光谱分析

黄本立院士，1925年9月生于香港。60多年来，一直从事原子光谱分析研究，是国内外著名的原子光谱分析领域的学者，在其科研生涯中多项闪亮的“第一”一定程度上反映了我国原子光谱分析的发展历程：

1957年第一个创立一种可测定包括卤素在内的微量易挥发元素的新型双电弧光源，被国外学者誉为“最完善的”双电弧光源；
1960年在我国建立第一套原子吸收光谱装置并开展研究工作，发表了国内首批原子吸收论文；
1984年成为我国第一位以原子光谱分析为研究方向的博士生导师；
1988-1989年在国内首次以该研究方向招收一批从国外回来的博士后研究人员，中国一大批光谱分析的骨干师从于他；
1991年其小组建立了流动注射电化学氢化物发生法；
1993年成为我国第一位以原子光谱分析为研究方向的院士；
2000年发表了不用一氧化碳的镍蒸气发生法；
……
原子光谱分析：如何挑战发展“瓶颈”?
近年来，生命科学、分子生物学等领域的研究发展快速，基因组学、蛋白质组学等成为研究热点，于是，在分析界就有不少人转到这些热点上去。像原子光谱这样一些“传统”的技术似乎被冷落了，出现了“Atomic Spectroscopy：A dying horse?”、“原子吸收技术已经没什么可发展的了”、“原子荧光在国外很少人用”等诸如此类的论调。
生命科学离不开原子光谱分析
黄本立院士谈到，“其实，人体含有或摄取周期表上的大多数金属、非金属和气体元素，而这些元素对生命有何影响和如何实现这些影响却还远没有被完全了解，因而最近在生命科学‘omics’圈子里出现了‘金属组学’(metallomics)这个新成员。再如蛋白组学，大约30%的蛋白质含有金属，也要知道哪些蛋白质含有哪些金属、含有多少等。”
“而众所周知，原子光谱分析(广义的，包括光学光谱、X射线谱和质谱)则是检测几乎所有这些元素的最佳方法之一。因而我们今天还大谈原子光谱分析，并不是在这生命科学‘王国’的疆土里‘水土不服’、‘拉肚子’而说‘胡话’，而是原子光谱分析在这里大有用武之地。”
加强“联用技术”、“自身建设”
黄本立院士谈到如何突破原子光谱分析发展的“瓶颈”时说到，“由于进行原子光谱分析是要把样品气化、原子化、激发或离子化，然后令产生的辐射或离子进入仪器，才能进行检测；这样，除了能耐高温的简单分子如CN、NO、OH等之外，要获得较大分子的信息是很难的。这个问题对于只要测定元素成分和含量的分析如冶炼工业里的炉前分析、测定矿石中一些元素的含量等是算不了什么的，但是对大分子特别是生物分子的研究却是一个‘瓶颈’，甚至对元素的化合形态分析也是这样。”
“要克服这个‘瓶颈’，就要与其他分离方法如色谱、电泳等结合起来，这就是‘联用技术’。由于一般都把不同的方法用连字号(hyphen) 连接起来，所以它的英语名称就称为‘hyphenated technique’，例如HPLC-ICPAES、CE-AAS等。当然，原子光谱本身也要进行‘自身建设’。”
原子吸收：怎样突破技术“局限”?
黄本立院士介绍原子吸收发展历史时说到，“虽然原子吸收(AAS)的历史可以追溯到1814年Fraunhofer 研究太阳光谱中的多根暗线时，但是作为一种‘down to earth’的地球上使用的分析技术，它一般还是从20世纪50年代中Sir Alan Walsh发表的相关文章开始算。在这里必须指出，Wollaston在1802年就已经发现了太阳光谱中有几根暗带，他以为那是几种颜色的分界线。而Fraunhofer用的自制光谱仪比Wollaston所用的分辨率高很多，他发现了570多根暗线，并把它们用拉丁字母标示出来。而现代最先进的光谱仪可观察到数以千计的暗线。可见仪器对科学发展的重要性是怎么强调也不为过的。”
原子吸收：国产光谱仪器的“大佬”
“在AAS分析方面中国‘跟’得不算太慢，1966年我们科研小组在物理学报上发表了国内第一篇AAS研究论文，所用的仪器是自己在实验室里组装的。不久就出现了国内生产的火焰AAS仪器，包括国产空心阴极灯。从此在国内不少实验室中都可以看到国产AAS仪器的倩影。国产AAS仪器所占的国产光谱仪器市场份额，如果以台数算，很可能是‘大哥大’。”
“因为AAS仪器的价格相对便宜，并且完全能够满足一般行业的需求，适合中国国情，所以，中国用AAS仪器的人很多，并且国产原子吸收光谱仪器不但在国内有市场，还可以出口到第三世界国家。”
原子吸收“大有可为”
火焰原子吸收技术本身确有其局限性，例如，耐热(难熔)元素(refractory elements)形成氧化物或氢氧化物后，很难离解成原子，需要更高温度，一般要用国人不大愿意用的一氧化二氮–乙炔火焰，国内瑞利公司推出掺氧的空气-乙炔焰，这将是个突破性进展。所以，黄本立院士指出，原子吸收在突破其局限性方面仍“大有可为”：
1、“血铅仪”等专用仪器市场前景看好
原子吸收可针对环境、食品等样品中As、Cd、Pb等有害元素分析而设计成专用、现场、便携仪器。例如，2009年屡屡爆发的血铅超标事件，严重威胁着儿童的健康。政府非常重视环境重金属污染问题，对环保监测部门在硬件和软件方面提出更高的要求，相应的促进了对现场、快速检测仪器的需求，而原子吸收在这方面有独特的优势，所以原子吸收专用仪器的发展面临着巨大的市场机会。
2、“石墨炉”是目前原子吸收技术研究热点
“可以如此认为，我国火焰原子吸收光谱仪目前的技术水平已达到国外同类仪器的水平；但石墨炉原子吸收光谱仪的技术水平还与国际先进水平有一定差距。”
石墨炉原子吸收速度略慢、价格也相对较贵，但其检出限可与ICP/MS相媲美，而价格则相差一个数量级，所以，未来研究热点可能集中在降低石墨炉电源功率、研发新型石墨材料和新型石墨管以及背景扣除技术等方面。
3、“联用技术”是目前原子吸收应用热点
原子吸收光谱将所有的“东西”变成原子状态，这是其主要的特色，也是其局限性所在，需要与其它方法，如色谱、电泳、质谱等结合起来，即联用技术，原子吸收作为最后的检测技术。
我国ICP光谱：还有哪块“石头”没搬开?
虽然我国生产或正在研发ICP光谱仪的厂家很多，但可以说，我国ICP光谱仪技术水平与国外先进水平还有一定的差距，也存在产品质量不过关，对于造成此现象的原因，黄本立院士有何看法？对国产ICP光谱仪生产厂家又有何建议呢？
大型光栅，几乎都是进口的，使我国在这方面有所“欠缺”
光栅是光谱仪器的核心部件，光栅刻划集精密机械、光学技术等于一身。上世纪50年代后期，长春光机所就已经在王大珩先生倡导和领导下开始光栅刻划的研究工作，当时中国是世界上少有的进行光栅刻划研究的几个国家之一。说到这里，黄本立院士谈到，“这是我国光谱技术发展史上具有里程碑纪念意义的技术，是令人兴奋的事。可惜的是，目前，如中阶梯光栅等大型光栅以及全息光栅，我们自己没有，几乎都是进口的，使我国在这方面有所‘欠缺’。”
谈到ICP光谱仪的关键技术，黄本立院士还提到，我国新一代激发光源和离子化源研究工作有待加强，例如，辉光放电、强电流短脉冲等光源都可以进一步研发。

关于推进原子荧光国际化的两点建议
目前，我国AFS发展也存在着一个大问题，国内用的多，国外用的少，也就是说AFS仪器国际化发展还面临很多困难。对此，黄本立院士对我国AFS仪器厂商的国际化发展提出了两点建议：
1、发展原子荧光专用仪器
首先要想办法让国外的分析界同行接受AFS，AFS在某些元素检测方面具有操作简单、快速以及测定结果准确等特点，因此可专注发展原子荧光专用仪器。例如，可根据欧盟RoHS指令要求测定的几个元素，发展专门测定某一种元素(例如汞)的AFS仪器。食品、电子产品、玩具等产品都需要此类仪器，相信此类仪器一定可以销售的好。
2、不要抱着氢化物发生、氢火焰“不放”
黄本立院士认为，目前我国的AFS仪器差不多全是基于氢化物发生和氢火焰上的，能测定的元素也就只能局限在“氢化物元素”(hydride forming elements)范围内。这是一个很大的局限性。是否可以考虑其它的原子化器和进样方式？黄本立院士以其所做的研究为例说到，他们用ICP为原子化器，以强流短脉冲为普通空心阴极灯供电为光源，测量铕的离子荧光，其灵敏度竟超过以激光为光源的灵敏度；这里虽然需要ICP原子化器，成本会升高，但我们可以想办法进行简化，例如降低功率等。