从 2001 年匹兹堡会议看分析化学和分析仪器发展的 几个重要动向 金钦汉 (吉林大学 长春 130023) 摘 要 对 2001 年匹兹堡会议作了简要介绍，并讨论了分析化学和分析仪器的 3 个重要发展 动向，即： (1)研究工作明显向应用方面倾斜； (2)分析仪器的微型化、智能化正在加速，微分析系统(μ-TAS)已成气候； (3)大量采用新技术、新方法 关键词 分析化学；分析仪器；发展动向 中图分类号 Q65 TH7 Some Important Development Trends of Analytical Chemistry and Analytical Instruments Seen at PITTCON 2001 Jin Qinhan (Changchun R&D Center for Analytical Instruments, Department of Chemistry, Jilin University, Changchu 130023, P.R. China) Abstract A brief introduction to the PITTCON 2001 was given and 3 important development trends of analytical chemistry and analytical instrument were discussed. That is, (1) the research emphases are moving towards application studies; (2) The minaturization and intellectualization of analytical instruments are speeding up, the μ-TAS is coming into being; (3) A large quantity of novel methods and techniques being adopted. Key words Analytical chemistry; analytical instruments; trends 2001 年匹兹堡会议(PITTC()N)仍在美国南方滨海城市新奥尔良召开。由于美国经济去 年下半年开始进入了明显的衰退期，这次会议无论从论文数量、参展厂商和展位数目及与会 人数等各项主要指标都比去年有所减少(见表 1)。但它仍不失为全世界有关分析化学和分析 仪器的最大的国际会议和展览会。一如既往，PITTCON 200l 也充分反映了分析化学和仪器 的一些最新进展和发展的主要趋势。正如一些与会学者所说"在美国，或甚至在全世界，再 也没有一个类似的会议可以与它相比"，PITTCON 是"世界上同类展览会中最重要的"， "PITTCON 是我获得本年度在仪器工业内将会发生什么信息的一个场所"。事实真是如此， 这次会上不仅论文报告中有许多新思想、新方法和新技术，特别是在微全分析系统和分子质 谱方面。在展览会上也同样看到了许多新产品、新仪器，其中不少都是在其它地方难以见到 的。例如，Mass Sensors 公司的微型质谱仪，MEECO 公司的腔衰荡光谱仪等。由《Instrumenta》
从 2001 年匹兹堡会议看分析化学和分析仪器发展的 几个重要动向 金钦汉 (吉林大学 长春 130023) 摘 要 对 2001 年匹兹堡会议作了简要介绍，并讨论了分析化学和分析仪器的 3 个重要发展 动向，即： (1)研究工作明显向应用方面倾斜； (2)分析仪器的微型化、智能化正在加速，微分析系统(μ-TAS)已成气候； (3)大量采用新技术、新方法 关键词 分析化学；分析仪器；发展动向 中图分类号 Q65 TH7 Some Important Development Trends of Analytical Chemistry and Analytical Instruments Seen at PITTCON 2001 Jin Qinhan (Changchun R&D Center for Analytical Instruments, Department of Chemistry, Jilin University, Changchu 130023, P.R. China) Abstract A brief introduction to the PITTCON 2001 was given and 3 important development trends of analytical chemistry and analytical instrument were discussed. That is, (1) the research emphases are moving towards application studies; (2) The minaturization and intellectualization of analytical instruments are speeding up, the μ-TAS is coming into being; (3) A large quantity of novel methods and techniques being adopted. Key words Analytical chemistry; analytical instruments; trends 2001 年匹兹堡会议(PITTC()N)仍在美国南方滨海城市新奥尔良召开。由于美国经济去 年下半年开始进入了明显的衰退期，这次会议无论从论文数量、参展厂商和展位数目及与会 人数等各项主要指标都比去年有所减少(见表 1)。但它仍不失为全世界有关分析化学和分析 仪器的最大的国际会议和展览会。一如既往，PITTCON 200l 也充分反映了分析化学和仪器 的一些最新进展和发展的主要趋势。正如一些与会学者所说"在美国，或甚至在全世界，再 也没有一个类似的会议可以与它相比"，PITTCON 是"世界上同类展览会中最重要的"， "PITTCON 是我获得本年度在仪器工业内将会发生什么信息的一个场所"。事实真是如此， 这次会上不仅论文报告中有许多新思想、新方法和新技术，特别是在微全分析系统和分子质 谱方面。在展览会上也同样看到了许多新产品、新仪器，其中不少都是在其它地方难以见到 的。例如，Mass Sensors 公司的微型质谱仪，MEECO 公司的腔衰荡光谱仪等。由《Instrumenta》
和《American Laboratory》编辑及记者评出的 PITTCON 2001 产品金奖(Merck KGAA 公司的 Chromlith HPLC 柱)，银奖(Siemens Applied Automation 公司的 Quantra FTICR 质谱仪)及铜奖 (Syagen公司的高通量分子分析仪和Smart Trac公司的微波核磁共振联用系统)也都标志着不 少技术上的突破。 表 1 PITTCON 2000 和 2001 的比较 2000 年 2001 年 与会人数 27670 24970 参展厂商数 1280 1000 展位数 3304 3000 论文数 2198 1900 值得一提的是本届 PITHON 开设了 7 个"工作坊"(workshop)和 13 个专题研讨会，这对 于与会者深入了解有关内容大有好处，值得我国有关学术会议借鉴。 下面就本人在会议期间所见所闻及会后的研究，介绍一下会议所反映的分析化学和分析 仪器发展的几个重要动向。 1 研究工作明显向应用方面倾斜 分析化学的研究，一向是方法和仪器的基础研究和应用研究并重。但随着分析化学的应 用领域向生命有关领域转移，这些领域又向分析化学工作者提出了空前繁多的分析难题，特 别是受人类基因组计划提前完成的鼓舞和后基因组学、蛋白质组学时期的到来，吸引了各方 面分析化学家的共同关注，都想以自己熟悉的知识(方法)在这一充满希望的领域一显身手， 加上产业部门投入到科学仪器 R＆D 的经费增速 超过了政府(美国的情况)，应用研究工作 又比较容易得到更多的资助。因此，从事应用研究的人员和成果明显增加，特别是在生物医 学方面，这从 PITTCON 各分会的主题及其变化情况就很容易看出(见表 2)。 表 2 近 2 年 PITTCON 分会主题的变化 2000 年 2001 年 分会总数 200 212 其中：光谱法 43 16 质谱法 17 12 电化学法 16 6 传感器 15 5 GC 14 5 HPLC 11 14 μ-TAS 0 4 生物医学 42 53 环境 15 科学 15 19
和《American Laboratory》编辑及记者评出的 PITTCON 2001 产品金奖(Merck KGAA 公司的 Chromlith HPLC 柱)，银奖(Siemens Applied Automation 公司的 Quantra FTICR 质谱仪)及铜奖 (Syagen公司的高通量分子分析仪和Smart Trac公司的微波核磁共振联用系统)也都标志着不 少技术上的突破。 表 1 PITTCON 2000 和 2001 的比较 2000 年 2001 年 与会人数 27670 24970 参展厂商数 1280 1000 展位数 3304 3000 论文数 2198 1900 值得一提的是本届 PITHON 开设了 7 个"工作坊"(workshop)和 13 个专题研讨会，这对 于与会者深入了解有关内容大有好处，值得我国有关学术会议借鉴。 下面就本人在会议期间所见所闻及会后的研究，介绍一下会议所反映的分析化学和分析 仪器发展的几个重要动向。 1 研究工作明显向应用方面倾斜 分析化学的研究，一向是方法和仪器的基础研究和应用研究并重。但随着分析化学的应 用领域向生命有关领域转移，这些领域又向分析化学工作者提出了空前繁多的分析难题，特 别是受人类基因组计划提前完成的鼓舞和后基因组学、蛋白质组学时期的到来，吸引了各方 面分析化学家的共同关注，都想以自己熟悉的知识(方法)在这一充满希望的领域一显身手， 加上产业部门投入到科学仪器 R＆D 的经费增速 超过了政府(美国的情况)，应用研究工作 又比较容易得到更多的资助。因此，从事应用研究的人员和成果明显增加，特别是在生物医 学方面，这从 PITTCON 各分会的主题及其变化情况就很容易看出(见表 2)。 表 2 近 2 年 PITTCON 分会主题的变化 2000 年 2001 年 分会总数 200 212 其中：光谱法 43 16 质谱法 17 12 电化学法 16 6 传感器 15 5 GC 14 5 HPLC 11 14 μ-TAS 0 4 生物医学 42 53 环境 15 科学 15 19
2 分析仪器的微型化、智能化正在加速，微分析系统(u-TAS)已成气候 美国《R＆D 杂志》不久前在有关分析仪器的一期专刊上就曾明确以"更小、更巧并带有 更好的软件"作为其副标题，说明微型化和智能化是分析仪器发展的主要方向。这不仅因为 它可·以提高效率，节省开支，实现自动化，而且排污少，是一种"绿色"技术。还可以做到 便携式，利于作现场监测以至作成穿戴式、植入式仪器，便于随时随地观测所要的信息。微 型化的实现当然借助了微电子学、微加工技术(MEMS)、信息技术(如无线通讯、兰牙技术、 白牙技术、GPS 技术)和计算机科学的许多成果。正因为如此，分析仪器的微型化和智能化 取得了十分引人注目的成果。这次会上 Mass Sensors 公司推出的微型质谱仪，重不到 2 公斤， 可测质量数在 1-200 的任何气体。其核心部件(包括离子源、质量分析器和检测器)价格不到 500 美元。由于整机带有无线通讯系统，所以很适于作远距离现场分布式实时监测。微型化 达到及至，就是所谓的"Lab-on-a-chip"或"μ-TAS"(微型全分析系统)。这次 PITTCON 有 4 个 分会是专门关于 μ-TAS 的。μ-TAS 的概念是 80 年代后期瑞士学者 Widmer 和 Manz 提出的， 但实际工作可认为开始于 20 多年前第一台微型气相色谱仪。不过由于气相和固定相间质量 传输问题，该种 GC 的性能并不好，所以并未引起学术界和工业界的重视。真正取得工业化 成功的最初的-TAS 是以毛细管电泳为基础的。现在 μ-TAS 已成为学术界和工业界研究和开 发的重点。有人甚至把它对分析化学以至整个化学的影响与集成电路 对传统电子学和计算机科学的影响相比，认为 μ-TAS 将导致分析化学和合 成化学的一次革命(就这方面而论，也许称它为 μ-lab 或 chip-lab 更合适)。试想 以往需要建一个大实验室用很多仪器设备花几小时以至几天时间才能完成的实 验，现在只需要在一块芯片上花很少的试剂(几纳升)几分钟时间就可自动完成， 这是一种多大的进步!何况随着分子门技术的成熟，聚合物基体材料的应用，多 层芯片实验室已可实现。因此同时在一块芯片上进行几十种以至成百上千种样品 分析或化合物合成也并不是梦想。这对药物开发、疾病诊断、环境保护等无疑具 有不可估量的意义。 3 大量采用新技术、新方法 "PITTCON"就是"PITTCON"。它是世界一流分析化学家展示最新研究成果的一个理想 场所。因此，在每次 PITTCON 上总可看到很多新方法、新技术和新仪器。今年的 PITTCON 也不例外。例如，一种称为 ORIGEN 的电化学发光法可用于各种体液(血清、血浆、全血、 尿等)的分析而不需作任何样品前处理[29]；可作活体细胞中分子氧监测的纳米光学传感器 [90]；用于制做多层芯片实验室的膜门(分子门)技术[109]；检出限可达 10 个病原体的定量生物 芯片实验室(带微流控系统) [112]；可作三维化学反应动力学研究的 FT-IR 化学成像技术[147]； 各式各样的磁珠富集分离技术[172]；用于微流控系统和体内给药的单孔膜[190]；新型的膜进样 质谱法[203]；蛋白质组学芯片[227]；可大量生产并可获高深宽比微通道的新型芯片实验室聚合 物材料 232]；新型扫描电化学显微镜[315]；生物学芯片(biology-on-a-chip)[325]；lab-on-a-bead[1334]； 新型单细胞分析方法[330 ，373]；多模化学成像光谱仪[332]；二维异光谱相关分析[339]；开路 (open-path)红外光谱法[335]；炬内蒸发 ICP 进样系统[365，371]；新型通用 SPR 化学和生物传感 器[388]；波加热 GC 炉技术[414]；多种质语化学成像技术[504，508]；轴向照射激光诱导荧光全柱 成像检测技术[550]；单分子生物传感器和化学显微镜[557]；电子舌[634]；液芯波导测量技术[673]； 离心逆流色谱法[715]；液晶的分析应用[824]；微腔电极[859]；过程分析用中辨率 NMR 谱仪[917]； 傅立叶变换离子回旋共振质语法[960，1335]；红外腔衰荡光谱法[964]；扫描微波显镜[988]：双光 子荧光成像[998]；连续监测用膜萃取术[1061] "；超光谱成像技术[1074，1987p]；集成红外成像显微 镜[1078]；电注入分析[1107]；微型 FTIR 系统[1135]；超快速 GC；有机蒸气的实时微分析系统[1175]；
2 分析仪器的微型化、智能化正在加速，微分析系统(u-TAS)已成气候 美国《R＆D 杂志》不久前在有关分析仪器的一期专刊上就曾明确以"更小、更巧并带有 更好的软件"作为其副标题，说明微型化和智能化是分析仪器发展的主要方向。这不仅因为 它可·以提高效率，节省开支，实现自动化，而且排污少，是一种"绿色"技术。还可以做到 便携式，利于作现场监测以至作成穿戴式、植入式仪器，便于随时随地观测所要的信息。微 型化的实现当然借助了微电子学、微加工技术(MEMS)、信息技术(如无线通讯、兰牙技术、 白牙技术、GPS 技术)和计算机科学的许多成果。正因为如此，分析仪器的微型化和智能化 取得了十分引人注目的成果。这次会上 Mass Sensors 公司推出的微型质谱仪，重不到 2 公斤， 可测质量数在 1-200 的任何气体。其核心部件(包括离子源、质量分析器和检测器)价格不到 500 美元。由于整机带有无线通讯系统，所以很适于作远距离现场分布式实时监测。微型化 达到及至，就是所谓的"Lab-on-a-chip"或"μ-TAS"(微型全分析系统)。这次 PITTCON 有 4 个 分会是专门关于 μ-TAS 的。μ-TAS 的概念是 80 年代后期瑞士学者 Widmer 和 Manz 提出的， 但实际工作可认为开始于 20 多年前第一台微型气相色谱仪。不过由于气相和固定相间质量 传输问题，该种 GC 的性能并不好，所以并未引起学术界和工业界的重视。真正取得工业化 成功的最初的-TAS 是以毛细管电泳为基础的。现在 μ-TAS 已成为学术界和工业界研究和开 发的重点。有人甚至把它对分析化学以至整个化学的影响与集成电路 对传统电子学和计算机科学的影响相比，认为 μ-TAS 将导致分析化学和合 成化学的一次革命(就这方面而论，也许称它为 μ-lab 或 chip-lab 更合适)。试想 以往需要建一个大实验室用很多仪器设备花几小时以至几天时间才能完成的实 验，现在只需要在一块芯片上花很少的试剂(几纳升)几分钟时间就可自动完成， 这是一种多大的进步!何况随着分子门技术的成熟，聚合物基体材料的应用，多 层芯片实验室已可实现。因此同时在一块芯片上进行几十种以至成百上千种样品 分析或化合物合成也并不是梦想。这对药物开发、疾病诊断、环境保护等无疑具 有不可估量的意义。 3 大量采用新技术、新方法 "PITTCON"就是"PITTCON"。它是世界一流分析化学家展示最新研究成果的一个理想 场所。因此，在每次 PITTCON 上总可看到很多新方法、新技术和新仪器。今年的 PITTCON 也不例外。例如，一种称为 ORIGEN 的电化学发光法可用于各种体液(血清、血浆、全血、 尿等)的分析而不需作任何样品前处理[29]；可作活体细胞中分子氧监测的纳米光学传感器 [90]；用于制做多层芯片实验室的膜门(分子门)技术[109]；检出限可达 10 个病原体的定量生物 芯片实验室(带微流控系统) [112]；可作三维化学反应动力学研究的 FT-IR 化学成像技术[147]； 各式各样的磁珠富集分离技术[172]；用于微流控系统和体内给药的单孔膜[190]；新型的膜进样 质谱法[203]；蛋白质组学芯片[227]；可大量生产并可获高深宽比微通道的新型芯片实验室聚合 物材料 232]；新型扫描电化学显微镜[315]；生物学芯片(biology-on-a-chip)[325]；lab-on-a-bead[1334]； 新型单细胞分析方法[330 ，373]；多模化学成像光谱仪[332]；二维异光谱相关分析[339]；开路 (open-path)红外光谱法[335]；炬内蒸发 ICP 进样系统[365，371]；新型通用 SPR 化学和生物传感 器[388]；波加热 GC 炉技术[414]；多种质语化学成像技术[504，508]；轴向照射激光诱导荧光全柱 成像检测技术[550]；单分子生物传感器和化学显微镜[557]；电子舌[634]；液芯波导测量技术[673]； 离心逆流色谱法[715]；液晶的分析应用[824]；微腔电极[859]；过程分析用中辨率 NMR 谱仪[917]； 傅立叶变换离子回旋共振质语法[960，1335]；红外腔衰荡光谱法[964]；扫描微波显镜[988]：双光 子荧光成像[998]；连续监测用膜萃取术[1061] "；超光谱成像技术[1074，1987p]；集成红外成像显微 镜[1078]；电注入分析[1107]；微型 FTIR 系统[1135]；超快速 GC；有机蒸气的实时微分析系统[1175]；
全基因组分析系统[1181]；用于疾病早期诊断的超灵敏溶液相单分子和单纳米粒子检测[1216]； 一次性小管固相萃取[1222]；傅立叶变换微波谱仪[1249]；非水溶剂芯片验室[1343]；电化学调制 波导干涉计[1350]；双脉冲激光诱导击穿光谱法[1399]；手持式 SPR[1891p]；用喷墨技术制生物芯 片[1962p]；基因传感器芯片[1963p]；ppq 水平分析技术[1976p]；手持式 FRIR 仪[1996p]；现场分析用 道分光光度计[2202p]；水中农药检测新技术[2203p]，BOD 连续监测仪等等
全基因组分析系统[1181]；用于疾病早期诊断的超灵敏溶液相单分子和单纳米粒子检测[1216]； 一次性小管固相萃取[1222]；傅立叶变换微波谱仪[1249]；非水溶剂芯片验室[1343]；电化学调制 波导干涉计[1350]；双脉冲激光诱导击穿光谱法[1399]；手持式 SPR[1891p]；用喷墨技术制生物芯 片[1962p]；基因传感器芯片[1963p]；ppq 水平分析技术[1976p]；手持式 FRIR 仪[1996p]；现场分析用 道分光光度计[2202p]；水中农药检测新技术[2203p]，BOD 连续监测仪等等