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冯金生:从质谱分析到大型仪器的实验室管理

2014.1.15

导语】上世纪90年代,冯金生教授在德国留学期间便开始使用液质进行类腐殖质物质的研究,从此走上了自己的质谱分析之路;有了国外质谱分析及实验室管理的经验,回国后冯金生教授在北京理工大学重新组建了实验中心,充分发挥了质谱和众多大型仪器在科研和测试领域的价值。2013无机质谱会议期间,分析测试百科网小编有幸采访到冯金生教授,冯金生教授分享了自己使用质谱仪器、管理实验中心的经验体会,并展望了无机质谱应用、国产仪器的未来发展。作为中国分析化学工作者非常典型的一个缩影,希望冯教授的经历和所思所想,能激起大家的几点共鸣……

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北京理工大学化工与环境学院 冯金生教授

类腐殖质的研究 走上质谱分析生涯

  在新一届中国质谱学会的理事中,冯金生教授似乎是新面孔,其实他跟质谱也打了近20年交道。从南开大学有机化学专业毕业后,1995年冯金生教授到德国勃兰登堡工业大学分析化学实验室工作,当时实验室有台体积庞大的串联四极杆液质(VG Quattro),但购买后一年多时间一直没人能够使用起来。当时年轻的冯金生虽然没接触过质谱,但他凭着一股子韧劲儿,仅花了3个月时间,就基本掌握了这台大型质谱的使用,并成功分析了第一批送检样品。实验室的主任非常高兴,这台仪器不仅开始发挥科研作用,还可以“创收”了。1996-2003年,冯金生一直使用这台质谱,不仅为各类科研和测试做样,还自己拆装维修,从离子源到四极杆分析器, 6年的时间里居然只请过两次维修工程师。

  谈到应用,冯金生教授还回顾了一段故事。当时的课题是研究大气水分中的类腐殖质类物质。大气水分中的类腐殖质,即大气中的云;研究清楚这些物质,将能深入了解下雨的成因。冯金生教授当年用这台液质联用分析类腐殖质。当时的文献认为类腐殖质全是大分子,但冯金生教授用质谱得到的结果,却是在分子量800以内的信号。他当时认为质谱观测到的结果和文献不符,所以丢弃了这些数据。直到1997年,有文献发表了质谱分析类腐殖质的结果,数据却和当年自己得到的结果一致。一方面对自己丢弃了亲手得到的结果惋惜,一方面冯金生教授也更加认识到质谱的作用。质谱为自己今后的科研和测试打开了一扇大门,后来这台液质在分析有机合成的样品,水、土壤、大气等环境样品,塑料等样品中发挥了很大的作用。

  回到北理工后,冯金生教授看到学院有一台气质、一台液质没有更好地使用,就主动请缨把两台质谱和其它仪器一起管理。比如这台原瓦里安公司的离子阱液质充分发挥了作用,为学校的各类合成样品提供测试服务,还用于近几年热门的超分子材料结构的分析、生物发酵液中物质的分析等领域,使用效率极高。


无机同位素质谱在环境、生命科学领域的应用

  既然是无机质谱会,冯金生教授也谈了自己对无机质谱应用和发展的一点看法。众所周知,最初无机质谱在无机同位素分析领域发挥了巨大的作用,刚推出时便发现了200多种同位素,随后技术就越来越成熟。近年来,随着有机物分析的深度和广度不断增加,从表面现象来看,无机质谱的应用领域正在缩小,貌似走到了尽头。但实际上,无机同位素质谱凭借其高灵敏度、高准确度、能够绝对定量等优势,随着技术不断进步和人类对健康的要求越来越高,无机同位素质谱在生命科学和环境领域将发挥越来越大的作用。

  比如近年来,大工业生产造成了环境污染严重,进而导致疾病的产生、威胁人类健康。而检测大气、水、土壤等环境中这类污染物,或者传播入生物体内的污染物,往往需要仪器有很高的灵敏度,并能准确定性和定量。传统上的离子色谱仅能检测已知物无法定性,同时灵敏度也有局限。而无机质谱如ICP-MS,在检测环境、生物体内微量金属离子和形态方面,有极强的定性、定量优势。同时,ICP-MS高灵敏度的优势,还可以大大地减少传统方法中的前处理过程。


化学分离与材料表征实验中心—北理工分析仪器共享的平台

  回国后,冯金生教授在北京理工大学化工与环境学院任教,09年组建了化学分离与材料表征实验中心。实验中心从学校最初投资的300万,通过3年时间现已拥有近600万的资产。实验中心的部分仪器是原来某些老师的课题买来的,很多没有充分发挥作用。而冯金生教授回国后,不仅自己课题购买的仪器愿意共享,还愿意把其它课题组的仪器也有效管理起来,仪器运转的效率大大提高。该实验中心除进行课题研究外,还成为学校分析测试中心的一部分,成为全校分析仪器共享的平台。目前实验中心拥有13台仪器,包括气质、液质、液相色谱、热重分析、热膨胀仪、表面孔径分析、红外光谱仪、紫外光谱仪、XRD等等。其中除了两台质谱仪器有专门的人员进行操作外,其余的仪器都可开放让学生来使用,并使用了先进的仪器预约管理系统。冯金生教授还表示,希望今后进一步发挥这些仪器的作用,打造一个不仅为本校,也为区域发展建设服务的中心。

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化学分离与材料表征实验中心陈列的分析仪器

针对高校实验室分析仪器运行困难的看法和建议

  高校实验室面临经费和占地面积等问题

  针对高校的实验室,资金不足是面临的首个难题。冯金生教授希望:对于北理工这样的高校,尤其是自己管理的这个学院的实验中心,非常欢迎有兴趣的厂家和实验室联合共建实验室。这对于仪器起到示范效应、拓宽应用、教育学生非常有益。要知道,这些学生未来都可能到各个单位进入分析测试领域,将成为未来的主力采购用户。

  在北京等大城市,实验室要发展,占地面积也是当前面临的一大问题。2014年北理工在良乡的教学楼即将竣工,冯金生教授将在良乡校区建立一个2000-3000平方米的实验室,将缓解上述问题。

  国家应大力支持高校大型分析仪器的维护费用

  在申请985工程经费后,高校虽有了购买仪器设备的费用,但是大型仪器每年的维护费用不是个小数目,还需再写报告申请维护费,这也是造成高校很多仪器设备运行困难的原因。很多仪器设备购买前3年几乎不会出现什么问题,3年以后便会出现很多问题,有时甚至因为没有钱维修,仪器被搁置几个月;像核磁和质谱这样的高端仪器设备都比较“娇气”,维护费用也随之增加,如一台核磁仪器每年仅液氦的使用就需花费十几万。冯金生教授希望国家除了能够支持购买仪器设备外,还能不断提供后期仪器维护的费用。

  冯金生教授还认为,高校大型分析仪器应需要有专人进行管理和维护。大型仪器共享之后,如没有专业人员管理维护,损坏的频率非常高,仪器运转效率很差。进口大型设备往往只能让仪器公司的维修工程师上门,众所周知,仪器配件、工时费和出场费都是很大的一笔费用。


提高用户对国内分析仪器的信心

  对于国产仪器的现状,冯金生教授表示:首先国产仪器的设备质量必须做到没有问题,这样就能被用户使用,只有先被市场接受今后才能在技术上有突破。其次,国产仪器要想在国内市场占据一席之地,除了要在技术上下狠下功夫之外,要特别注重售后服务,提高用户的信心,这样才能让产品打进市场。这就好比在80年代买一台电脑,大家一定会想着买一台进口的,而现在不管是单位还是个人,都能接受联想等国内的品牌电脑, 质量和耐用性已经得到认可。其实,国外仪器的维修费用高是个缺点,他们的工程师啥都没干,出场费就得1200元,工时费每小时200元,配件大多不是兼容的标准件,而是厂家自己专门定做的,收费极其昂贵。国产仪器在此方面要抓住机遇,首先质量让大家放心,其次在售后上让客户更满意。

  对于国家近年来投资加大对国产仪器研发的支持,冯金生教授希望,最后要解决关键部件的问题,而不要最后支持的项目都是从国外买来部件、零件组装。这样的国家项目支持就是浪费了纳税人的钱。


分析化学工作者永远都不会失业

  谈到对现在年轻的分析工作者的期望,冯金生教授表示,自己在国内读有机化学,到了德国转行做分析化学发现很顺利,因为有机化学打下的基础对今后的分析工作非常有帮助,所以要想做好分析化学工作,打好基础、了解物质结构原理、仪器原理非常重要。冯老师用一段非常鼓舞人心的话做结尾:“有些人说分析化学是为别的学科做服务,但是能为别人做好服务也是不容易的,同时也是非常快乐的。帮助别人解决了问题,很有成就感,会比较快地感受到自己的价值。同时还有个有趣的现象,从事分析化学工作会面临各种应用、各种样品,随着工作经验的积累,涉及面会越来越广泛,可以说现在科学研究和国民经济的各个方面,都离不开分析化学。所以,不管经济好与坏,分析化学工作者永远不会失业。”


附录:冯金生教授简历

  冯金生 博士 现任北京理工大学化工与环境学院副院长

  1982年毕业于南开大学化学系,获得理学学士学位。同年分配到北京理工大学(原北京工业学院)化工系工作;

  1995年赴德国学习和工作,1995-1998年在博兰登堡工业大学(Brandenburgische Technische Universität Cottbus)环境科学与工程系中心分析化学实验室工作,从事环境有机污染物分析;

  1999-2003年在博兰登堡工业大学大气化学研究所工作,从事云有机物分析;

  2003年获德国自然科学博士学位后回国,从事分析化学和实验室管理工作。曾任北京理工大学西山实验区副主任。

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