北京理工大學(xué)傅若農(nóng)教授講述氣相色譜技術(shù)發(fā)展歷史及趨勢

傅若農(nóng)教授生于1930年，1953年畢業(yè)于北京大學(xué)化學(xué)系，而后一直在北京理工大學(xué)(原北京工業(yè)學(xué)院)從事教學(xué)與科研工作。1958年，傅若農(nóng)教授開始帶領(lǐng)學(xué)生初步進入吸附柱色譜和氣相色譜的探索;1966到1976年文化大革命的后期，傅若農(nóng)教授在干校勞動的間隙，系統(tǒng)地閱讀并翻譯了兩本氣相色譜啟蒙書，從此進入其后半生一直從事的事業(yè)——色譜研究。傅若農(nóng)教授是我國老一輩色譜研究專家，見證了我國氣相色譜研究的發(fā)展，為我國培養(yǎng)了眾多色譜研究人才�！�

一、氣相色譜伴隨和促進科技革命的發(fā)展

16世紀以來，世界科技大致發(fā)生了五次革命(兩次科學(xué)革命和三次技術(shù)革命)，包括近代物理學(xué)誕生、蒸汽機和機械革命、電力和運輸革命、相對論和量子信息化革命等。
近幾年國內(nèi)外對第六次科技革命的核心內(nèi)涵正在討論探索之中，沒有達成共識。 徐光憲院士認為第六次科技革命的核心內(nèi)涵必須解決當(dāng)前中國和世界的迫切問題，緩解世界經(jīng)濟危機，使各國都走上健康的發(fā)展道路。目前大致有14個問題值得我們特別關(guān)注：
(1)徹底改造污染環(huán)境的化工廠，建立綠色化學(xué)和化工以及冶金企業(yè)。
(2)現(xiàn)在的化工原料主要來自石油或煤炭(利用煤焦油或電石)。因為它們也作為能源燃料使用，如果維持現(xiàn)在的消耗速度，世界的石油資源將在幾十年內(nèi)耗竭，煤炭資源在一二百年內(nèi)耗竭。
(3)溫室氣體二氧化碳的減少排放問題，即少用煤和石油，大力發(fā)展節(jié)能材料和新能源，如稀土節(jié)能燈，利用稀土材料做發(fā)電機的風(fēng)能，利用稀土光電轉(zhuǎn)換材料的太陽能，利用釷的核能等。
(4)不可再生、不能取代的稀土等礦產(chǎn)資源的節(jié)約高效開采，保護環(huán)境和綜合利用。開發(fā)從廢品中回收稀土的技術(shù)，避免浪費和快速耗竭稀土以及其他不可再生的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源。
(5)淡水資源節(jié)約利用和海水的高效、低成本淡化問題。
(6)高新技術(shù)材料的研發(fā)和合成問題。
(7)海洋和太空資源(例如海底的可燃冰和月球上大量的He-3核聚變能源)的開發(fā)利用問題。
(8)人類的健康和新藥物、新醫(yī)學(xué)以及人工器官的研發(fā)問題。人工生命的合成，使化學(xué)與生物學(xué)互相連接的問題。研究合成直接導(dǎo)向病灶的靶點藥物，大幅降低藥物的副作用。
(9)人工合成固氮酶，使水稻、小麥等非豆科植物，也能利用空氣中的氮，不必使用氮肥，或用生物科技新技術(shù)培養(yǎng)含有固氮酶的非豆科植物，引發(fā)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的革命。
(10)研究光合作用的基本原理，找出光合作用的催化機理，提高太陽能的利用效益，有可能引發(fā)農(nóng)業(yè)技術(shù)的革命。
(11)天氣預(yù)報、地震預(yù)報、臺風(fēng)預(yù)報，以及其他自然和人為災(zāi)難的預(yù)防和急救問題。
(12)軍事科學(xué)技術(shù)問題。中國要呼吁世界和平，必須有先進的軍事科學(xué)技術(shù)，才有維護世界和平的發(fā)言權(quán)。世界上主要國家的軍力必須平衡，才能制止第三次世界大戰(zhàn)。
(13)和平科學(xué)的理論和實踐問題。20世紀發(fā)生了兩次世界大戰(zhàn)和不斷的局部戰(zhàn)爭，21世紀必須避免第三次世界大戰(zhàn)，因為如果發(fā)生，那將是毀滅一半人類的核大戰(zhàn)。所以必須研究和平科學(xué)的理論和實踐。
(14)研究世界人口的節(jié)制和優(yōu)生優(yōu)育問題，研究中國和世界各國人民和諧相處，共同富裕、共同幸福的理論和實踐。
并且認為大化學(xué)(廣義分子科學(xué))革命與上述14個世界迫切需要解決問題的前10個問題密切相關(guān)。
大化學(xué)的支柱之一是分析測試，而在分析測試技術(shù)中，色譜和與其相聯(lián)用的檢測技術(shù)又是關(guān)鍵性重要領(lǐng)域，所以它們必然是第六次科技革命的進程中重要工具，實際上近年色譜和與其相聯(lián)用的檢測技術(shù)在不斷發(fā)展，以適應(yīng)各個領(lǐng)域的需要。

二、氣相色譜技術(shù)初期的發(fā)展

氣相色譜是色譜領(lǐng)域中發(fā)展較早、相當(dāng)成熟的技術(shù)，由于它是快速、簡易、相對便宜而又重復(fù)性好的分析方法，可以分析各種基質(zhì)中的成分，如石油石化產(chǎn)品、環(huán)境污染物、藥物、食品等等，而且由于氣相色譜所固有的高分離效率以及可以和各種靈敏的、選擇性好的檢測器相連接，所以配備各種檢測器的氣相色譜儀成為各個領(lǐng)域成分鑒定、分析不可或缺的工具。色譜學(xué)的發(fā)展是伴隨著科技革命，而又促進科技革命的發(fā)展進程。
第三次科技革命(20世紀四五十年代)發(fā)生在二戰(zhàn)后，資本主義推行福利制度與國家壟斷資本主義，政局穩(wěn)定。20世紀初科學(xué)理論的重大突破和一定的物質(zhì)、技術(shù)基礎(chǔ)的形成，出現(xiàn)了對石油、人工合成材料、分子生物學(xué)和遺傳工程等高新技術(shù)的需求，人們在研究這些復(fù)雜物質(zhì)混合物時，就需要把他們分離開來考察其性能，因而必然要發(fā)展各種分離技術(shù)，而色譜是分離技術(shù)中效率最高的一類方法，所以在上世紀四十年代末五十年代初誕生了以氣體為流動相，液體或固體為固定相的氣相色譜，1955年P(guān)erkinElmer公司開發(fā)出第一臺氣相色譜儀。而第一臺氣相色譜儀的誕生有一個傳奇的故事。
在 1953-1954 年間，PerkinElmer公司的代表首次聽到氣相色譜先驅(qū)者A.T. James 和 A.J.P. Martin在英國倫敦British Medical Council實驗室，以及 C.S.G.Phillips在牛津大學(xué)所進行的GC研究工作。隨后訪問了他們的實驗室，學(xué)習(xí)了這一新技術(shù)的原理，以這一信息為基礎(chǔ)，在位于美國康涅狄格州Norwalk的公司總部啟動了研究開發(fā)這一儀器的計劃，最終在 1955 年推出了世界上第一臺商品化氣相色譜儀 Model 154 Vapor Fractometer (Model 154 氣相色譜儀)。
在當(dāng)時，這一儀器的主要特點是：使用了空氣恒溫器(“柱箱”)，可以使分離色譜柱在室溫和150 °C之間保持恒溫，有一個快速蒸發(fā)器，可以用注射器通過橡膠隔墊把液體和氣體樣品送到載氣里，以及使用熱敏型熱導(dǎo)檢測器。同時，PerkinElmer提供了具有廣泛分離能力的標(biāo)準色譜柱，從而可以讓儀器成功地分析各種樣品。這一儀器立即獲得了成功，在美國分析化學(xué)雜志(Analytical Chemistry，AC)的社論里對其評價為：“是一個自動分析的輝煌典范”，它得到的色譜圖“賞心悅目”。在儀器推出之后不久，PerkinElmer 公司出版了一本簡單的小冊子，解釋氣相色譜的原理和如何選擇操作參數(shù)。AC在新的一期社論里贊美這一小冊子，把它稱做“一個簡短而信息充實的概要”，幫助“傳播科學(xué)技術(shù)知識”。自然，在推出 Model 154 以后，PerkinElmer的研究和開發(fā)工作并沒有停息，在1956年初又推出一個改進的型號，即Model 154-B，在這一新型號儀器上使用溫度提高到225 °C，并可選擇旋轉(zhuǎn)閥和各種定量進樣管，用于氣體的進樣。這一措施十分引人注目，現(xiàn)在眾多公司提供的多端口進樣和切換閥設(shè)計都可以追溯到這一個閥的設(shè)計上。

三、國內(nèi)氣相色譜初期(上世紀50到60年代)的發(fā)展歷程

新中國建立后百廢待興，各個工業(yè)部門蓬勃發(fā)展，其中以石油和煤為主要能源的研究和工業(yè)急需發(fā)展，因而發(fā)展氣相色譜就成為必不可少的前提了。下面是色譜老專家俞惟樂老師在1980年為美國分析化學(xué)寫的有關(guān)中國氣相色譜發(fā)展的歷程(Anal. Chem. 1980, 52:324R-360R):
中國從1955年開始進行氣相色譜的研究，首先進行氣相色譜研究的是中科院大連石油研究所，之后，中科院在北京、上海和長春的一些研究所也參與進來，幾年之后氣相色譜的研究和應(yīng)用便普及開來。
1958年，中科院大連石油研究所一分為三，分別成立了中科院大連化學(xué)物理研究所，中科院蘭州化學(xué)物理研究所和中科院太原煤炭化學(xué)研究所。拆分后，三個所都進行他們各自所關(guān)心的氣相色譜研究，如色譜條件的優(yōu)化、色譜固定相的研究、色譜儀各種配件的研制。
在此階段，中國高校在進行氣相色譜的教學(xué)之外，也進行氣相色譜的專業(yè)研究和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的編纂，出版了十多本有關(guān)氣相色譜的教科書、手冊及字典。此外，在這20年中，我國科學(xué)界舉辦了三次氣相色譜學(xué)術(shù)會議。第一次全國色譜報告會于1961年10月在大連舉行，共收到45篇報告。4年后在蘭州舉行第二次全國色譜報告會，發(fā)表的報告數(shù)達到100篇。受四人幫動亂干擾，全國色譜學(xué)術(shù)報告會中斷，十年之后的1979年，在大連召開了第3屆全國色譜報告會(包括氣相色譜、液相色譜和薄層色譜)，此次共收到有12篇綜述報告和122篇論文。這一時期各個工業(yè)部門、研究單位和高校也組織了許多有關(guān)氣相色譜的討論會、報告會，而且地方的科學(xué)學(xué)會也各自舉行地方氣相色譜會議，部分有關(guān)氣相色譜的論文在科學(xué)通報、化學(xué)學(xué)報、燃料化學(xué)學(xué)報上發(fā)表。
有關(guān)這一時期國內(nèi)氣相色譜儀器的發(fā)展，俞惟樂老師在上述綜述文章中提到：上世紀60年代初已經(jīng)有商品化的氣相色譜儀了，但商品化儀器仍然不能滿足一些研究所、大學(xué)和各個工業(yè)部門的要求，他們相繼開發(fā)適合自己需求的專用氣相色譜儀，當(dāng)時有大約十個國家級工廠可提供20多種型號的氣相色譜儀，年產(chǎn)量大約有2000臺。
在這些產(chǎn)品中有上海分析儀器廠的103型氣相色譜儀及北京分析儀器廠的SP 2308型氣相色譜儀。SP 2308型氣相色譜儀配備了各種現(xiàn)代化檢測器、裂解器、色譜圖積分儀和打印機。103型氣相色譜儀可用填充柱和毛細管柱，103型和SP 2308型氣相色譜儀都可用于實驗室級別的制備。此外，其他型號的氣相色譜儀器，有便攜式及在線監(jiān)測用氣相色譜儀，用途也很廣泛，包括專用于檢測水分、比表面積、孔徑分布等。其中二氧化碳激光裂解器氣相色譜儀、半導(dǎo)體薄膜氣相色譜儀，以及一些專用的原型機都是由一些研究機構(gòu)制造。

國家標(biāo)準物質(zhì)資源平臺是國內(nèi)權(quán)威的標(biāo)準物質(zhì)采購平臺,提供國內(nèi)外眾多研制單位的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品資源,涵蓋美國、英國、德國、等眾多國家標(biāo)準物質(zhì)，歡迎來詢！
http://www.biobw.com/