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陈洪渊院士谈分析化学:“一个都不能少”——访中科院院士、南京大学教授陈洪渊

浏览次数:296次发表时间:2017-07-20

分析化学作为化学学科的一个重要分支,经历了多次变革,特别是随着科技的进步和人类生产和生活需求的提高,分析化学迎接了一个又一个新的挑战。如果不是亲身经历,很难体会到这其中的“翻天覆地”;若不是身处其中,可能也不会有那么深的感情和期待。

中科院院士、南京大学教授陈洪渊,自上个世纪60年代起就进入了分析化学领域,在50多年的时间里,与分析化学“相知相守”,可谓是分析化学界的“大师”。借着第二届中国食品与农产品质量安全检测技术国际论坛暨展览会的机会,仪器信息网编辑有幸采访了陈洪渊院士,请他为大家谈谈分析化学的过去、现在和未来。

中科院院士、南京大学教授陈洪渊

“分析化学发生了翻天覆地的变化”

陈洪渊院士自1960年开始踏入分析化学这个行业,在过去50多年的时间里一直致力于分析化学的教学和科研工作,亲眼目睹并亲身经历了分析化学的发展过程。那么他眼中的分析化学发生了什么样的变化呢?

据陈洪渊院士介绍,他1956年进入南京大学求学,当时本科学的是放射化学,1960年作为预备教师留校随之分配提前进入分析化学教研室活动,1961年毕业正式担任助教工作。对于分析化学这50多年的变化,陈洪渊院士感慨万千,并用了“翻天覆地”四个字来形容。他说,“60年代,分析化学主要是容量分析、电化学分析、光度分析(大多还只是比色分析)、和小部分原子发射光谱分析。我们上学的时候用的多的也就是容量分析和一般光度分析。现在,分析化学涵盖面大大拓展了,仪器分析和化学分析已经融合在一起,同时光谱、色谱、波谱、质谱等仪器分析也都归结到分析化学的队伍中来了。”

随着科技的进步和社会的发展,分析化学的研究对象也发生了极大的变化。“从发展历程上来说,分析化学由初的元素、有机小分子、大分子等的成分分析,走到了如今的活体生物分子、单分子和单细胞的分析,这其中还涉及很多实时、活体的分析等等,可以说分析化学已经走到了生命分析的时代。”说到这儿的时候,陈洪渊院士还特别强调,“现在的分析化学更深奥了,其面临的挑战更大了,也更难做了。比如,活体的生命分析科学要求时空分辨、信号转导,而信号转导关联着生物分子一系列的相互作用与结构变化过程,生命分析化学的研究内容更多样、复杂了…..。”

从技术进展的角度来说,分析化学取得的进步有目共睹,各种新技术、新仪器层出不穷。但是也有一些地方让大家感觉有点“失望”,比如电化学仪器小巧,可以实现便携、现场检测,国内在这方面的研究很多,但是相对于其它门类的商业化仪器来说总是不够满意。不过,陈洪渊院士的回答却让我们看到了电化学不一样的一面,“近年来,电化学的技术已经有了很大的突破,特别是在生物传感器研制方面有着独特的优势。市场上做得比较好的葡萄糖传感器就用了电化学技术,应用很广泛。”同时,陈洪渊院士也指出,“从原子水平来看,电化学的本质是外层电子的得失导致的氧化还原反应,受其原理的限制只能够按照其自身能够发挥的作用来决定它的用途,不能苛求其‘全能’。但我们应该跳出传统的仪器概念去看待电化学的技术发展问题,现在的电化学已经不仅局限于电极表面的研究,而是利用电化学的原理研究生物分子中电子传递及生命过程。电子传递是人类生命活动的基本运动,如呼吸链中的电子传递。研究生命过程中的电子传递运动,可以揭示许多深奥的生命现象。也许暂时做不成很多商业化的仪器,也许根本就不需要做成仪器,只要有一个优越的“探头”及其阵列,就已经可以揭示许多内在的科学问题了。”

分析化学发展到现在,基础研究工作已经很深入、很高端了,SCI的论文数也与日俱增,只是目前把基础研究应用于实际或真正产业化的应用却医用超纯水机还很少,这让很多关心行业发展的人士倍感惋惜。对于这个问题,陈洪渊院士谈到,“这和我们国家现有的体制有关系,也是发展过程中要经历的一个阶段,应该理性地去看待。首先,中国是发展中国家,需要文章来提升在分析化学领域的国际影响和地位;另一方面,分析方法的仪器化也不是一蹴而就的,有些时候花了很长时间也很难看到结果。目前,对于科研工作者来说,高影响因子的论文可能更有诱惑力;同时,这在一定程度上也反映出我们很多技术还没有走向成熟。当前,国家相关政策已经在调整和引导,也有部分成熟的技术走向了实际应用,演变成仪器设备或检测仪器,我相信慢慢会走向理性化的。”

“各种分析技术都需要”

当前,在各类学术会议及研讨会中,大家经常会谈起:前景的分析技术有哪些,目前分析技术的研究热点和难点集中在哪些方面。对此,陈洪渊院士持什么观点呢?

无机、有机、分析、物化、高分子……学校分了很多的专业、教研室,这是为了教学(教和学)的需要和方便,它们真的可以各自为家吗?“当然不能”,陈洪渊院士谈到,“学科的划分是学习和培养人才的需要,做科研可以选择其中的一部分,但是不能彼此完全割裂开来。其实,化学是一个大领域,化学从总体来说,可以分成两大块:一块是反应、合成,包括无机、有机等各类合成,要合成就得通过反应,要促成反应,就要研究热力学和动力学,这就包涵了物理化学;另一块就是分离分析和识别表征,那就是指分析化学这一块了。分析化学是一个普遍应用的方法、手段,任何一个分支学科都少不了使用分析化学去对物质进行分析和表征。”

化学研究什么?陈洪渊院士谈到,“一方面是研究天然存在的物质的化学组成、结构、状态等一系列化学性质,并将它各自分离纯化使其为人类所用;另一方面,还要创造人类需要而自然界没有的新物质。大家知道,化学是人类创作新物质多的自然科学领域。化学从这个意义来说,它的基本任务有两大方面:一是反应、合成,及利用化学反应通过驾驭热力学和动力学的性质,通过有机合成与无机合成,实现新物质的产生;另一方面,就是对物质进行分离分析和识别表征,这不仅是对天然已经存在的物质世界进行认识,还要认识新创造的物质,为人类所用。于是,为完成人类对化学世界的认识和利用,在学科上就有了无机、有机、物化、分析、高分子等理科型的分支学科,和工科型的化学工程、化学工艺等学科分支的诞生,来实现物质的宏量生产。其间,对于整体化学科学领域而言,分析化学都是不可或缺的。到了二十一世纪,进入生命科学突显的年代,分析化学又衍生出生命分析这一分支,内容更加纷繁复杂了。”

分析化学除了建立分析方法之外,传感器件和仪器装备也是一个很好的出口。对于大家经常讨论的谈到前景的分析技术这个话题,陈洪渊院士却连连摆手,“不能这样机械地看待这个问题,每个发展阶段都会有不同的要求,而且由于每一种分析技术的原理不同,其用处也不一样,在实际应用中要根据不同的分析对象选择适合的分析方法,而不能简单地说哪个有用。就像匕首、大刀、手枪、步枪、大炮、原子弹等武器,有的小巧、有的威力大,不同的场合有不同的需求,但是一个也不能少。分析技术也一样,各种技术都需要,各个方向都要发展,也只有各个技术都发展了,分析化学这个学科才是健全的,其发展才是良性的。”同时,陈洪渊院士也谈到,“从应用的角度来说,光学用处更广泛一些,因为从原理方面来讲,光可以分不同的波段,分子的运动方式也可以分为伸缩、振动、转动等等,由此相对应而衍生的仪器种类也就比较多。”

“在各种分析技术中,不管是大型的色谱、质谱等仪器,还是小的快速检测产品都是需要的。比如在食品安全检测中,有的要求快速筛选,不要求太准确,这个时候快检产品就实验室纯水机是有用的,没必要用大型仪器去做。当然,若追求高精度和准确度,就必须要用大型的谱学类的仪器了,而且还有对样品进行一系列的前处理等制备过程。”同时,陈洪渊院士也指出,“现阶段,很多人不愿意去做‘小’仪器,核心配件的钻研也往往耐不住寂寞,在一定程度上和我们国家的体制有关系,很多人认为小仪器产值不大,原理也不复杂,认为不值得精心去做,或者认为付出和收益不成正比,但是实际上‘小’仪器同样重要,而且有时候一个螺丝就可能影响全局。”讲到这,陈洪渊院士还特别拿自己手腕上的瑞士机械表打比方,他说,“为什么瑞士的手表能够享誉世界?因为它深知连每一个小螺丝的松紧都有可能影响其指针的运动速度,因为它注重了包括每一个小螺丝在内的质量、布局和精准的安装,才有高质量的产品。而对于我国的仪器行业来说,还有很多核心部件做不了,这是必须要重视的问题。”

“所以,分析化学的发展是综合的,任何‘急功近利’的、‘贪大’的行为都是不科学的。整个仪器行业是一个完整的产业链,简易的、精密的;大型的、小型的;整机、配件都是必须的。”

为师之道:“提纲挈领,拓展知识面”

作为分析化学的教育工作者,陈洪渊院士一直耕耘在教育的一线,对分析化学领域的人才培养有自己独到的理念和方法。下面,我们就一起来听听他的为师之道。

谈到现在学校的教育,陈洪渊院士语重心长地说,“分析化学需要综合性的人才,知识面要广、动手能力要强。而现在很多大学的研究生发篇几篇论文就可以毕业,缺少应用和实践经验,这是亟须改进的。要想把分析化学做好,就必须要掌握好化学的基本原理,同时还要具备物理、电学和电子学等相关学科的知识。分析仪器行业的人才也一样,需要电子、机械、力学等数理化各方面的知识。”说到这,陈洪渊院士还特别提到一个让他倍感可惜的事情,“当前,许多学校在分析化学专业的课程设置中把电子学、物理等课程都砍掉了,这是分析化学人才培养方面的一个很大的缺陷。”

此外,陈洪渊院士还谈到,“现在大学里面的教科书越编越厚,但内容很不简明,没有提纲挈领的东西,点不到要害。结果导致学生学的知识繁琐而缺乏条理,枝枝节节讲得很细,舍本逐末,因而掌握不了全局的知识结构,影响了学生的创造性思维;而且对相关学科关心太少。我们在教学的过程中要采用比较简明的方法来说明深奥的问题,提纲挈领,扩大学生的知识面,目的在于引起学生的思考,启发学生,而不是机械地去要求;我们要培养和提高学生的分析和综合的能力,尔后才能有解决问题能力的提高。我们要让学生把光、电、色、磁等每种方法的原理搞得清清楚楚,细节的东西让学生自己慢慢地去揣摩、钻研为好。”

后,陈洪渊院士再一次强调,“学习是分学科的,专业也是分学科的,但是工作的时候不管是哪个学科,解决问题都是综合的。所以,不管是在学校的学生,还是已经毕业工作的同学,在学习的过程中都要把知识面铺开,广泛涉猎并掌握相关学科的知识和技能。”

编辑手记:

采访过程中,陈洪渊院士不止一次地强调分析化学需要综合性的人才,不仅是分析化学专业的知识,光、电、色、磁等各学科的知识都要涉猎与掌握。从陈洪渊院士的言语之间,笔者处处可以感受到一位76岁老专家对我国分析化学的深厚感情,以及对下一代的殷切希望。仪器行业的同行们,您在工作的过程中是否也感觉到了知识面的匮乏?您是否已经开始学习了呢?

采访编辑:叶建



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