2020-2023年中國質譜學術大會將于2023年6月9-13日在杭州舉辦，本次大會是中國質譜界的一次盛會，旨在促進學界團結進步、和諧發(fā)展、共贏未來，提高學術交流水平，推動質譜技術在各大科技領域的廣泛應用。大會由中國物理學會質譜分會聯(lián)合中國化學會質譜分析專業(yè)委員會和中國儀器儀表學會分析儀器分會主辦，浙江大學承辦。大會將邀請國內(nèi)外質譜領域的專家學者齊聚一堂，共同探討交流質譜領域最新的科研進展和前沿技術。本此大會的主題為砥礪奮進四十年，共筑中國質譜夢。
我國的質譜發(fā)展從無機、同位素質譜開始，再到有機物和生命分析等幾乎所有前沿科學和分析測試領域。許許多多質譜界的前輩們追夢幾十年，今日，我國質譜前沿應用已躍升世界領先，國產(chǎn)質譜儀器研制和商品化也迎來等待怒放的春天，從離子阱、四極桿、飛行時間、磁質譜到各種離子源，再到各種高端的串聯(lián)質譜，我國在門類眾多的質譜領域已經(jīng)掌握了大部分制造技術，但其中每一個核心器件，每一種分析器、每一種離子源，每一個軟件流程，每一種應用都需要研究者們的辛勤鉆研和反復錘煉，許多人從懵懂的少年開始就被質譜的魔力吸引，從興趣愛好到奮斗終身的理想。近日，分析測試百科網(wǎng)采訪了質譜學會理事長、中國計量科學院院長方向研究員，他將為我們分享自己追逐“做中國人的質譜儀”理想的歷程，希望可以激勵到更多的質譜同仁，也祝愿方向研究員本人的團隊繼續(xù)前行，完成一個又一個夢想。
第一次相遇 奠定一生的追求
“談到和質譜結緣這個話題，思緒就拉到很遠?！狈较蚧貞浾f，“我1984年大學畢業(yè)，關于質譜當時只是在課本里知道一點點：測量一個帶電粒子在磁場中的偏轉。”
大學畢業(yè)后，方向被分配到當時的地礦部宜昌地質礦產(chǎn)研究所，即中國地質科學院的中南地質礦產(chǎn)研究所，到了同位素地質研究室?！澳菚r，我第一次看到了什么是真正的質譜。我的師父叫張自超，過去在同位素地質領域也很有名。他帶著我看了一圈實驗室，這臺質譜就占了三個房間，我當時就被那種高大上、被那種神秘感所吸引和折服。特別慶幸自己能進入這樣一個實驗室，進入這樣一個團隊！”在強烈的好奇心和求知欲下，方向開始琢磨和研究這臺神秘的質譜設備。
兩個月后，方向終于盼來了這間實驗室的鑰匙。每天晚上，他一個人都會到實驗室，打開儀器后的蓋板，試圖搞清楚質譜儀的構造?！拔揖拖胍惶骄烤埂５敃r真實的感受是，這么龐大和復雜的體系，對我來說就同看天書一樣。所以從那天開始我就下定決心，一定要把質譜里的一切搞清楚?！狈较虻谝淮谓Y緣的質譜叫做MAT 260，是MAT公司生產(chǎn)的同位素質譜儀，MAT是賽默飛質譜前身之一。
“現(xiàn)在回想起來這段奇緣，我覺得還像昨天一樣，特別慶幸自己有了這樣的機會?！泵\非常神奇，第一次和質譜的結緣，成為一個起點，奠定了方向一生的追求。
奇妙的質譜經(jīng)歷
此后同質譜相關的工作，伴隨了方向幾十年來的職業(yè)和工作生涯，他講起每一段有意義的質譜經(jīng)歷，就像用一顆顆奇妙閃爍的珍珠，串起了自己美好的人生之旅。相信方向的回憶也會喚起很多質譜人的美好記憶。
充滿神秘感的質譜儀激發(fā)了方向一探究竟的熱情。他開始找儀器的說明書、線路圖、各種各樣的資料，如饑似渴地閱讀大量質譜相關的文獻材料書籍。當時的質譜室主任張自超看到年輕人執(zhí)著的追求，馬上為方向爭取了一個機會。當時地礦部是Finnigan MAT公司最大的用戶，公司決定挑選高水平的用戶到MAT工廠培訓，今后做兼職的質譜維修工程師，專門為地礦系統(tǒng)服務。方向有幸被選中，成為五人團隊中最年輕的一員。MAT工廠位于德國不萊梅，賽默飛超高技術的質譜儀，大多數(shù)都是在不萊梅工廠生產(chǎn)出來的。
維修工程師
1985年，方向在不萊梅經(jīng)歷了幾十天的質譜維修培訓，1986年開始，他從一個懵懂的剛畢業(yè)的學生，開始動手拆儀器、修儀器?！澳菐啄觌m然做的是維修工作，但我感覺收獲太大了?！狈较蛘f，“應該說那個年代對高端儀器的維修和現(xiàn)在很不一樣，每一個部件每一個元器件都需要拆開維修。因為很難有機會、或者說用戶也承受不了我們更換整個部件或電路板。所以就必須把其中的原理，每一個時序、每一個電路的走向、每一條邏輯關系，都搞得非常清楚，才有可能維修好這臺儀器?！?/p>
通過維修Finnigna MAT公司的質譜儀，方向成為了一名“合格的維修工程師”，后來，他不僅能維修該公司的產(chǎn)品，還能維修英國VG公司的質譜儀（注：早期全球有三大質譜公司，分別為：Finnigan、MAT、VG，此后Finnigan和MAT分別被賽默飛前身熱電公司收購，而且熱電還收購了VG公司的一部分）。方向回憶說：“外國人會修的我們能修好，外國人修不好的我們也一樣能修好。當時這批早期的兼職工程師，為我國大型儀器的正常運轉，發(fā)揮了很大的作用。維修中，我還結識了老一輩的許多質譜專家，和他們有了交集，開闊了自己的視野，尤其是了解到質譜有非常廣泛的用途。”
儀器改造
當年我國的財政狀況、經(jīng)濟水平都不高，質譜儀用到一定程度后性能會下降，一些關鍵部件尤其是計算機系統(tǒng)出現(xiàn)老化后，就有可能導致質譜儀無法運行，而每臺質譜儀的購買價值都高達40-60萬美元?？萍疾織l財司的吳波爾、張渝英當時提出了大型儀器改造計劃，方向擔當了其中的重任。進行儀器改造有兩大原因：一個原因是囿于當時的經(jīng)濟水平，第二個原因是有一些新的應用需求，而原來的性能達不到要求。科技部啟動了“科學儀器改造專項”，雖然從現(xiàn)在來看，一個項目只有幾十萬人民幣；但正是在該項目微薄的經(jīng)費支持下，培養(yǎng)了整整一代做科學儀器的年輕人。當時他們都是20、30歲的年輕人，有改造質譜、電鏡、X射線衍射儀等各種各樣儀器的年輕人，很多團隊通過儀器改造項目紛紛涌現(xiàn)出來。一直到九十年代，當時所有做儀器改造的人，都“很吃香“，很多儀器使用單位甚至會上門拜訪，希望其能擠出時間幫助進行儀器改造、儀器提升、軟件替代等?！碑敃r我們非常有成就感，”方向回憶說，“國內(nèi)絕大部分的同位素質譜系統(tǒng)，不管是MAT還是VG公司的，不管是熱表面電離還是電子轟擊的穩(wěn)定同位素比例質譜儀，都被我和我的團隊改造過?！?0歲出頭的方向當時已經(jīng)小有名氣。
完成mission impossible
1998年，作為人才，方向被引進到中國計量科學研究院的國家標準物質研究中心，此后研究工作迅速地從無機同位素、穩(wěn)定同位素質譜轉向有機質譜為主。“這是我第一次接觸有機質譜。”方向說，“當時那臺儀器是高分辨的VG-70SE，當時我來的時候，這臺機器已經(jīng)躺在那里兩、三年了，由于種種原因不能啟動。我來之后，很快讓它恢復了運行。在當時恢復這臺儀器時，長春應用化學所的鐘彩元給了我很大的幫助，他幫助我掌握了一些關鍵技術，從無機同位素質譜領域進入到有機質譜領域。另一位把我引進到標物中心來的潘秀榮主任是我的‘伯樂’。我記得有一天，她把我叫到辦公室說：‘現(xiàn)在我們有個國際比對項目，你敢不敢承擔？’這個問題問得很有挑戰(zhàn)性，她沒有問我能不能做，也沒問我需要什么樣的條件，而是問我敢不敢承擔。我當時并不知道國際比對意味著什么，我當時就說：‘只要您說需要做，我一定敢做，沒有什么不敢的?！?/p>
在這樣懵懵懂懂的狀態(tài)下，方向接下來一個極具挑戰(zhàn)性的工作。但當時這臺VG-70SE質譜儀還不能運轉，完成任務只剩幾個月的時間?！拔矣浀?，報出比對數(shù)據(jù)的截止日期是1999年大年初三，為了讓數(shù)據(jù)能夠更可靠一點，我們在大年三十的晚上還在實驗室工作，一直忙到大年初一的凌晨三點多鐘，才把最后的實驗做完。當時團隊的主要骨干還有陳大舟、徐銳鋒、徐蓓?！狈较蛱貏e提到了團隊當時的核心成員，“我們用幾個月的時間，從重建方法到修儀器、改造儀器，再到分析測試、建模型、算數(shù)據(jù)，最后提交報告。這個過程對我是極其難忘，前后最多就是三個月的時間完成了這個挑戰(zhàn)。我是1998年8月18日到北京報到，1999年大年初三提交的報告，我對這幾個關鍵的日子都特別印象深刻。“
特別讓人振奮的是，國際比對結果出來了，團隊不僅取得了等效，而且中國的數(shù)據(jù)在參與國際比對的幾個國家中名列前茅。完成這項工作，更加堅定了方向對質譜的熱愛和執(zhí)著，尤其是對有機質譜的熱愛。至今很多時候計量院在向參觀者介紹時，仍然將1999年的國際比對作為典型的事例介紹。因為這是我國第一個參加的有機同位素稀釋質譜法的國際比對，這次的成功奠定了我國在該領域基礎的國際地位，從此國際物質量咨詢委員會組織中，就有了我國穩(wěn)固的一席之地。
方向說到此也再次感謝自己的“伯樂“：”如果當時，沒有潘秀榮主任激將法將我一軍，沒有她后來提供的物質和精神的強有力的支持，我們不可能完成這個任務。當時還有北大醫(yī)學部的胡牛，長春應化所的鐘彩元等等很多人，在過程中都給我們提供了很有力的支持幫助?！?/p>
造中國人的質譜儀
從此以后，方向意識到質譜在有機分析、生命分析中未來將發(fā)生更重要的作用，而當時有一個深刻的感受：中國人用的質譜全是進口的，因此受制于人。當時的受制于人并不是說禁售，而是昂貴的維修費，昂貴的零部件價格。方向回憶到：“當時我記得，如果請外國人來修儀器，是從工程師出發(fā)開始算到他回去為止，每天按幾個小時計算，每個小時多少錢，像我們當時很微薄的工資情況之下，聽到這種計費都感覺是天文數(shù)字；而且他們不能夠及時保證維修。“由于上述這些原因，方向當時萌發(fā)了一種想法：我們得做自己的質譜，我們要做中國人自己的質譜！
其實，科技部在儀器改造項目中取得的成功，不僅解決了新領域需要科學儀器支撐的使用需求，更重要的是培養(yǎng)了一批人，培養(yǎng)了很大一個團隊，都是從維修到改造這條路走出來的，那時科技部就開始下決心要支持科學儀器。方向最開始從科學儀器軟件平臺項目，到2004年獲得第一個科技部支持的質譜聯(lián)用儀研制開發(fā)項目，正式進入了從用儀器到修儀器，到改造儀器，再到自己動手研制儀器的新時期。
從2003年到今天整整二十年；而從1984年接觸質譜開始，方向就走上了一條同質譜結緣、為質譜奮斗的無悔的不歸路，其中亦有非常多的艱辛和挫折。2004年啟動項目后，2007年團隊研制的國內(nèi)第一臺基于自主技術的質譜聯(lián)用儀正式問世，在研制過程中團隊也與普析通用聯(lián)合，實現(xiàn)了全國產(chǎn)化質譜聯(lián)用儀的產(chǎn)業(yè)化。當時這臺氣質聯(lián)用儀的整體技術和關鍵部件，絕大部分都實現(xiàn)了國產(chǎn)化。同時團隊還研制了如航天、深海等特殊領域所需的質譜儀。2010年方向團隊因“小型質譜儀關鍵技術創(chuàng)新及整機研制“獲得了國家科技進步二等獎，這也是我國為質譜頒發(fā)的第一個科技進步獎。獲得這個獎項對方向本人產(chǎn)生了更大的激勵，激勵他繼續(xù)堅定不移地沿著”造中國人的質譜儀“的道路走下去。
“通過這些年做質譜，我也明白了一個道理：我們做科學儀器尤其是做質譜，必須專注，必須有情懷，而且必須反復的迭代，沒有任何捷徑可走。只有一輪一輪地迭代，一個型號一個型號地迭代，不斷創(chuàng)新、不斷完善技術體系，才有可能做出一臺可用、好用的質譜儀?！胺较蛴芍缘馗形?。
隨后，國家越來越重視科學儀器，研發(fā)國產(chǎn)質譜的生態(tài)環(huán)境越來越好。在團隊繼續(xù)堅定不移沿著質譜自主研發(fā)之路走下去的同時，中國計量院領銜的“超痕量物質精密測量關鍵技術及應用”項目獲得了2017年度國家科技進步二等獎，其中的核心技術還是質譜。兩次獲獎的成果對比最大的變化是：如果說2010年的成果還是“學”和“仿”，是解決質譜有和無的問題；那么2017年有了更多的自主創(chuàng)新,在很多方面做出了獨一無二的技術，尤其是在超痕量準確測量方面，取得了一系列的成果。
從2017年迄今，方向團隊仍然沒有停止地向前迭代。除了同磐諾儀器很多企業(yè)合作實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還在堅定不移地迭代和創(chuàng)新質譜技術。作為中國計量院的質譜研制團隊，核心目標一直是圍繞定量，尤其是進行痕量雜質、痕量物質的精準定量，而且其定量性能要超過商業(yè)儀器。過去，計量院只需滿足解決一些計量問題，而現(xiàn)在中央的政策非常鼓勵科技成果轉化，因此團隊也開始瞄準市場需求，開發(fā)能夠自主可控的新原理質譜儀，近年來尤其瞄準臨床、生命科學的應用，并進行了大膽嘗試，取得了眾多成果，比如去年一臺四極桿-線性離子阱液質聯(lián)用儀，已取得了醫(yī)療器械注冊許可證。這是國際上第一臺用離子阱質譜做準確定量，用于臨床檢驗的取證儀器。過去認為，離子阱質譜擅長做定性研究，可以做MS2、MS3并具有很多功能；但談到定量大家就比較懷疑，主要是認為離子阱的動態(tài)線性范圍不夠寬。但離子阱又有很大的優(yōu)勢，離子存儲選擇性高，在離子阱內(nèi)可進行多級碎裂獲得MSn，有很強的定性能力。如果能夠在保持定性能力的前提下，去解決定量難題，這臺儀器就會非常有前途。團隊一直堅信該理念，而且此前在開發(fā)一些典型應用時，體會到用離子阱做定量的勝利果實，因此堅定不移地走下去。最近開展一些比對測試后召開了成果鑒定會，專家們給出的一致結論是：在保持了離子阱質譜優(yōu)良定性能力的情況下，其定量能力達到了當前定量質譜金標準三重四極桿的最好水平。團隊已積累大量數(shù)據(jù)證明這種性能，當前正在快速推廣，預計將較快地在臨床醫(yī)院獲得廣泛應用。
方向表示：首先，四極桿-線性離子阱串聯(lián)質譜的定性定量能力都極強；其次，它的整體造價可以比三重四極桿更低；第三，其制造技術門檻相對比較低，便于批量生產(chǎn)；第四，如果做成一臺專用儀器后，可實現(xiàn)更小的體積。單從臨床質譜的角度來看，它將來一定會發(fā)展成全譜系的、針對不同目標物的專用臨床質譜，還將有更多廣泛的用途?！拔姨貏e期待，四極桿-線性離子阱臨床質譜能夠走入、并逐漸普及到中國的一些基層醫(yī)療機構?！?/p>
30年前承辦質譜學術年會
劉敦一研究員最早曾在宜昌地礦所工作過，受到他的影響，方向很早就知道了質譜學會。真正結緣大概是1993年，方向曾經(jīng)承辦過一屆質譜學會的學術年會，當年在小三峽舉辦?！跋矚g旅游的人可能知道，沿長江到巫山縣，巫山縣有條小支流叫大寧河，沿河劃一葉小舟逆流而上，可到一個叫巫溪縣的地方，我們就在那里召開了質譜學術年會。1993年到現(xiàn)在整整三十年，我印象非常深刻?！胺较蚶^續(xù)幽默地說，”如果是現(xiàn)在，我是萬萬不敢組織這樣的會議，因為大家需坐船到巫山，換乘大巴車，沿著陡峭的山路開到巫溪縣城，現(xiàn)在想想還有點后怕。但是那個時候，我覺得人們好像不在乎這些，大家就是一個目標、一個追求，沒有太多的雜念。當時大概有接近二百位質譜學者，匯集在巫溪這個山溝溝里開的質譜學術年會。這是我真正同質譜學會的結緣，而且就在那一年，我還有幸在自己30歲時成為質譜學會的會員，對我來說是一件很榮耀的事，我覺得質譜領域接受了我。“
當時，學會里做有機質譜分析的學者非常少，主要是做同位素地質無機質譜分析的學者。90年代質譜用于有機分析確實還非常罕見。后來，方向一直參加了許許多多次質譜學會的活動。
質譜學會一直有一個非常響亮的名字，叫中國質譜學會；現(xiàn)在規(guī)范學會名稱后叫中國物理學會質譜分會。方向說出了很多質譜人的心聲：“這個學會在我心目中，仍然是中國質譜學會，我一直認為它所代表的就是全中國研究質譜、使用質譜、制造質譜等領域廣大的科技工作者和技術人員，它提供了一個非常重要的學術交流平臺。”近年來質譜學會的發(fā)展大家有目共睹，6月即將召開新一屆質譜學術大會，大家參會非常踴躍。而且特別值得自豪的是，今天的中國質譜學術大會，是由中國物理學會質譜分會，中國化學學會質譜分析分會，以及儀器儀表學會分析儀器分會三大學會共同來組織舉辦。聯(lián)合舉辦中國質譜學術大會是質譜學會最大的一個貢獻，它作為平臺也擴大了國際上的影響力，包括參與國際質譜大會時，也是以中國質譜學會、或者是以中國質譜大會的名義，代表中國參與國際、亞太、美國ASMS等相應的一些活動。質譜學會在推動中國質譜的發(fā)展中做出了非常重要的貢獻。中國質譜發(fā)展的每一步，都有質譜學會長期的貢獻，老一輩各個時期的理事長，在其中都做出很大的貢獻。這次會前采訪的王光輝先生、劉敦一先生、李金英先生、劉淑瑩先生，都為中國質譜的發(fā)展、為質譜學會的發(fā)展做出了巨大的貢獻。在他們的領導下，中國質譜一代一代地傳承發(fā)展，如今我們理事長、副理事長特別是秘書長們，以及常務理事、理事、各位質譜同仁共同努力，特別呵護著中國質譜學會這個品牌、這個平臺，聚集大家的力量，來推動中國質譜事業(yè)的發(fā)展。
現(xiàn)在質譜已經(jīng)進入了一個什么樣的情況呢？所有開展研究、特別是開展生命科學、材料科學、化學的學者，如果不能談談質譜，好像你就落伍了。標榜自己做科學儀器的企業(yè)，如果不能有一款質譜產(chǎn)品，就跟不上形勢、抓不住機遇、就不高大上了。許許多多青年才俊們，都將質譜作為非常重要的一種科學工具，同時也有很多人投身到質譜相應的創(chuàng)新領域，數(shù)不勝數(shù)。
因此，質譜學會在發(fā)展產(chǎn)業(yè)、推動應用、推動研究、培養(yǎng)人才等各個方面，都做出了巨大的貢獻。當然，除了我剛才提及的幾位前任理事長，之前還有很多，如張青蓮先生曾經(jīng)是我們的理事長，還有很多老一輩的科學家如查良振先生，都為質譜學會的發(fā)展、中國質譜事業(yè)的發(fā)展做出了很大的貢獻。他們的經(jīng)歷都詮釋出對科學的熱愛，這種貢獻和熱愛、這種科學家精神，也是質譜學會能夠走到今天發(fā)揚光大的原因。
最后，方向為質譜學術大會寄語：“2023質譜學術大會下個月即將在杭州召開，本屆大會的順利召開來之不易。整個過程我要特別感謝：質譜學會的秘書長謝孟峽，以及其他幾位支持的副理事長、副秘書長，他們?yōu)楸緦么髸幕I備做出了巨大貢獻。未來的質譜、未來的質譜學會、未來的質譜事業(yè)，都將是一條艱辛的路；同時也是一條通向成功的路。我們只要有理想、有追求、有情懷，再加上國家現(xiàn)有的好政策、好的大環(huán)境，我相信中國一定能造出中國人自己的質譜。中國人一定能夠實現(xiàn)中國質譜的自立自強，我也愿意為此繼續(xù)奮斗?！?/p>
