先市場5-10年。吉天還有很多技術儲備，很多技術領先的成果會在不久后問世。這就是吉天的特色。”

吉天的固體進樣技術將為開發新型原子吸收儀提供技術保證

　　 1972年地質系統第一臺原子吸收正是劉明鐘先生帶頭研制出來的。創辦吉天后，雖然和多位原子吸收專家都有合作，但劉總一直不做原子吸收，他說：“如果沒有特色，不如不做，吉天在市場上致勝只能憑技術，絕不會低價搶市場。”

　　劉總還告訴我們一個消息：吉天的ZL固體進樣技術已經成功應用于原子熒光，這項ZL將為吉天研發具有技術特色的原子吸收提供保證。

　　傳統的石墨爐固體進樣原子吸收，需用石墨管固體進樣，用幾千瓦的大銅板供電才能升溫到2000-3000度，降溫必須用水冷，無法做到快速分析。而吉天的ZL固體進樣采用多孔石墨加熱器件，功率只需300-500瓦，最高溫度就可升到2900度；而功率小就可以快速降溫，完全無需水冷，連風冷都不需要，可以真正實現快速進樣。

市場開拓：先解決行業應用問題 再進入標準

　　獨創性的技術、全新的產品品類有可能為企業帶來持續的增長，但要實現這一點，還需在市場培育和推廣方面下大工夫。不管是吉天以前的原子熒光、流動注射，還是新推出的固體進樣原子熒光、超微量掌上生化分析儀，都需要市場開拓，吉天是如何做到的呢？

　　劉總也傳授了非常樸實的兩點經驗：

　　1、先解決某細分行業的應用問題；

　　2、努力進入各行業的標準，打開產品更大的應用市場。

　　比如上世紀80年代，劉總在原單位和郭小偉教授合作，原子熒光先在地質部門打開了應用市場，獲得廣泛認可。隨后地質部門需求基本飽和后，欲在食品安全、環保等領域應用時，首要一步就是建立新的方法標準。這種規律為今后我國原創發明的儀器開拓市場提供了很好的借鑒。

　　1993年，衛生部食品衛生監督檢驗所楊惠芬研究員，聯合北京衛生防疫站等4家單位向衛生部申請立項，制定食品中As、Sb、Ge等7個重金屬元素的原子熒光檢測方法標準。衛生部批準立項，但僅下撥8000元制標經費，根本不夠。當時的年代，劉總課題組工資發放都有困難，劉總就將難題反映到中國分析測試協會，常務理事長楊化先生立即批準貸款20,000元，用于制定食品中As、Sb、Ge等7個重金屬元素的原子熒光檢測方法標準。制標過程十分順利，1994年12月獲得國家標準委員會審查通過。1995年初，借助國家標準委員會審查通過的東風，加強宣傳力度并初見成效，僅1995年在食品系統就銷售了幾十臺儀器。到2004年這批標準方法公開發布時，原子熒光光度計市場局面已經發生了根本變化。這是中國分析測試協會幫助成功開拓原子熒光市場的典型案例，在分析界佳話流傳十幾年。

　　為開拓環保市場，1994年，劉明鐘課題組分別向環保總站和遼寧環保局送出原子熒光儀試用，由他們先后制定了環境樣品原子熒光推薦方法、規定方法。為原子熒光在環保系統的普及、推廣打下了基礎。30多年來，已經陸續發布國家標準、行業標準近百項，國際標準(全部是原子熒光測汞)10多項。正是這些標準的建立，助推原子熒光儀普及和推廣，使之成為我國實驗室的常規分析儀器。

　　2011年是“十二五”開局之年，科技部在全國啟動了53個儀器開發重大專項，由吉天公司牽頭，聯合清華大學、廈門大學兩所大學和不同行業的八個權威應用單位，獲得了以固體進樣為核心技術的現場、快速重金屬檢測項目（“用于現場、快速、準確測定的原子光譜分析系統”）。2013年1月，“DCD-200直接進樣測鎘儀/DCMA-200直接進樣汞鎘測試儀”在北京順利通過新產品鑒定。

“DCD-200直接進樣測鎘儀/DCMA-200直接進樣汞鎘測試儀”在北京通過新產品鑒定

　　不久后湖南爆發“鎘大米”事件，該新產品大顯威力。2013年9月湖南省糧食局邀請3家國外企業、吉天1家國內企業，到長沙現場“打擂臺”測試含鎘大米，要求儀器和方法快速準確。最后，吉天的直接進樣測鎘儀測定速度最快、精度最高，目前已售出幾十臺。公司正在和糧食系統的專家們合作建立方法標準。

　　劉總還特別提到了這個重大專項：“科技部這個專項給得很好。項目共計2660萬，我們和合作研發單位開發儀器和方法，我們給8家應用單位每家100萬，他們負責在各個領域推廣、建標準。我們還將繼續開發直接進樣測定砷、鉛的儀器和方法，很快將滿足環保部門對As、Pb、Hg、Cd四大有害元素的快速測定要求。”

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3款重量級新品一覽

　　接下來，劉總為我們介紹了吉天這次在BCEIA帶來的三款重量級新品。

DCMA-200型直接進樣汞鎘測試儀

　　該項目榮獲“國家重大科學儀器設備開發專項”支持，目前有兩項原創ZL技術；國內ZL：ZL 201020259644.X，國際ZL：PCT/CN2010/075178。

　　DCMA-200是一臺獨創的直接、快速、準確的光譜分析儀器，基于電熱蒸發原子熒光光譜法，無需任何樣品前處理，可將樣品直接放在樣品舟中分析測量，可直接分析液體、粉末狀固體、纖維、膏體、污泥、膠狀液體中的汞（Hg）和鎘（Cd）。具有適應野外、現場應急監測環境的特殊設計，低能耗、無需任何化學試劑、快速檢測（3-5分鐘），無任何廢液、廢氣產生，保護環境。

　　DCMA-200主要應用范圍是，農產品：糧食(大米，小麥等)、蔬菜、水果；環境樣品：凈水/污水、土壤、底泥、固廢；食品/輕工：香煙、加工食品、織物、皮革。

　　其工作原理為：空氣氣氛下，樣品在石英管式爐中被加熱，分解物進一步被空氣載帶進入管式催化燃燒爐中，汞(Hg)被有效分離出來，后被鍍金石英砂選擇性捕獲形成金汞齊；經過加熱處理的樣品，被置于碳素裂解爐中加熱，此時樣品中鎘(Cd)以及有可能殘余的Hg都被汽化蒸出，蒸出物首先經過一級鎢絲原子阱，原子態鎘(Cd)被選擇性的捕獲在鎢絲上，汞(Hg)則被置于鎢絲原子阱后的鍍金石英砂管捕獲；之后，先后對鎢絲、鍍金石英砂管加熱，Cd、Hg先后被蒸出，載帶至原子熒光光譜儀(AFS)中分別分析檢測。通過鎢絲原子阱、鍍金石英砂管這兩種選擇性高的原子阱，實現了樣品中復雜基體與待分析元素的有效分離，實現了樣品中Hg、Cd的直接檢測。

DCMA-200型直接進樣汞鎘測試儀

　　劉總還津津樂道地回顧了產品的研發過程。北大畢業的劉博士項目組攻關固體進樣原子熒光技術，受到金絲汞齊捕集、主動富集樣品去除干擾（傳統去干擾都是用基體改進劑被動去干擾）的思路啟發，就想將此思路用在其它元素測定上。

　　項目組成功開發出鎢絲原子阱，主動選擇性捕集鎘，然后再加熱蒸出測定。該成果在全球也是首例，在國內、國際均成功申請了ZL。

　　在加熱器件方面，項目組最初用民用浴霸中采用的石墨纖維做電熱器件，加電發熱；但后來發現石墨纖維掉渣。后來請教北大的同門師兄，采用強度更大、表面積更大的多孔石墨，攻克了加熱材料“掉渣”的難關。同時，用多孔石墨材料加熱，功率小，可以實現固體樣品快速測定；這項技術未來還可支持更多的產品開發。

　　在使用方便性上，項目組又花了1-2年攻克難關。由于多孔石墨不能模具加工，必須先做出石墨棒，再機加工做出石墨舟、裂解管（加熱管）。測定時，只需稱量樣品放在石墨舟里，再把石墨舟放在裂解管里加溫原子化。

　　據劉總介紹，公司已攻克固體進樣測定砷和鉛的技術難關。而能夠同時快速測定As、Pb、Hg、Cd的儀器，就能完全滿足環保部門快速檢測的要求，未來市場潛力巨大。

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SA-30型原子熒光形態分析儀

　　

SA-30型原子熒光形態分析儀

　　該儀器研制獲“國家重大科學儀器設備開發專項”支持，其創新點為：

　　1、建立了以整體柱為核心的低壓分離體系，同一根色譜柱可分離As、Se、Hg三種元素的形態，實現儀器的小型化。

　　2、可實現As、Se形態的同時測定，提高了分析效率；由于柱壓低，可使用梯度淋洗，大幅縮短分析時間，提高分析速度，改善峰形；

　　3、采用特殊紫外處理器，消解效率高，無需輔助氧化劑，抗有機溶液和基體的干擾能力強，儀器體積大幅縮小，適合于現場使用；

　　4、配套的提取部件可在30min內實現8個樣品的同時自動提取和凈化。

　　劉總談到，國際上用ICPMS做元素形態分析，但ICPMS購買和使用成本都很高，占地面積大，無法帶到現場。原子熒光目前的技術開發潮流就是小型化、可帶到現場測定；原子熒光形態分析技術是吉天的長項，而SA-30正是小型化原子熒光形態分析儀。這次展出的是樣機，今后的外形還會更小巧、美觀。

　　SA-30上有兩大核心技術。第一個是采用整體柱技術實現分離部分的小型化，而且由于整體柱更短、柱壓低，只需低壓泵即可分離，而且不再有漏液問題。只用一根整體柱，即可分析汞（Hg）、砷（As）、錫（Sn）三種元素形態。

　　第二項新技術是采用紫外消解。以前文獻報道的紫外消解使用一個紫外燈，把樣品管纏繞在紫外燈外面，那么照射消解時只能照到樣品的一面，消解效率很低。吉天的項目組發明了新型紫外消解燈，讓樣品管穿過紫外燈，實現了360度無死角照射，消解效率整整提高了一個數量級。這項技術未來的前景無比廣闊，因為這樣高的消解效率，根本無需再使用硼氫化物，只需水樣，紫外消解后即可實現原子化。

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UPBS-2000型超微量掌上生化光譜儀

UPBS-2000型超微量掌上生化光譜儀

　　該產品是和浙江大學方群教授合作的成果，產品特色為：

　　1、具有完全的自主知識產權。

　　2、采用世界先進的液芯波導技術，高效利用液芯波導管的光學性質，可對核酸、蛋白質等樣品的純度進行快速（5秒內）定量分析和評價，重現性好；

　　3、配置有大容量充電電池、外置充電器、車載電源，輕巧耐用，還可采用USB供電方式，可支持臺式機和筆記本電腦；真正實現紫外分光光度計的微型化、便攜化、智能化。

　　劉總介紹說，UPBS-2000型超微量掌上生化光譜儀/超微量紫外的新穎之處在于：采用液芯波導技術，體積在整個國際市場上都是最小的，國際上其它超微量紫外都需平放檢測，而UPBS-2000平放手持均可。第一代儀器使用大屏幕、手持測定，穩定可靠，便于維護；今后在穩定可靠的基礎上，還將考慮集成移液功能，體積更小，實現分光系統的全紫外波長檢測等。