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    古老而又年輕的技術 電化學發展趨勢展望

    2020-09-29

           一、我國電化學發展歷程
      
      電化學分析技術是一項古老而又年輕的技術,起源于1791年意大利醫學教授發現金屬可使蛙腿肌肉抽縮的“動物電”現象,1800年伏特制成第一個實用電池,開啟了電化學研究的新時代。經過2個多世紀的發展,電化學技術取得的成就舉世矚目,極大地推動了科學的進步和社會的發展。中國改革開放40多年來,電化學技術快速發展,逐漸成為化學、生命、材料、物理、能源、交通、環境和信息等領域的廣泛分析工具,對國民經濟、國防建設、科學研究等有著至關重要的意義。
      
      在20世紀80年代中期以前,我國的電化學分析基礎方法已經建立起來,電化學儀表主要采用靜電計管作為輸入級,以指針式顯示測量值的電化學儀表,如酸度計、自動電位儀、方波極譜儀、伏安和循環伏安儀等,制造廠商有上海雷磁、延邊無線電廠等。從20世紀80年代中期到90年代初期,隨著電子技術的發展和計算機的普及,我國開始研究電化學儀器的計算機控制技術和數據處理技術,如“雷磁”研制的電化學儀器開始采用計算機技術,電站水質分析儀系列榮獲“國家推薦產品”稱號,并圓滿完成了國家“95”攻關項目電站水質分析儀系列產品計算機系統項目。90年代中期,我國的研究者在電化學分析化學理論和實驗方法及測試技術方面進行了深入研究,我國的電化學儀器技術進一步發展,在專用和常用儀器方面,出現了一批我國自主研發生產的儀器,標志著我國電化學分析儀器工業已經具有一定規模的研究、開發和生產能力。到90年代末期,電化學工作站的研制,標志著我國已經完全掌握了電化學儀器技術。從90年代末期到21世紀,隨著嵌入式微型計算機和網絡技術的發展,電化學分析儀器逐漸向智能化、信息化、微型化、集成式發展,電化學和電分析的技術和方法也更成熟,國內很多企業和研究機構進行了相關電化學儀器的研制和試制,特別是芯片技術、超微電極、多通道技術、聯用技術等均得到了深入的發展,標志著我國電化學技術達到國際水準。
      
      二、我國電化學分析技術和產品發展歷程和特點
      
      與典型化學分析方法相比,電化學分析法具有高靈敏度、高準確度、寬測量范圍、易操作、高自動化程度、低誤差等特點。我國的電化學基本儀器(PH計、離子計、電導率和溶氧儀),大致經歷了以下4個發展階段:
      
      第1代電化學儀表:采用靜電計管作為輸入級,用指針式電表顯示測量值的電化學儀表。
      第2代電化學儀表:采用運算放大器和A/D轉換集成電路,用電位器調節進行校準的電化學儀表。
      第3代電化學儀表:在第2代基礎上,將一些標準數據儲存在芯片中,采用軟件技術進行自動校準,具備一些智能化功能的電化學儀表。
      第4代電化學儀表:以多參數儀表為設計對象,硬件材料和操作模式更人性化和簡單化,配套操作軟件和配件,組成單參數、雙參數或多參數的系列多功能多模塊的電化學儀表,典型代表為雷磁DZS-708L多參數分析儀。儀器多以集成式、功能化、微型化和便攜式為主要特點,如雷磁DZB-718L便攜式多參數分析儀。
     圖1 我國電化學發展階段(以雷磁產品為例  
      目前,雖然我國的電化學儀器很多技術和儀器可以達到國際水平,但是也有一些問題亟待解決。例如部分電化學儀器的一些基礎部件和設備,在國內根本很難找到合格的加工企業,只能引進國外的設備和材料,導致生產成本較高;我國的電化學中低端產品生產線比較全面和豐富,但是高端產品線還需完善和改進。除此之外,若要成為電化學技術專家,做這個行業的國際標桿,國內企業的管理水平和創新水平,均有待于提高。
      
      三、未來電化學技術與產品的發展趨勢
      
      21世紀是高新技術和網絡信息化的時代,我國電化學技術的發展重點將圍繞科研、生產、人類環境三大領域需求,向綜合、聯用、信息網絡化發展,同時更趨微型化、集成化、自動化和智能化。重點開發的產品以技術含量高的中高端產品為主,用于水質檢測、食品和藥品檢測、質量控制、人類健康和環境檢測等多領域??焖?、準確、穩定、安全、環保、便攜、簡單等將成為電化學產品的設計宗旨。
      
      四、“雷磁”發展歷程和代表性電化學產品
      
      “雷磁”作為上海儀電科學儀器股份有限公司的自主品牌,創立于1940年,作為中國第一臺pH計和第一支玻璃電極的誕生地,在科學儀器發展的道路上,已逐漸成長為電化學分析儀器領域的領軍企業。
      圖2 中國科學儀器行業泰斗朱良漪先生為“雷磁”題詞
      
      
      1940年,榮仁本先生在永嘉路229弄8號設立雷磁電化研究室,從事于小型電化研究工作,制造涂料電阻,并開始電化學儀器的研制。
      圖3 電化學研究--電阻算尺和第一臺pH計
      
      1953年,改名為雷磁電化儀器工業社,遷至威海路12弄14號,生產玻璃電極、酸度計。
      
      1956年,雷磁電化儀器工業社在大合營高潮中被批準為公私合營,公私合營成立雷磁儀器廠。
      
      1966年,改名為上海第二分析儀器廠。
      
      1981年,在工商正式注冊“雷磁”商標。
      
      1983年,恢復“上海雷磁儀器廠“廠名。
      
      2001年,按上海精密科學儀器公司實體化工作要求,變更為上海精密科學儀器有限公司雷磁儀器廠。
      圖4 2011年新公司成立,儀電控股領導和嘉定區領導為新公司揭牌
      
      
      2011年,經上海國資委批準,上海儀電控股公司決定,雷磁儀器等資產,經市場評估后注入上海儀電控股(集團)公司旗下上海儀電電子(集團)有限公司,轉制成立“上海儀電科學儀器股份有限公司”。
      
      2015年,按照儀電集團轉型發展戰略,作為優質資產被納入上海儀電(集團)有限公司旗下的上市公司云賽智聯股份有限公司(股票代碼600602),成為智慧城市建設中檢測感知業務的主體之一。
      圖5 雷磁代表性電化學產品:臺式引領版系列
      
      
      產品是核心競爭力,雷磁通過不斷技術突破和產品的更新換代,在電化學分析儀器產品線上不斷進步,引領國內電化學技術不斷發展,逐漸形成圍繞水質分析的一個完整的產線結構。其中,電化學最具代表性產品為引領版系列,包括實驗室單數數和多參數引領版產品、便攜式單數數和多參數引領版產品。引領版系列產品由于功能齊全、技術領先、操作方便,成為電化學高端主流產品之一。美觀流行的彩色觸摸屏設計、合理的操作界面布局、強大的智能操作系統和高精度級別的技術參數成為引領版系列產品的突出優勢。除此之外,引領版系列中的多參數儀表,可同時支持四個模塊(pH計、電導率儀、溶解氧儀、離子計),實現四通道測量,該技術國際領先,促進了我國電化學產品一體化、智能化和功能化的發展。
      圖6 雷磁代表性電化學產品:便攜式引領版系列
      
      
      雷磁另一代表性電化學產品為ZDJ-5B系列自動電位滴定儀,該產品具有以下技術優勢:1)通過柔性自適應技術進行模塊化組合實現不同種類的滴定分析;2)可同時控制并支持多種滴定應用模塊,進行電位滴定、光度滴定、電導滴定、永停滴定和溫度滴定等,通過電位變化、電導電極、溫度電極、氧化還原電極和光度電極實時檢測溶液檢測參數的變化,自動控制滴定過程和判斷滴定終點;3)自動樣品切換,可進行多樣品的自動滴定分析;4)滴定過程可編程,用戶可研究針對各種滴定分析的分析模式;5)支持多種輔助設備如打印機、自動進樣器等,形成全自動滴定分子的計算機軟件工作站;6)電極精度高、重復性好、性能穩定等優勢。
      圖7 雷磁代表性電化學產品:ZDJ-5B自動電位滴定儀系列
     
      
      五、雷磁電化學產品應用領域及其優勢
      
      雷磁電化學產品,包括PH計、電導率儀、離子計、溶解氧測定儀、多參數水質測定儀和滴定儀等,最具優勢的應用領域為實驗室常規分析和環境檢測。
      
      在實驗室常規分析中,雷磁的電化學分析儀器,在食品安全、生物醫藥、能源化工、環境保護等各大分析實驗室的定性分析和定量分析中有著廣泛的應用。一方面,相比于其他分析方法如ICP-MS、HPLC、AAS、LC、GC等,電化學分析方法無需樣品前處理,對樣品無特殊要求,只需將儀器和配套電極連接后即可測試,測試過程操作簡單、響應速度快、測試周期短、實時性好、靈敏度高、應用范圍廣、實驗成本低等一系列優勢。例如雷磁的DWS-296型氨氮分析儀(榮獲“CISILE自主創新金獎”),在測試過程中,單次測量最短只需幾分鐘,而且測量范圍廣、抗干擾能力強、試劑成本低、測試電極壽命長等顯著優勢。該產品的檢出限可達到離子色譜水平,但沒有離子色譜操作那么繁瑣費時,而且技術人員容易上手,人力成本和測量成本更合理。另一方面,在實驗室分析過程中,一般需要控制實驗的環境如酸堿度、溶液的離子濃度和導電性等參數,因此,PH計、離子計和電導率儀常被各實驗室列為通用性和輔助性設備進行樣品檢測和實驗過程分析。雷磁的PHS-3C型酸度計,作為一款基礎耐用型儀器,具有性價比高、實用性強、操作簡便等優勢,已經寫入眾多教材和標準當中,成為各大高校、研究所和第三方檢測機構等實驗室電化學儀器的首要選擇,被評為“科學儀器行業最受關注儀器”和“國產好儀器”。除PHS-3C型酸度計外,還有DDSJ-308F電導率儀榮獲“國產好儀器”稱號、PXSJ-226型離子計榮獲“CISILE自主創新銀獎”、DZS-708L型多參數分析儀和ZDJ-5B型滴定儀等產品榮獲“CISILE自主創新金獎”,獲得國家高度認可,并且市場反響熱烈,客戶好評如潮。
      
      環境檢測,特別是水處理領域,雷磁具有很好的市場競爭力和影響力。雷磁聚焦水質分析將近70多年,作為水質處理的應用專家,主持和參與制定30份國家標準和行業標準,其中17份為第一起草人。相繼承擔了包括國家科技部“振興國產儀器重大專項”在內的各類政府科研項目共50余項,申報了發明專利數十項,專利總數累計200余項。雷磁的環境檢測設備主要為現場便攜箱設備和在線監測設備。這些設備均運用現代傳感器技術、自動測量技術,自動控制技術、計算機應用技術以及雷磁的專用分析軟件和通訊網絡,即時檢測水質。雷磁的在線產品不僅測量時間短,還可以實時連續監測,準確快速地獲得測量數據,及時反映污染變化狀況等,滿足政府和企業進行有效水環境管理的需求。除此之外,雷磁電化學產品在水處理應用上還獲得了一系列榮譽稱號:電站水質分析儀系列榮獲“國家推薦產品”稱號,DZB-715原位水質監測儀、COD-580型在線COD監測儀、COD-582在線COD監測儀、DWG-8002A型在線氨氮自動監測儀等產品榮獲“CISILE自主創新金獎”。
      
      六、雷磁電化學產品布局規劃
      
      雷磁將圍繞“領先的科學儀器制造商、檢測溯源系統解決方案與運行服務提供商”的戰略目標,重點發展現代分析儀器,研究智能化和信息化先進分析儀器技術和電化學傳感器技術,突破環境保護監測、食品藥品等重大應用領域的檢測應用方案和系統集成技術,打造智能檢測儀器互聯的管理系統和溯源協同平臺。

     

    [來源:儀器信息網]

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