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郭冬发力促国产质谱仪器发展——访核工业北京地质研究院分析测试研究所所长郭冬发

仪器信息网 2013/12/31 09:30:21 点击 2304 次
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[导读] 郭冬发目前担任核工业北京地质研究院副总工程师兼分析测试研究所所长一职。在2013年11月召开的全国无机及同位素质谱会议上,郭冬发向与会人员呼吁一定要多使用国产质谱仪器,当时给笔者留下了深刻的印象。

  核工业北京地质研究院分析测试研究所是全国拥有最全面的无机质谱仪器的单位之一,早在上个世纪70年代末期,核工业北京地质研究院就开始了质谱技术的应用研究,在这个领域有着深厚的技术积淀。如今每年核工业北京地质研究院分析测试研究所承接的来自全国各地及国外的样品量达到10万件。

  郭冬发目前担任核工业北京地质研究院副总工程师兼分析测试研究所所长一职。在2013年11月召开的全国无机及同位素质谱会议上,郭冬发向与会人员呼吁一定要多使用国产质谱仪器,当时给笔者留下了深刻的印象。

  日前,仪器信息网(www.instrument.com.cn)编辑专程采访了郭冬发,请他为我们介绍了他目前的主要研究工作,质谱技术在核地质分析领域的应用情况,以及对于国产质谱仪器发展的看法和建议。

核工业北京地质研究院分析测试研究所所长郭冬发

  30年来始终聚焦于无机质谱在地质分析领域的应用

  1984年,郭冬发进入大学学习分析测试,毕业后就一直在核地质分析领域工作,其中2003~2005年,曾任国际原子能机构武器核查专家。30年来,他从事的技术工作涉及电感耦合等离子体发射光谱与流动注射及氢化物发生联用技术、α&γ能谱分析技术、电感耦合等离子体质谱技术、微粒同位素分析技术、激光诱导击穿光谱技术、热电离飞行时间质谱技术、激光飞行时间质谱技术、分析方法标准化和标准物质研究等,主要研究对象为镧系和锕系元素。

  从2001年开始,郭冬发负责核工业北京地质研究院分析测试研究所的工作。目前他主要致力于质谱技术在核地质分析中的应用方法开发及质谱仪器研制。“我们的目标是提供从采样、碎样、制样、到分析检测、数据处理的一揽子的解决方案。要采哪些代表性样品、采完以后如何制样,要用哪些仪器去分析,测完以后得到的数据该如何解释,这些数据能说明什么问题,整个流程都是我们需要研究的对象。我们希望能在核地质分析领域提供更全面和专业的服务。”郭冬发说。

  由于在核地质分析当中常常有一些特殊要求的分析任务,商品化仪器不能完全满足要求。郭冬发便通过采购国内国外多种质谱整机和零部件集成,辅以自行设计的软件和方法来搭建所需要性能的仪器。他说:“我们用于样品分析的仪器往往是买、攒、租、造,样样都有可能。只要国内厂家有适合我们用的质谱仪或关键部件,我们都有可能试试。广州禾信、江苏天瑞都为我们提供了质谱产品,性能还不错。”

  尽管郭冬发及其团队研发了分析测试专用试剂和多款新型仪器,并且在自己的实验室用得不错,如微量铀分析仪专用试剂、镭氡分析仪、核质谱仪,还有专门用于同位素分析制样的前处理装置等等。不过这些仪器都是由核工业北京地质研究院自己的公司进行产业化对外销售,并没有与专门的仪器公司进行合作。

  郭冬发说:“其实历史上,我们也尝试过技术转让,但从来都没有成功过。一方面是由于国有单位的体制限制,另一方面企业的诚信也是一个问题。现在我们与企业的合作,主要以技术服务为主。如果有一天单位体制改革,大环境变了,科研院所的力量都释放出来,那影响将会非常大。”郭冬发说。

  微区原位、高灵敏度、高通量、元素形态分析——地质样品分析的新挑战

  在郭冬发近30年的从业时间里,无机质谱技术经历了飞速发展。郭冬发说:“ICP-MS从问世到现在已成为了一种常规的分析测试手段,同XRF结合是地质领域解决无机元素分析的最佳组合。热电离质谱技术在同位素测量的灵敏度和分辨率方面的提升,很好地促进了同位素地质年代学的发展。气体同位素质谱仪在碳(C)、氮(N)、氧(O)、硫(S)、氩(Ar)等同位素比值的精确测量方面也有着特别的优势。”

  那么目前核地质分析领域还有哪些亟须解决的问题呢?郭冬发说:“主要是固体样品微区原位分析,以及高灵敏度、高通量分析。因为过去主要是地表找矿,采用简单的伽马辐射仪就能实现。而现在这种类型的矿在地表很难找了,只能往深处探测,或者捕捉地表土壤的微弱信息,这就需要依靠高灵敏度、高通量的检测手段。”

  “另外元素形态分析也是一个难题,比如固体样品中六价铀和四价铀的分析,现在还主要采用半实验半推理的方式进行检测。”郭冬发说。高灵敏度、高通量本身就是质谱分析的强项,ICP-MS进行元素形态分析已有很多成功案例,但以水溶液样品为主。在未来的发展中,质谱技术将在地质分析领域发挥更大的作用。

  地质行业是无机质谱应用的重要领域,却难见国产质谱仪

  随着无机质谱技术的发展,地质领域已经成为了质谱仪器应用的重要领域之一。 “从仪器的贡献来说,在我们实验室里,虽然样品中微量元素和同位素的量不到1%,但测量需要质谱仪器来完成。我们通过质谱分析获得的收益占实验室总收益的50%以上。而从市场占有率来说,现在电感耦合等离子体质谱、热电离质谱、稳定同位素质谱、高灵敏高精密度二次离子质谱等无机质谱分析技术在地质领域的市场份额最大,而且质谱仪价格较高。另外核燃料检测也是质谱仪需求的重要领域之一。” 郭冬发说。

  尽管如此,但多年以来,我国质谱仪器,尤其是无机同位素质谱仪器在这个领域的数量却很少。而作为一家涉“核”单位,核工业北京地质研究院在进口质谱仪器的采购中受到诸多限制。好在我国一些单位已经能生产包括四级杆、飞行时间和磁质量分析器类型的质谱仪了。郭冬发团队自己研制的质谱仪整机和样品前处理装置等也在他的实验室发挥重要作用。郭冬发说:“进口仪器价格贵,维修也不到位。我们特别希望国产质谱仪器能够发展起来,将我们实验室的仪器逐步更新成性能优良的国产仪器。”

  2012年天瑞仪器在国内首次推出了ICP-MS。核工业北京地质研究院购置后进行日常检测,据介绍,预计明年就能收回成本。 “只有国产仪器强大了,我们才不至于太被动。”郭冬发说道。

  以“补贴”的形式促进更多用户使用国产仪器

  其实我国早在上个世纪60年代就推出了同位素质谱仪,之后不断有科研院所和企业单位参与到质谱仪器的研发和生产当中,并取得了一定的成绩。当前国家也对于质谱仪器的开发投入了大量的资金支持。对于国产质谱仪器发展存在的问题,郭冬发说:“现在大家都想做整机,而质谱仪器所需的关键零部件缺少专业厂商,尽管已经有少数单位开始做这个事情,但真正要将整机做好,离不开零部件的性能提升。同时做整机对人力、物力的要求也高。”

  “中国质谱仪器发展面临的另一个重要问题是市场化部分做得不好。仪器只有在用户的使用当中,发现问题、解决问题,才会进步。所以如果能有更多的用户使用国产仪器,对于仪器的改进帮助会更大。”郭冬发说道。

  “现在政府对国产仪器的发展给予了大量的资金支持,但是如果能将部分资金,按照类似家电下乡的政策,对采购国产仪器的用户给予一定的补贴,扩大国产仪器的用户量,从用户的角度推动国产仪器的发展,可能更有效。可以按照仪器最终的市场销售情况,给予‘出生’的仪器而不是仪器的‘父母’进行补贴,这样对于推动国产仪器发展效果或许更好。”郭冬发说道。

  按市场配置资源,国产仪器发展的新机遇

  十八届三中全会提出了要让市场在资源配置中起决定性作用,郭冬发认为这将是国产仪器发展的一个好机会。他说:“以前有许多单位在仪器采购中‘不差钱’,重要原因之一是因为其资金主要靠政府财政资金支持。今后或许会减少发包项目式的资源配置,而会更加注重通过市场配置资源。这对企业来说是个新机遇。”

  “现在有些单位过分关注发表文章。其实,当前我国缺的不是论文,我们发表的论文总数已达到世界第二位,我们缺的是论文背后实实在在能发挥作用的东西。如果通过市场来配置经费,想必大家会在科研成果的转化方面做更多的努力,用户购置仪器就会理性很多,这样国产仪器的市场机会才能更大。”郭冬发说。

采访编辑:秦丽娟

  附录1:郭冬发个人简历

  郭冬发(1965年1月生),1984年毕业于东华理工大学分析系,1989年获核工业北京地质研究院核地质分析专业工学硕士学位,2005年获中国原子能科学研究院核燃料与材料分析专业工学博士学位。现任核工业北京地质研究院副总工程师兼分析测试研究所所长、二级研究员级高级工程师、博士生导师、分析测试学科带头人、中核集团地矿事业部分析测试技术项目总地质师。兼任中国计量测试学会地矿实验分会副主任、全国核能材料标准化技术委员会委员、全国国土资源标准化技术委员会委员等职。主要经历如下:1984~1986年在东华理工大学任助教,主要从事电感耦合等离子体发射光谱教学与实验工作;1989年加入核工业北京地质研究院至今,先后任课题负责人、室副主任、室主任等职,其中,2003~2005年,任国际原子能机构武器核查专家。主要技术领域涉及电感耦合等离子体发射光谱与流动注射及氢化物发生联用技术、α&γ能谱分析技术、电感耦合等离子体质谱技术、微粒同位素分析技术、激光诱导击穿光谱技术、热电离飞行时间质谱技术、激光飞行时间质谱技术、分析方法标准化和标准物质研制等,主要研究对象为镧系和锕系元素。获省部级科技进步奖十多项,公开发表论文六十多篇,获专利十多项,制定各类标准十多项。现致力于核地质分析测试技术研究与应用开发,力推国产质谱仪器的发展。

  附录2:核工业北京地质研究院分析测试研究所(核工业地质分析测试研究中心)

  http://www.albriug.com

  核工业地质分析测试研究中心是以核能材料、放射性标准物质、地质矿产和环境分析测试技术研究与服务为主的综合性检测实验室技术机构,也是核工业地质行业的仲裁分析测试实验室,研制和保管着天然放射性成分分析国家一级标准物质,具有国家计量认证资质认定证书和国家实验室认可证书。

  目前,核工业地质分析测试研究中心共有职工80多人,其中教授级高级工程师6人、博士和硕士学位获得者33人、国家一级计量师2人。研究所拥有完整的样品加工、元素分析、同位素分析、核素分析、微区成分鉴定和有机物分析实验设施和仪器设备。多年来,研究所在铀矿地质分析领域取得众多重要科研成果,并成为国家或行业标准推广使用。秉承分析测试研究所雄厚的人才和装备优势,核工业地质分析测试研究中心实施现代化管理,在实验室信息管理系统(LIMS)辅助下,按照国际标准ISO17025的要求规范运作,为客户提供优质服务。

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