光谱分析技术从诞生至今，已经走过百年历史。而我国的光谱分析技术从上世纪五六十年代开始，随着生产、生活以及科研工作的需求，蓬勃发展直到今天。

　　近日，中国科学院院士江桂斌在接受多家媒体采访时指出，中国光谱技术是在国家重大需求与科学创新驱动二者的共同推动下，逐步取得今天的成绩。光谱技术在科学仪器、生命科学、民生领域等多方面都将发挥巨大作用，未来的舞台很大。

　　通过色谱-光谱联用测定金属形态

　　谈及自己的光谱科研生涯，江桂斌回忆道，自己上大学时所学的专业为分析化学，一直和分析仪器的使用与改造相结合。“过去测定的往往是金属总量，比如环境和食品中经常测到的铅超标、镉超标、汞超标，都是测一个总量。但事实上，不同的金属形态有不同的化学特性，它的迁移、累积和生物可利用性等都会发生变化，更重要的是其毒性有很大变化，比如汞和甲基汞的毒性差别非常大。”

　　他告诉记者，自己曾多次去过日本水俣地区调研。1956年日本突然爆发水俣病，经调查该地一条河的上游有一家尿素（氮素）生产厂家。当时工厂会使用二氯化汞做催化剂生产尿素，因此导致大量二价汞排放至水俣湾并沉积入底泥堆积。之后又在底泥中微生物作用下，将二价汞变成甲基汞。

　　而甲基汞与汞最大的区别为：甲基汞为有机形态，可由亲水变为亲脂，很容易与生命体中的蛋白质结合，能够在生物体的食物链中被传递、累积和放大，最终穿过血脑屏障。更可怕的是，甲基汞比汞的毒性高数百倍，鱼摄入的游离甲基汞会在鱼体内富集，人再吃鱼后甲基汞便在人体内大量累积，最终甲基汞的神经毒性导致当地人突然大规模地爆发水俣病。

　　当时水俣地区的人们观察到猫突然开始变疯，接着一些人也疯了，这便是可怕的水俣病。“80年代末90年代初，我们开展了汞的形态分析工作，希望能够测定甲基汞。由于当时只有原子吸收、ICP—OES测总量，为了能够测定形态就开始用色谱与原子吸收，色谱与ICP-MS联用测形态。2000年后，我们和海光公司合作的色谱-原子荧光联用法测形态获得BCEIA金奖，目前也受到市场的欢迎。用色谱—光谱联用测定金属形态，我们在国际上的起步是比较早的。”江桂斌说。

　　研究金属和蛋白的结合体

　　及金属元素的甲基化

　　据江桂斌介绍，从90年代中期开始，他的课题组研究从化学形态分析深入到研究金属和生命体蛋白的结合作用。该工作分成两大方面，其一是研究金属与蛋白质的作用，希望找到类似金属硫蛋白的一些金属结合蛋白并研究其功能，但该领域目前尚无重大发现，课题组还在继续研究。

　　90年代初江桂斌课题组提出了另一项研究——金属元素的甲基化。研究的第一个方向是除已知的铅、汞、锡可形成甲基化化合物外，其它元素是否也产生甲基化；另一个方向则是找到更多金属元素甲基化的供体（donor）。据了解，现在已知有环境微生物如底泥中的微生物可提供活泼甲基的化学供体以及光化学成因，即高空大气中漂浮的汞亦可以在光致作用下形成甲基汞，汞和甲基汞也会互相变化。

　　“我们希望在该领域有所发现，发现具有甲基化特性的金属，或发现新的甲基化供体。”江桂斌说，“90年末我们有这个想法后，国际上出现了金属组学方向，研究金属元素的甲基化也被纳入金属组学研究领域。我们一项较重要的工作是发现碘甲烷是汞甲基化的供体，发表在《自然·通讯》上。”

　　他指出，该工作特别的意义在于，碘甲烷作为一种新型熏蒸剂农药已在美国、日本、新西兰等国家批准使用，其用量可高达11千克/亩。这一重要发现预示着未来会有更多的甲基汞通过碘甲烷这一化学甲基化途径产生并释放到环境中，从而对生物体健康产生影响。

　　目前，由江桂斌担任主任的环境化学与生态毒理学国家重点实验室，在持久性有毒污染物的分析方法、环境化学行为、毒理与健康效应方面开展了深入系统的研究，取得了一系列原创性成果，他举例道：“比如我国地下水砷污染严重，实验室的景传勇课题组研制了可进行现场测定的便携仪器，用便携的增强拉曼测定水中的三价砷、五价砷，满足国家的重大需求。”

　　江桂斌还介绍了实验室的其它部分工作，如在二恶英检测标准实验室能力建设方面支持了全国的发展，为全国二恶英实验室提供了实验室设计技术咨询与人员培训。同时，实验室还开展了众多仪器研制工作，如同海光仪器合作原子荧光联用技术，与普立泰科合作前处理设备等。

　　支持分析仪器国产化

　　当前，人类面临的环境污染90%来源于化学污染物，而这些污染物又源自全球化学品与化工产品的迅速增长。全球在美国化学会登记的化学品已有1.4亿种，相较于5年前翻了一番。快速增长的化学品必然有很多用于生活和工业生产，最终进入环境和人体。

　　由江桂斌承担的重大仪器研制项目“高通量多功能成组毒理学分析系统”，将有望为上述问题提供一种解决方案。他向记者介绍道：“该仪器的主要设计目标就是针对未知化学品，无论来自于食品还是环境，能够快速鉴定其结构，同时测定其含量和毒性。目前分析仪器有专门定性定量的却不知其毒性，有专门测毒性却无法定性的。在应用上，该仪器对化学品的风险评估、化学污染物的管理将非常重要；在其它应用领域也有很大的推广价值。”比如在中药有效成分的研究中，生物可利用性是非常重要的，而该仪器将可以解释其原因。此外，在国防、反恐、生命科学、毒理学和大数据积累中，该仪器都有用武之地。“未来我们或以该技术为核心，建立毒理健康分析测试中心，因为该仪器是一个复合系统，具有高通量、多功能性，可针对不同来源的各种样品，自动产生很多数据。该系统中融合了多项创新，在国际上也是原创的。”

　　而对于当前的国产科学仪器发展，江桂斌指出，近年来我国科学仪器的进步明显，如在PM2.5监测仪方面，几年前还是国外产品的一统天下，但2012年至今已发生很大变化，国产PM2.5测定仪器已占据超过60%的市场份额。

　　江桂斌指出：“但是中国仪器的同质化竞争也非常严重，一些厂家靠降价来竞争。其实好的产品要与价格相符，价格往往是质量的反映。由于中国仪器和进口仪器的质量相距甚远，导致进口仪器不仅卖得贵，服务往往也不尽如人意。中国分析仪器市场上几乎所有中外厂商的服务，大家都不太满意。有时候实验室仪器坏了，他们的响应速度也很慢。”

　　长期以来，江桂斌一直非常支持分析仪器国产化工作，比如无偿帮助海光公司开发色谱—原子荧光联用仪，“只为能帮助市场真正将这项技术用起来”。

　　过去江桂斌曾多次在公开场合提出我国分析科学仪器创新的各种思路。他指出，希望中国的科学仪器发展企业要有国际化的视野，依靠自身的质量和服务，以更自信的姿态同国外的厂商竞争，“追求高质量、创新性，而不要打价格战，中国的分析仪器应该稳步走向国际。”

　　重大需求与科学创新推动光谱发展

　　提及当前中国光谱技术的整体发展，江桂斌指出：“中国光谱能够取得今日之成就，主要来源于两大驱动力，首先是国家重大需求的牵引，其次是科学创新的驱动”。

　　在1949年解放初期，我国科学界并没有成熟的光谱分析技术。建国之初百废待兴，军事、国防、矿产、民生等众多领域都急待发展光谱分析技术。在这种大背景下，许多实际需求催生、推动了光谱技术的发展。而随着经济的发展，国家需求也在不断的变化。到上世纪八九十年代，环境、食品安全、国家安全等方面的需求日益凸显，这些新的需求也同样推动了光谱技术发展的新方向。

　　比如，基于最简单的紫外分光光度计首先在各个实验室普及，后来又出现荧光分光光度计。然后是分子光谱、分子探针、拉曼光谱等的发展。对于重金属的检测，原子光谱的发展也满足了国家需求，由于原子光谱有很高的选择光谱性和灵敏度，特别适用于环境安全、食品安全、国家安全中的分析需求。

　　其次，光谱的发展源自科学创新的驱动。江桂斌指出，从事科学研究强调创新，过去几十年间中国的光谱工作者做出很多创新工作，如拉曼光谱、新型紫外、远近红外、原子吸收、原子荧光、光谱成像等。例如，原子荧光光谱仪是中国具有独立自主知识产权的工作。后来发展到与色谱分离技术的联用，为解决复杂机体中的金属形态问题提供了重要技术手段，这些领域中国学者都有很好的科学创造。

　　过去几十年间，在中国也举办过多次世界光谱领域学术会议。江桂斌表示：“无论是紫外、红外、激光拉曼、原子光谱在分析方面的应用，还是应用光谱技术来研究反应动力学及若干化学机理。光谱技术赋予了科学研究丰富的手段，是创新的源头。所以没有光谱技术的发展，若干方面的科学创新是很困难的；正是有了光谱技术的支撑，我们才在阐明科学现象、寻找科学规律方面取得了重要进展。”

　　但他强调，相对于全球科技发展水平而言，我国的光谱领域还缺乏原始创新的技术，未来任重道远，还需长期努力。

　　中国光谱技术未来发展可期

　　谈到中国光谱技术未来的发展，江桂斌分别从仪器技术、国家需求和科学研究三大方面阐述。“首先是实验室常规应用的，比如紫外、荧光等，经典光谱技术将继续发挥作用。其次在重金属测量方面，ICP-MS将占据比较主导的地位，高分辨ICP-MS将会成为重要的金属元素测定手段。”

　　他指出，比如测定重金属的形态，需要色谱分离和原子光谱测定技术的联用，将色谱和原子光谱联用，或将色谱和ICP-MS联用，这些技术可以在复杂的基体中识别、分辨并提供重要的形态信息。同时，这些技术也将对生命科学领域产生很大的推动作用，如在流式细胞、场流分析、光谱成像方面的工作。

　　毋庸置疑，未来上述光谱技术将成为科学竞争力的重要保障。首先在科学仪器相关领域，光谱技术是重要的推动力；其次在生命科学领域也离不开光谱技术，比如分子探针应用很广，光谱技术还可为单细胞的测定提供更好的微区成像；第三在民生领域，我国正面临严重的大气污染、水污染和土壤污染，光谱技术在控制污染中也发挥重要作用。

　　“十九大报告中提出：要打好防范化解重大风险、精准脱贫、污染防治的攻坚战；污染防治在今天尤其重要。”江桂斌进一步表示，“我们的空气质量这么差，水质这么差，这和中国当前的大国地位并不相称，更重要的是污染已经严重影响人体的健康。中国已建立了覆盖全国的监测网，需要在线、实时、快速灵敏的高通量低成本检测技术，其中光谱仪器将会继续发挥主体作用。”

　　在食品安全领域，当前我国相关部门对食品监管的力度仍然不够，原因之一便是技术能力有限，光谱技术的发展将提高食品安全的保障能力。在国家安全领域，光谱技术在排查危险化学物质的过程中也发挥了重要作用，未来各种小型便携式仪器可方便地采集现场数据传输至大数据网络，增强预警和防范决策的科学性。江桂斌表示，上述领域都是未来光谱技术发展的重要趋势。

　　江桂斌指出，科学研究领域需要更灵敏的技术，能看到单个原子、分子的精细结构、迁移规律；需要从现有观测的微观世界走向更加微观，还需要更多高通量筛选技术。“光谱技术在上述方面都将发挥作用，未来的舞台很大。”

　　（经被采访人同意，综合报道整理）