第19届全国色谱大会特邀报告(二)
2013年4月1日-4月3日，为期三天的第19届全国色谱学术报告会及仪器展览会在福州西湖宾馆召开。继4月1日张玉奎院士、陈洪渊院士、江桂斌院士、庄乾坤主任、陈义研究员和Jan-Christer博士的特邀报告之后，4月3日下午，第19届全国色谱学术报告会又迎来了吴学梯司长、赵宇亮研究员、吴永宁研究员、杨芃原教授、李攻科教授和方群教授6位色谱界专家的特邀报告。
会议现场
科技部科研条件与财务司副司长 吴学梯先生
来自科技部科研条件与财务司副司长吴学梯先生带来了《国家重大科学仪器设备开发专项的几个问题》的报告。
吴司长表示我国已迈入仪器创新的机遇期，抢占科技战略制高点急需自主搭建科学仪器；培育经济增长点呼唤科学仪器产业做强做大；社会发展和改善民生也迫切需求优质科学仪器设备。近年来我国经济、科技实力显著增强，科技论文数量连续三年居世界第二，发明ZL数量持续提升，这些成果中不乏为科学仪器设备相关，为我国“十二五”科学仪器设备开发奠定了坚实的基础。“十二五”期间，中央财政在已有资金渠道基础上，加大投入，积极支持科学仪器设备自主创新。科技部在“十二五”工作中，对仪器设备工作中进行了重点部署，将仪器设备开发和应用工作纳入《国家“十二五”科技发展规划》中予以重点部署；发布了《科学仪器设备等条件资源“十二五”自主创新专项规划》。
推动企业成为仪器开发专项实施主体
吴司长认为，仪器开发专项的定位决定了推动企业成为仪器开发专项实施主体。推动企业成为仪器开发专项实施主体，是落实创新驱动发展战略，深化科技体制改革的要求；是发展壮大我国科学仪器产业，培育新的经济增长点的要求。强调企业主体的同时，要强调产学研用结合，这是与我国目前科学仪器企业现状相适应的。企业规模小，研发力量弱，需要高校、科研单位的技术支撑。企业作为项目承担主体的自筹经费问题中，吴司长表示，企业牵头承担的项目，企业经费投入不低于项目国拨经费，即要达到1:1以上。吴司长还提到，企业牵头的仪器开发项目应注意：(1)创新性；(2)市场需求与国家战略相结合；(3)产学研用各合作方知识产权归属清晰，有利于技术集成与成果转化应用；(4)工程化和质量控制措施完善；(5)成本控制与市场价格合理。
仪器开发专项主要管理措施
管理体系：
部门(地区)试点，发挥科技部、财政部的统筹协调和规则制定作用；法人负责制，项目牵头单位对项目实施负全责。
立项评审：
技术评审，委托中国工程院，作为独立第三方，组织院士专家、企业界代表，对项目的技术先进性、方案可行性等内容进行评审咨询；非技术内容评审，结合仪器开发专项产品开发和应用定位，探索实施了项目非技术内容审查和评审。
过程管理：
项目监理，结合仪器设备开发工作工程性强的特点，参照工程监理方式，由试点项目组织部门(地区)开展了项目实施监理工作，及时掌握项目实施进度、质量、管理、经费情况；项目监测，在项目监测基础上，进行项目执行情况年度监测。
评价验收：
注重过程，在项目评价和验收中，注重日常项目监理和年度监测工作；异地评测，原则上实施异地考评或验收，确保开发的仪器产品做到“四易”——易拆、易运、易装、易测。
最后，吴司长说：“蓝图已经绘就，关键在于落实。”他希望大家加强合作，汇聚力量，构建以企业为主体、产学研用有机结合的科学仪器设备技术创新体系。力争“十二五”末期，开发形成一批具有自主知识产权的色谱技术和仪器产品，壮大科学仪器设备产业，为引领和支撑科技创新，服务经济社会发展和民生改善做出更大贡献。
中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室 赵宇亮研究员
来自中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室的赵宇亮研究员带来了《纳米生物界面的谱学分析：机遇和挑战》的报告。
纳米科学重大基础问题研究中的色谱技术
赵老师讲到了碳纳米材料中的富勒烯家族，富勒烯具有很大的比表面、球体 -电子体系和电荷分散能力很强等特点，所以在碳纳米材料里广泛应用。在元素周期表中，只有锕系和镧系的化学元素才能装到富勒烯中，f-电子相对论效应会对三维结构电子构型造成影响。接着，赵老师介绍了金属元素装进碳纳米材料的过程；γ/β-射线在线检测色谱分离/分析法；利用色谱分离发现并分离出奇数原子碳纳米材料C131、C141；色谱学方法成为阐述被束缚在纳米空间的5f-电子的化学价态的关键方法；纳米表面的化学修饰、色谱分离与性质分析。
纳米技术重大应用问题研究中的色谱技术
赵老师表示色谱技术突破了纳米药物可控分离与宏量制备的难题。如Gd@C82(OH)22金属富勒醇的医学应用：肿瘤治疗的新方法，纳米药物勿须杀死细胞，可更加高效阻止肿瘤的生长和转移。纳米药物改变了“钥匙与锁眼关系”药物设计的传统理论，与传统分子药物不同，纳米颗粒进入肿瘤组织很少，而在肿瘤周围形成一层纤维化层，阻止肿瘤细胞扩散，截断肿瘤细胞的营养供给。赵老师还展示了金属富勒烯在不同固定相中与色谱保留时间的关系。
纳米生物过程的分析方法对色谱技术的挑战
纳米药物的低成本、宏量、制备、质量控制与分析。色谱技术是关键之一，如从混合物中，高选择性、快速分离微含量的目标产物；针对实际需求的特异性、高效色谱分离材料的设计、合成与制备；混合模式色谱材料(复杂产物)。
基础科学问题：探索在纳米尺度下，发生在生物表面/界面上的化学、生物学过程对分析技术的挑战。如生物组织表面/界面之间，纳米药物的输运/转运问题；纳米尺度下细胞表面/界面的化学问题。
与纳米颗粒作用蛋白的分离和定量。纳米材料与代谢相关蛋白的相互作用过程是多组分、复杂的，所以针对多参数-复杂系统，集成化、高内涵的色谱分离、分析技术是至关重要的。
国家食品安全风险评估中心 吴永宁研究员
来自卫生部食品安全风险评估重点实验室、国家食品安全风险评估中心的吴永宁研究员带来了《色谱质谱联用技术在食品安全中的需求》的报告。
吴老师表示食品安全问题日益严重，与其他领域相比，食品安全检测更为关系民生。从1988年上海甲肝大流行到2008年三鹿奶粉安全事故的发生，党和国家越来越高度重视食品安全问题。十八大报告中提出社会矛盾分析食品安全问题；部署改善民生和社会建设任务，提出要改革和完善食品安全监管体制机制。
现代色谱质谱技术在食品安全检测中发挥关键作用，如日本肯定列表最新解决方案—GCMS，LC/Q/TOF在复杂基质中痕量残留物筛查，GC/MS/MS在复杂基质中痕量目标农药的检测，LC/MS/MS在复杂基质中痕量目标残留物的检测。尤其是色谱质谱联用在多国标中都有应用，色谱质谱联用减少了前处理、提高了灵敏度。吴老师表示真正污染系统的是大分子干扰物，小分子干扰物只会影响谱图，不会污染系统；更换衬管、色谱柱、清洗离子源的目的是为了消除大分子干扰物的影响；GPC-去除大分子干扰物的最佳选择，具有简单、高效、最佳回收率效果。
在线GPC-GCMS分析食品中PBDE时，传统方法是索氏提取后上多层硅胶柱或氧化铝柱，进GC-MS检测，现在快速的方法是选择性ASE提取后直接在线GPC-GC/MS检测。检测限达到ppt水平，接近高分辨质谱的水平；鱼肉基质两水平加标回收率在81.9%-110.3%。
在复杂基质样品的分析中，韭菜、葱姜蒜类含硫蔬菜在切碎时，其中的活性酶会促使蔬菜释放出硫醇化物、产生特殊气味。这些硫化物和农药的性质相似，不易去除，在进行气相检测时干扰严重。使用二维色谱技术MDGC/GCMS，依靠色谱的分离能力，无需特殊前处理，完全分离的峰进入1st检测器，未分离的峰进入2nd色谱柱再分离。
食品安全要求时间更快的分析速度，MRM扫描+超高效色谱技术成为残留化合物快速分析成功的完美保障，采用LC/MS/MS一针可检出300个农残。食品安全检测中对元素进行形态分析成为趋势，不同形态的元素毒性不同，色谱-ICP质谱联用能够分析元素的不同形态。吴老师还列举了HPLC-ICP-MS分析的一些应用实例，如饮用水和食品中的溴酸根离子的检测；液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定食品中无机砷等。
食品安全热点问题应用案例分析中，吴老师讲到了地沟油的分类、来源和特征性指示物的非靶标筛查。在特异性表征实验中，经过五批盲样测试，降低甚至避免假阳性结果，准确率高、特异性强；可以反映出待测油样中掺杂地沟油的梯度变化；可以在一定程度上反映出地沟油的动、植物油性特征，或者外源性特征。
复旦大学化学系 杨芃原教授
来自复旦大学化学系杨芃原教授带来了题为《大数据、大科学、大色谱》的精彩报告。
研究背景：大数据促进大科学时代
在甲型H1N1流感爆发前，谷歌统计网上千万条数据、数字模型和检索词条，分析比较后得到的结果和官方数据相关性达到97%。复旦大学上海医学院在治疗未知病原微生物中使用大数据的病原微生物基因库比对，从而大大增加了正确鉴定病原微生物种属的机会。尤其生命科学大科学手段的突破，基因组、蛋白质组、代谢组、组合化学、药物筛选、系统生物学等研究产生了海量的数据，各种谱库相继出现。
在研究过程中，分析化学成为大科学发展的新的技术手段和工具。在2001年Science上发表的一篇文章就形象地描述了基因组研究现状。之前研究就像钓鱼一样，一条一条的钓上来。而随着分析手段的提高，现在已经成为撒网，一网一网的打捞。因此人类基因组计划已经和曼哈顿原子弹研制计划、阿波罗登月计划并称为人类历史上三大科技工程。
随着人类基因组研究的不断进展，蛋白质组研究发展起来。研究发现肝基因组和肾基因组的信息一致，但是肝蛋白组和肾蛋白组却根本是两个器官，两套数据。蛋白质组更能够揭示生命各部分是由哪些零件、怎样组成的。
研究发展：从大数据到大知识
蛋白质组数据研究中有未曾开发的巨大资源；人类基因组大量预测的蛋白编码基因也需要蛋白质水平的验证；生物学假设、药靶、标志物研究系统梳理和应用开发都需要进一步开发蛋白质组研究方法，因此大数据的研究逐步发展为大知识。
在蛋白研究过程中，复旦大学做了大量的研究工作。复旦大学参与了构建人体肝脏蛋白质组研究，首次实现人类肝脏蛋白质组与转录组数据的规模化定量比较，发现了代谢相关的蛋白质有较高的翻译效率，信号转导相关蛋白翻译效率则较低。凝、补血及纤溶系统的蛋白质均在人肝脏与血液蛋白质组中表达，其中凝血相关蛋白在人肝脏与血液蛋白质组中丰度呈显著正相关。
复旦大学乙酰化修饰蛋白质组技术也是世界领先，首次发现乙酰化修饰是生物代谢的重要调控手段，为开发调控代谢的药物提供了新的思路。复旦大学还参与了特异性蛋白质相互作用网络，发现并实验验证了一批在肝脏中发挥重要功能的蛋白质。目前，复旦大学正在参加人类蛋白质组计划。这项研究中一天要分析分离10000个蛋白；政府投资的“国家蛋白质组学设施”—国家凤凰工程，预期每天要产出10万非冗余蛋白数据。
研究进展：从大数据到大色谱
2012年人类蛋白质库中有约7000多个强证据蛋白，约6000个弱证据，7000多个没有证据，需要新的技术来确证。色谱技术在蛋白质研究中已不能单独担当重任。蛋白质组分离采用的散弹技术也面临到大数据的挑战，而传统的方法只是增加分离的维度。蛋白质组和代谢组的色谱分离和分析已经能够产生了大的色谱数据，我们需要容许色谱产生的大数据的混杂性和不精确性。因此，化学计量学的灰箱技术和黑箱技术，在大色谱时代更能发挥优异的作用。实验证明，大色谱使蛋白的鉴定能力提高了20%，已达到目前国际前沿水平。大色谱的大数据基础使色谱技术得到了迅速发展。
传统的色谱分离理论和实践发展到至极；一般色谱的定性和定量理论已经成熟；众多色谱材料和分离模式可供选择；毛细管色谱技术和高压色谱技术发展迅速；色谱精密制造和技术方法的建立是色谱保留时间重复性良好。大色谱已经成为一门大科学。
中山大学化学和化学工程学院 李攻科教授
来自中山大学化学和化学工程学院的李攻科教授介绍了题为《复杂体系痕量分析样品前处理方法研究进展》的报告。
李老师以做饭为例形象的介绍了检测试验的过程：买菜洗菜就像实验中样品前处理过程，炒菜煮饭就是分析检测过程，开心饱餐是分享结果，饭后洗碗清理相当于分析后处理。因此样品前处理是实验开展的基础。
样品前处理方法进展
样品前处理对仪器的灵敏度、选择性、精密度、准确度、速度和自动化程度都有很高的要求。目前复杂样品痕量分析的样品前处理介质有分子印迹材料、碳纳米管、石墨烯、整体材料和金属有机骨架材料；前处理装置有在线处理和联用技术。随着样品前处理的时间消耗和误差来源在实验分析中所占比重越来越大，样品前处理已经成为复杂体系分析的瓶颈问题。
微萃取介质研究
据统计，2001-2012年来，各种微萃取技术文章在SCI上发表数量日益增加。微波前处理技术10年来在CNKI和SCI上发表论文数量也呈增长势头，微波前处理技术在2001年覆盖环境、农业、合成、食品、中草药研究，在2011年，增加到病理药效、化学工程等领域。分子印迹样品前处理方法和分子印迹微萃取前处理方法在SCI论文发表数量也在逐年增加。李老师介绍了分子印迹微萃取探针的几种涂层物质及应用研究；微波辅助合成磁性分子印迹微球及其应用；分子印迹吸附萃取搅拌棒及其应用。除此以外，还有石墨烯固相微萃取涂层、ZnO/石墨烯固相微萃取涂层、MOF-199/氧化石墨烯SPME涂层、碳纳米管CNTs介质、纳米阵列SPME涂层也得到了大范围使用。
场辅助前处理方法研究
场辅助前处理方法有微波辅助低温萃取技术、微波超声辅助固液固分散萃取和微波辅助索氏固相萃取技术。
低温(真空)微波辅助萃取在低温少氧环境下避免热敏性及易氧化物质降解和氧化，使溶剂在较低温度下保持回流状态萃取目标物，促进溶剂和样品充分接触，提供目标物萃取率。适合食品药品中热敏性、易氧化物质的萃取。
微波超声辅助固液固分散萃取是把萃取和净化结合起来，能够简化操作步骤，缩短前处理时间，同时减少样品损失，提高准确度。复合场复杂固液固分散萃取把目标物和干扰组分在复合场作用下同时放入萃取溶剂，干扰组分被分散吸附剂吸附，目标物被洗脱出来。
微波辅助索氏固相萃取技术，溶剂被微波加热并回流，样品中目标物和干扰组分同时进入萃取溶剂，干扰组分被固相吸附剂吸附，目标物保留在萃取溶剂中。这是集萃取、净化为一体的MSSPE新技术，可以进行西洋参中农残分析，也可拓展至其他复杂样品中极性目标物分析。
在线前处理方法研究
在线前处理方法有动态液液固印迹微萃取-液相色谱在线分析法，分子印迹纤维束微萃取-衍生化气相色谱/质谱在线分析方法，分子印迹吸附萃取搅拌棒-液相色谱在线解吸方法，毛细管整体柱、金属有机凝胶杂化毛细管柱，MIL-101在线富集方法，新型分子印迹整体住微萃取-高效液相色谱联用在线分析方法。
浙江大学微分析系统研究所所长 方群教授
来自浙江大学微分析系统研究所所长方群教授带来了题为《基于短毛细管的微流控高速毛细管电泳系统的研究》的报告。
高效毛细管电泳(HSCE)出现于20世界90年代初，具备高分离速度(<100s)、高分离效率(>1,000,000N/m)等特点。高效毛细管电泳进样模式包括光门进样、流动门进样和芯片十字通道进行这三种方式，其中芯片十字通道进样方式利用对微米级通道液流的操控，可完成皮升级的进样，开创了芯片毛细管电泳的新时代。
方教授在报告中指出芯片毛细管电泳系统也存在一定的局限性，例如芯片加工需专用设备，步骤繁琐费时，成本较高；仪器结构复杂，需多触点高压电源及切换系统，不易实现微型化；芯片电泳操作较复杂，步骤多，使用者需较长的培训时间；有关芯片电泳的核心ZL和知识产权均掌握在国外科学家和公司手中。
基于上述问题，方教授所在课题组自主研发了新型微流控平移自发进样模式。该技术结构简单，易于微型化；全自动化操作方便，且通用性好。该进样模式可拓展应用于手性氨基酸分离、DNA片断分离、蛋白质分离。
报告中，方教授还介绍了自动化多样品高速毛细管电泳系统，该系统分离时间<15s，分离距离15mm，分离效率达0.9-1.2μm；该系统6min可完成20个多氨基酸样品的快速分析。此外基于芯片的微流控液滴-高速毛细管电泳系统可实现连续液滴系统中多样品连续CE分离，分离时间<30s，有效分离长度为2.0cm，分离效率达1.1-1.7μm。掌上毛细管电泳仪体积仅有7×6×5.5cm，集成了405nm激光器、光电二极管检测器、微型高压电源、缺口管进样系统、仪器控制和数据采集、处理、显示、存储系统、电池可用于现场快速检测，且荧光检测器检测限为50nM(荧光素钠)。
