李華昌 王東杰* 章連香 王 選 房勝楠
(1.北礦檢測技術(shù)有限公司,北京 102628;2.礦冶科技集團(tuán)有限公司,北京 100160)
我國進(jìn)入新時(shí)代,為了應(yīng)對國內(nèi)、國際新形勢,實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)一百年”奮斗目標(biāo),國家已明確提出將科技創(chuàng)新擺在發(fā)展全局的核心位置,強(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持走中國特色自主創(chuàng)新道路,全面實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略[1]。無機(jī)分析化學(xué)作為科技創(chuàng)新的基礎(chǔ),是科學(xué)研究非常重要的工具,也是確保高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手?!吨袊鵁o機(jī)分析化學(xué)》是由中國有色金屬工業(yè)協(xié)會主管,礦冶科技集團(tuán)有限公司主辦的(連續(xù)出版物號:ISSN 2095-1035,CN 11-6005/O6)的無機(jī)分析化學(xué)專業(yè)性學(xué)(技)術(shù)期刊,部分文章被SCI收錄[2]。該刊報(bào)道無機(jī)分析化學(xué)科研成果和工作動態(tài),交流無機(jī)分析化學(xué)科研經(jīng)驗(yàn),服務(wù)無機(jī)分析化學(xué)的技術(shù)推廣和科研生產(chǎn),該期刊的發(fā)展趨勢能夠體現(xiàn)我國無機(jī)分析化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。我國分析化學(xué)領(lǐng)域從業(yè)人員數(shù)量多、涉及行業(yè)廣泛,標(biāo)準(zhǔn)分析方法的起草、標(biāo)準(zhǔn)樣品的研制數(shù)量和重點(diǎn)不但能夠體現(xiàn)該領(lǐng)域的現(xiàn)狀還可以預(yù)測分析化學(xué)未來的發(fā)展方向,對我國的分析化學(xué)類技術(shù)人員具有重要意義。
我國無機(jī)分析化學(xué)技術(shù)的發(fā)展日趨進(jìn)步,明晰該領(lǐng)域的研究重點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)布局和發(fā)展趨勢,有利于促進(jìn)中國無機(jī)分析化學(xué)的向好發(fā)展[3-4]。目前檢測技術(shù)隨著現(xiàn)代分析儀器的進(jìn)步而快速發(fā)展,美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將現(xiàn)代分析儀器技術(shù)運(yùn)用到檢測標(biāo)準(zhǔn)中,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(ASTM)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)等也在標(biāo)準(zhǔn)工作中加強(qiáng)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn),分析我國無機(jī)分析領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作,有利于各領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)進(jìn)步[5]。
利用中國知網(wǎng)(CNKI)全文數(shù)據(jù)庫和全國標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺,搜索關(guān)鍵詞為“無機(jī)分析化學(xué)”、文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間限定為2012年1月至2021年12月;以“化學(xué)分析方法”、“量的測定”等為關(guān)鍵詞在全國標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺搜索標(biāo)準(zhǔn)分析方法。通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)指標(biāo),分析歸納后繪制圖表;全國標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺國家標(biāo)準(zhǔn)專欄,搜索標(biāo)準(zhǔn)樣品信息探究我國無機(jī)分析化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和關(guān)鍵問題。
利用CNKI的文獻(xiàn)檢索功能,針對無機(jī)分析化學(xué)領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),區(qū)別中文和外文文獻(xiàn),統(tǒng)計(jì)在滴定、儀器分析、元素及化合物分離方面的發(fā)表論文數(shù)量如圖1所示。
由圖1可知,我國在無機(jī)分析領(lǐng)域的發(fā)文量較高,以2015年最高發(fā)文量和2021年最低發(fā)文量比較,我國文獻(xiàn)占世界發(fā)文量的34%和44%。與世界文獻(xiàn)研究趨勢一致,在儀器研究領(lǐng)域比重較高,我國儀器分析方法文獻(xiàn)占世界儀器分析方法文獻(xiàn)量的36%。這一結(jié)論也證明了目前全球的儀器分析作為無機(jī)分析化學(xué)的重要手段,得到了迅速的發(fā)展。一些高端儀器分析,陸續(xù)進(jìn)入檢測市場,充斥著傳統(tǒng)檢測方法。把滴定及元素和化合物分離領(lǐng)域歸為化學(xué)方法類別,分別比較儀器領(lǐng)域、滴定及元素和化合物分離領(lǐng)域的發(fā)文量,如圖2所示。
圖2 世界儀器領(lǐng)域(a)及化學(xué)領(lǐng)域(b)的發(fā)文信息統(tǒng)計(jì)Figure 2 Statistics of published information in the field of instruments(a) and chemistry(b) in the world.
由圖2數(shù)據(jù)可以看出,無論是儀器領(lǐng)域、滴定領(lǐng)域或元素和化合物分離領(lǐng)域的總發(fā)文量增幅趨勢一致,即在2015年和2016年達(dá)到了頂峰,2021年進(jìn)入發(fā)文數(shù)量的低谷,但反觀我國在儀器領(lǐng)域的發(fā)文量卻與世界發(fā)文量增幅趨勢略有差別,即在2014年至2021年間基本保持一致,這從另一角度說明這8年間我國的儀器分析研究持續(xù)保持研究熱度,相對于世界研究量來講,處于增加狀態(tài)。而滴定、元素和化合物分離領(lǐng)域則與世界發(fā)文趨勢基本一致,即在2015年和2016年達(dá)到了頂峰,2021年進(jìn)入發(fā)文數(shù)量的低谷。這一結(jié)論可以說明我國儀器分析領(lǐng)域的研究成果在近10年間處于快速發(fā)展階段。再以《中國無機(jī)分析化學(xué)》期刊的載文信息,進(jìn)一步研究分析化學(xué)的發(fā)展情況,如圖3所示。
圖3 《中國無機(jī)分析化學(xué)》期刊的載文信息及影響因子變化Figure 3 Changes of article information and influencing factors in Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry.
《中國無機(jī)分析化學(xué)》期刊是專門針對該領(lǐng)域的國內(nèi)中文核心期刊,由圖3a可以看出,除2013年發(fā)文量較高(當(dāng)年有增刊),自2015年開始,發(fā)文量連續(xù)增加,其中的基金資助文獻(xiàn)持連續(xù)增加趨勢。該期刊自2016年開始,連續(xù)6年“復(fù)合影響因子”和“綜合影響因子”持續(xù)提升。2016年《中國無機(jī)分析化學(xué)》成為化學(xué)學(xué)科高被引期刊TOP10、5年高影響力期刊TOP10,2020年入編《中文核心期刊要目總覽》化學(xué),晶體學(xué)類的核心期刊[2]。該期刊的持續(xù)發(fā)展,一方面說明期刊學(xué)術(shù)影響穩(wěn)步提升,另一方面也說明我國無機(jī)分析化學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響不斷增加。深入分析該期刊的載文分類和學(xué)科分布情況如圖4所示。
圖4 《中國無機(jī)分析化學(xué)》的載文分類及學(xué)科分布Figure 4 Classification and subject distribution in Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry.
圖4展示了《中國無機(jī)分析化學(xué)》的文獻(xiàn)研究方法(左)和研究板塊(右)占比。左圖可以看出,期刊發(fā)表文獻(xiàn)中利用ICP-OES法和ICP-MS法的研究論文比重較大,分別是26.5%和14.4%,均遠(yuǎn)高于其他方法占比。這說明近10年來,在我國無機(jī)分析領(lǐng)域應(yīng)用最廣、研究最多的科學(xué)儀器仍然是電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。有文獻(xiàn)記錄2000年以后,關(guān)于電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(1CP-OES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)、X射線熒光光譜法(XRF)的研究論文明顯增加[6]。右圖可以看出在材料和冶金領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)占比為28.4%,資源與環(huán)境領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)占比為25.9%,有毒有害物質(zhì)的研究文獻(xiàn)占比為21.2%。材料與冶金是我國的支柱產(chǎn)業(yè),資源與環(huán)境及有毒有害物質(zhì)是我國的近些年的研究熱點(diǎn),研究論文體現(xiàn)科技支撐,技術(shù)能力影響國家發(fā)展布局,該期刊的重點(diǎn)板塊符合我國科技創(chuàng)新的發(fā)展全局。
利用我國標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺(簡稱平臺)搜集、整理標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布信息,探索無機(jī)分析化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r。全國標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺共收錄國際標(biāo)準(zhǔn)44 714項(xiàng)、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)77 510項(xiàng),其中國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)涉及71個(gè)行業(yè)。截止目前,我國共成立技術(shù)委員會1 334個(gè),支撐著我國各行各業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)研究工作。平臺共收錄國家標(biāo)準(zhǔn)樣品3 872項(xiàng),現(xiàn)行有效的1 086項(xiàng),已過期的2 786項(xiàng)。國際方面的標(biāo)準(zhǔn)工作組織主要有國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(ASTM)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN)、日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)等,ISO、ASTM、EN、JIS等組織是國際上主要的標(biāo)準(zhǔn)工作機(jī)構(gòu),負(fù)責(zé)制定大部分的礦產(chǎn)、黑色金屬及合金、有色金屬及合金、鋼鐵等領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)[7]。行業(yè)領(lǐng)域代碼見表1。圖5為在平臺備案,且與無機(jī)分析化學(xué)關(guān)系較大的行業(yè)板塊中的“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)量。
表1 行業(yè)領(lǐng)域代碼
由圖5可以看出,我國地質(zhì)礦產(chǎn)和稀土領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量較其他領(lǐng)域相對較少,事實(shí)上我國稀有、稀土、稀散金屬與非金屬材料制備和戰(zhàn)略性非金屬礦選冶過程相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)均需加大研究力度[8-12]。尤其是在地質(zhì)礦產(chǎn)領(lǐng)域,大部分標(biāo)準(zhǔn)仍采用經(jīng)典化學(xué)分析法,即便采用儀器分析法,也仍以離線方式進(jìn)行,結(jié)果處于滯后狀態(tài),對工藝過程的反饋控制作用不及時(shí)。在這些行業(yè)則需要測得出、測得準(zhǔn)、測得快的檢測方法來指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)和規(guī)范貿(mào)易。而標(biāo)準(zhǔn)樣品研制的缺口也較大,主要是種類少,特征元素覆蓋范圍小,即便是存在標(biāo)準(zhǔn)樣品,但元素含量范圍窄,也不能充分滿足質(zhì)量控制的需要。
圖5 無機(jī)分析相關(guān)領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量Figure 5 Number of industry standards in related fields of inorganic analysis.
我國稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)先世界,這讓國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的秘書處確定在中國。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織稀土技術(shù)委員會(ISO/TC 298)成立于2015年9月,共有P成員9個(gè)(包括中國、日本、美國、加拿大、澳大利亞、韓國、印度、俄羅斯、巴西)和O成員22個(gè)(包括法國、德國、馬來西亞、南非等)。中國有色金屬工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量質(zhì)量研究所承擔(dān)該技術(shù)委員會秘書處的工作。根據(jù)圖5的數(shù)據(jù),稀土產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖領(lǐng)先世界,但同樣需要進(jìn)一步加快標(biāo)準(zhǔn)研究速度,完善標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。分別以“電感耦合等離子體發(fā)射光譜法”“電感耦合等離子體質(zhì)譜法”“X射線熒光光譜法”為關(guān)鍵詞,在平臺搜索不同方法種類的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量及占比情況如圖6所示。
圖6 不同方法種類的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量及占比情況Figure 6 Standard number and proportion of different method types.
在區(qū)別了標(biāo)準(zhǔn)方法種類后發(fā)現(xiàn),分光光度法在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量上的比重較大,為24.5%;而GD-MS的占比最小,為0.5%。目前我國的分析方法標(biāo)準(zhǔn)中仍然以化學(xué)分析方法居多,隨著新型儀器設(shè)備的發(fā)展,我國也在不斷加大儀器研發(fā)投入,由圖6數(shù)據(jù)可知,在不斷崛起的儀器分析方法中,ICP-OES法、AAS法、ICP-MS法、GC-MS法和LC-MS法等是各行各業(yè)的主要的定量方法。這也跟世界文獻(xiàn)研究的結(jié)論一致。另外,我國GD-MS等高端儀器的定量方法較少,這說明我國高端檢測設(shè)備的發(fā)展和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究需進(jìn)一步加強(qiáng)。
根據(jù)在CNKI數(shù)據(jù)庫,檢索關(guān)鍵詞為“化學(xué)分析方法”,檢索時(shí)限為2012-01-01至2021-12-31,共檢索標(biāo)準(zhǔn)分析方法902項(xiàng),以“量的測定”為檢索詞,共檢索標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目680篇,與“化學(xué)分析方法”的檢索結(jié)果類似,本文以“化學(xué)分析方法”的檢索結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。大部分為有色金屬類檢測方法標(biāo)準(zhǔn)。排名前10的起草單位如表2所示。
表2 近10年標(biāo)準(zhǔn)起草數(shù)量排名
由表2可以看出,北京礦冶研究總院、廣東省工業(yè)分析檢測中心等單位在近10年間在化學(xué)分析方法的標(biāo)準(zhǔn)起草方面作出的重要貢獻(xiàn)。
結(jié)合無機(jī)分析化學(xué)的文獻(xiàn)研究、標(biāo)準(zhǔn)起草和標(biāo)樣研制情況,探討我國無機(jī)分析化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展方向,結(jié)合分析儀器技術(shù)的發(fā)展和社會生產(chǎn)的實(shí)際需求,探索我國無機(jī)分析領(lǐng)域的未來趨勢。以當(dāng)前研究火熱的在線檢測技術(shù)、智慧實(shí)驗(yàn)室技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)應(yīng)用為例,分析分析化學(xué)學(xué)科的社會前沿發(fā)展。
2.3.1 在線檢測技術(shù)的發(fā)展
隨著現(xiàn)代分析技術(shù)及在線分析技術(shù)的快速發(fā)展,美國、澳大利亞等西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)建立了較為成熟的在線分析、閉環(huán)管理的測試技術(shù)[13]。我國的在線分析技術(shù)近年來也得到了快速發(fā)展,已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、冶金、礦業(yè)等領(lǐng)域[14]。在科技高速發(fā)展的條件下,傳統(tǒng)的檢測方式已經(jīng)不再符合當(dāng)前檢測分析數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、高效和準(zhǔn)確的要求。由于大部分無機(jī)分析工作需要取樣和制樣,檢測結(jié)果具有一定的滯后性,制約了生產(chǎn)精細(xì)化程度的提升。目前在線分析技術(shù)已經(jīng)得到一定的發(fā)展,但依然存在著不足,與國外水平還有一定的差距。實(shí)現(xiàn)國內(nèi)采、制樣和在線分析一體化,并且簡便、快速、準(zhǔn)確是未來的發(fā)展方向;在線分析設(shè)備與信息技術(shù)結(jié)合,趨于多功能化、智能化、微型化方向也是今后的努力方向。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LIBS)是近10年在國內(nèi)迅速發(fā)展起來的定量檢測技術(shù),當(dāng)國產(chǎn)化及工業(yè)化水平進(jìn)一步提高后,未來LIBS技術(shù)也將在在線檢測中展現(xiàn)出非常好的應(yīng)用前景。
2.3.2 智慧實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的進(jìn)步
智慧實(shí)驗(yàn)室是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,具有可視化實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)、大型儀器設(shè)備綜合管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室安全綜合管理系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)室管理體系智能化融合的新型實(shí)驗(yàn)室模式[15]。智慧實(shí)驗(yàn)室將先進(jìn)信息化技術(shù)融入科學(xué)研究,以智能體系構(gòu)架、物聯(lián)網(wǎng)終端管控和智慧移動應(yīng)用等手段滲透到實(shí)驗(yàn)室管理中,具有先進(jìn)性、統(tǒng)一性、規(guī)范性和安全性的特點(diǎn)。智慧實(shí)驗(yàn)室功能需求千差萬別,但一般都是由執(zhí)行系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)的全部或部分組成,如果沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),很難實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)室之間的適配與聯(lián)合,特別是涉及傳感器接口、數(shù)據(jù)存儲等多領(lǐng)域協(xié)作的部分。圖7為智慧實(shí)驗(yàn)室構(gòu)成原理和基本單元。
圖7 智慧實(shí)驗(yàn)室模塊化構(gòu)成示意圖Figure 7 Schematic diagram of modular composition of smart laboratory.
目前,我國實(shí)驗(yàn)室普遍存在信息化程度低、開放共享不充分、各類能耗高等問題,已經(jīng)無法適應(yīng)新發(fā)展階段的科技創(chuàng)新需求。智慧實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)?shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境情況、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳到大數(shù)據(jù)平臺,實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室的智能化管理。實(shí)驗(yàn)室智慧化、智能化是提高實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量、安全、效益的重要途徑,也是基于當(dāng)下科技發(fā)展水平及科研生產(chǎn)需要而產(chǎn)生的一種新型實(shí)驗(yàn)室模式[16]。今后,智慧實(shí)驗(yàn)室將以先進(jìn)的高科技手段引領(lǐng)我國無機(jī)分析領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)室的發(fā)展方向。
2.3.3 化學(xué)計(jì)量學(xué)在分析化學(xué)領(lǐng)域的強(qiáng)化應(yīng)用
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及工業(yè)產(chǎn)業(yè)已形成了四種量值傳遞系統(tǒng),分別是校準(zhǔn)方法、公布標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)(Standard Reference Data,SRD)、計(jì)量機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)系統(tǒng)。作為分析化學(xué)的一個(gè)重要分支,化學(xué)計(jì)量學(xué)在分析科學(xué)中發(fā)揮著越來越重要的作用?;瘜W(xué)計(jì)量學(xué)已經(jīng)在食品分析、環(huán)境分析、藥物分析和生命科學(xué)研究等新興領(lǐng)域表現(xiàn)出了蓬勃生機(jī)[17-19]。隨著各種智能化、自動化、在線分析儀器以及各種高維數(shù)據(jù)分析方法的不斷發(fā)展,化學(xué)計(jì)量學(xué)的應(yīng)用范圍必將越來越廣泛。分析化學(xué)的許多研究理論與方法也包含在化學(xué)計(jì)量學(xué)中,今后,量測實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、量測數(shù)據(jù)的多元校正與定性定量解析、有關(guān)決策信息的提取等都離不開化學(xué)計(jì)量學(xué)的參與,化學(xué)計(jì)量學(xué)是分析化學(xué)學(xué)科發(fā)展的必要手段。
《中國無機(jī)分析化學(xué)》期刊在報(bào)道本領(lǐng)域的研究、進(jìn)展和創(chuàng)新成果等方面發(fā)揮了重要作用,本文通過對該期刊載文信息進(jìn)行分析,探討了我國無機(jī)分析化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r,展望了未來的發(fā)展趨勢,結(jié)合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)分析方法和標(biāo)準(zhǔn)樣品的研究現(xiàn)狀,明晰了標(biāo)準(zhǔn)研究領(lǐng)域存在的問題。我國雖然在部分領(lǐng)域建立了相對完善的分析測試標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)樣品和質(zhì)量監(jiān)控體系,并與國外發(fā)達(dá)國家基本處于同一水平,但隨著現(xiàn)代分析化學(xué)前處理設(shè)備、分離裝置和檢測儀器技術(shù)的發(fā)展,新技術(shù)、新方法、新標(biāo)準(zhǔn)亟待研究開發(fā),《中國無機(jī)分析化學(xué)》的載文特點(diǎn),符合該領(lǐng)域的我國科技發(fā)展的全面布局,順應(yīng)分析化學(xué)領(lǐng)域的整體發(fā)展趨勢,期待通過該期刊的學(xué)術(shù)交流平臺作用,帶動無機(jī)化學(xué)分析技術(shù)發(fā)展;標(biāo)準(zhǔn)化手段的提升以及高靈敏度、高精度的儀器研發(fā),期待結(jié)合工業(yè)指標(biāo),提高分析檢測準(zhǔn)確度,解決檢測技術(shù)難題,促進(jìn)我國分析化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。