在典型的化學(xué)分析流程中,樣品前處理環(huán)節(jié)占去大部分時間,據(jù)統(tǒng)計超過60%,此外,樣品前處理也是分析誤差的主要來源。由于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)升高,新的樣品前處理技術(shù)正逐步成為提高分析結(jié)果速度和精度所必要的先決條件,國內(nèi)樣品前處理技術(shù)也因此邁進(jìn)新的高度――特別是樣品前處理技術(shù)的自動化趨勢越來越明顯。樣品前處理實現(xiàn)自動化可帶來諸多優(yōu)勢,既可以顯著減少人工操作成本和人為誤差,還能有效大大降低操作人員接觸化學(xué)品的風(fēng)險,同時也能控制好溶劑和強酸等化學(xué)品用量和排放量,有利于降低環(huán)境污染的風(fēng)險。此外,強大的軟件操作界面是自動化樣品前處理的另一大優(yōu)勢,可以使操作者圖形化管理樣品,并靈活設(shè)置、保存和調(diào)用不同的前處理方法,使樣品前處理工作更加簡單。因此,近十年來,自動化的樣品前處理設(shè)備不但技術(shù)發(fā)展迅速,而且市場也在不斷擴(kuò)大。
在這種行業(yè)背景和產(chǎn)品自身特點的推動下,分析配套的樣品前處理產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展也迎來了新的歷史機(jī)遇,以計算機(jī)應(yīng)用為標(biāo)志的化學(xué)分析及相關(guān)儀器正在進(jìn)行新的行業(yè)變革,計算機(jī)控制的分析數(shù)據(jù)采集,實現(xiàn)樣品前處理及分析過程的連續(xù)、快速、實時和智能。分析儀器及樣品前處理產(chǎn)品正在以更高的靈敏度、更高的準(zhǔn)確率、更低的成本、更專業(yè)化、智能化、自動化、簡便的操作界面等趨勢向新的方向發(fā)展。部分儀器生產(chǎn)廠商已開始注重前瞻性技術(shù)的研發(fā),部分產(chǎn)品和技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。
全國樣品前處理產(chǎn)品及各分析儀器廠商眾多,市場競爭較為激烈,未來將沿著多維先進(jìn)技術(shù)方向發(fā)展,大致涵蓋以下方向:(1)沿著分析測試流程整合更多的產(chǎn)品,提高產(chǎn)品功能和檔次;(2)總結(jié)國內(nèi)近十年實驗室自動化產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)驗,提高自動化產(chǎn)品的適用性,改善用戶體驗;(3)推進(jìn)新型技術(shù)的產(chǎn)品化,創(chuàng)新性地研發(fā)新型產(chǎn)品,擴(kuò)展現(xiàn)有市場;(4)從“綠色化學(xué)”的角度研發(fā)新型實驗室設(shè)備。目前,自動化樣品前處理的典型產(chǎn)品在有機(jī)分析領(lǐng)域主要有全自動固相萃取系統(tǒng),全自動GPC凝膠凈化系統(tǒng),自動化濃縮系統(tǒng),高壓溶劑萃取系統(tǒng)等,在無機(jī)領(lǐng)域則主要有自動電熱消解儀和微波消解儀。
根據(jù)對國內(nèi)招標(biāo)網(wǎng)和采購市場的不完全統(tǒng)計,上述產(chǎn)品市場規(guī)模在8億元以上,按照近年來年均15%的增長速度測算,未來5年后,該領(lǐng)域市場容量可翻番達(dá)到16億元,產(chǎn)品的增長主要動力來自分析測試能力建設(shè)要求的提高,以及從手工操作向自動化操作轉(zhuǎn)變所帶來的產(chǎn)品換代。上述主要產(chǎn)品市場容量大致如下,全自動固相萃取系統(tǒng)市場規(guī)模大致在30,000萬元左右,全自動GPC凝膠凈化系統(tǒng)規(guī)模在1,800萬元左右,高壓溶劑萃取系統(tǒng)市場規(guī)模在3,500萬元左右,微波消解儀的市場規(guī)模在15,750萬元左右,半自動電熱消解儀市場規(guī)模在2,400萬元左右,全自動電熱消解儀市場規(guī)模在2,000萬元左右。未來,隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的支持,下游行業(yè)需求的增加,上述產(chǎn)品市場容量會進(jìn)一步增加。
此外,分析儀器及樣品前處理產(chǎn)品領(lǐng)域的快速發(fā)展帶動了相關(guān)實驗室設(shè)備的發(fā)展,如實驗室分析活動中常用到的加熱和冷卻設(shè)備,以水循環(huán)冷卻恒溫器為例,據(jù)估計該產(chǎn)品的市場容量在20,000萬元左右,每年的市場需求至少在20,000臺以上,隨著國內(nèi)實驗室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和下游用戶體驗要求的不斷提高,這類產(chǎn)品的技術(shù)水平也隨行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的提高而顯著改善。
冷卻產(chǎn)品主要是為實驗或儀器提供低溫恒溫條件,目前該產(chǎn)品的發(fā)展主要呈現(xiàn)以下趨勢:(1)高能效性,高能效一方面要求傳熱、換熱和熱隔離設(shè)計要好,并減少能量損耗,另一方面要求產(chǎn)品功率規(guī)格豐富,能很好地匹配下游用戶的需求;(2)溫度可控性,普通冷卻設(shè)備要求溫度波動在±1°C范圍內(nèi),高恒溫性能儀器則要求溫控范圍在±0.1°C內(nèi),甚至更低,此外,開放冷卻時要有合理的水流(以水作為載冷劑)分配;(3)耐用性,由于絕大部分致冷產(chǎn)品中有壓縮機(jī)、水泵和電磁閥,三者均為機(jī)械運動件,因此耐用性是產(chǎn)品技術(shù)的重要基礎(chǔ)和保障;(4)低噪音性,同樣由于有機(jī)械運動部件,對致冷過程中的噪音需要控制好,做好減震設(shè)計;(5)易維護(hù)性,換熱器表面、水箱等處必須易于清理。
而加熱產(chǎn)品主要為實驗提供高溫恒溫條件,目前的技術(shù)趨勢有:(1)安全性,由于加熱溫度常高于60°C,最高可達(dá)450°C,因此產(chǎn)品設(shè)計必須考慮防火因素,同時應(yīng)充分提示用戶防止?fàn)C傷;(2)溫度可控性,一方面,溫度波動應(yīng)足夠小,另一方面,溫度升高的過程可由程序控制,即程序升溫;(3)溫度均勻性,由于加熱為固體傳熱,加熱體表面溫度的均勻性非常重要,以免不同位置加熱效果不一致,影響實驗結(jié)果;(4)溫度范圍寬,加熱溫度可高達(dá)450°C,因此加熱體材質(zhì)(主要性質(zhì)有耐溫和導(dǎo)熱)非常關(guān)鍵;(5)耐腐性,實驗室需要加熱的情況中常常用到強酸和強氧化劑,這就要求產(chǎn)品整體設(shè)計要能耐受或避免化學(xué)腐蝕;(6)自動化,特別是對化學(xué)接觸風(fēng)險較大的實驗,自動化設(shè)計可顯著降低化學(xué)接觸風(fēng)險,同時相對人工還提高了操作的可重復(fù)性。
隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的支持、下游行業(yè)需求的增加、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的提高,樣品前處理及其他實驗室儀器設(shè)備市場容量和空間會進(jìn)一步加大。未來,行業(yè)會迎來新一輪的增長。