古老而又年轻的技术——电化学发展趋势展望

　　供稿：上海仪电科学仪器股份有限公司

　　一、我国电化学发展历程

　　电化学分析技术是一项古老而又年轻的技术，起源于1791年意大利医学教授发现金属可使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象，1800年伏特制成第一个实用电池，开启了电化学研究的新时代。经过2个多世纪的发展，电化学技术取得的成就举世瞩目，极大地推动了科学的进步和社会的发展。中国改革开放40多年来，电化学技术快速发展，逐渐成为化学、生命、材料、物理、能源、交通、环境和信息等领域的广泛分析工具，对国民经济、国防建设、科学研究等有着至关重要的意义。

　　在20世纪80年代中期以前，我国的电化学分析基础方法已经建立起来，电化学仪表主要采用静电计管作为输入级，以指针式显示测量值的电化学仪表，如酸度计、自动电位仪、方波极谱仪、伏安和循环伏安仪等，制造厂商有上海雷磁、延边无线电厂等。从20世纪80年代中期到90年代初期，随着电子技术的发展和计算机的普及，我国开始研究电化学仪器的计算机控制技术和数据处理技术，如“雷磁”研制的电化学仪器开始采用计算机技术，电站水质分析仪系列荣获“国家推荐产品”称号，并圆满完成了国家“95”攻关项目电站水质分析仪系列产品计算机系统项目。90年代中期，我国的研究者在电化学分析化学理论和实验方法及测试技术方面进行了深入研究，我国的电化学仪器技术进一步发展，在专用和常用仪器方面，出现了一批我国自主研发生产的仪器，标志着我国电化学分析仪器工业已经具有一定规模的研究、开发和生产能力。到90年代末期，电化学工作站的研制，标志着我国已经完全掌握了电化学仪器技术。从90年代末期到21世纪，随着嵌入式微型计算机和网络技术的发展，电化学分析仪器逐渐向智能化、信息化、微型化、集成式发展，电化学和电分析的技术和方法也更成熟，国内很多企业和研究机构进行了相关电化学仪器的研制和试制，特别是芯片技术、超微电极、多通道技术、联用技术等均得到了深入的发展，标志着我国电化学技术达到国际水准。

　　二、我国电化学分析技术和产品发展历程和特点

　　与典型化学分析方法相比，电化学分析法具有高灵敏度、高准确度、宽测量范围、易操作、高自动化程度、低误差等特点。我国的电化学基本仪器(PH计、离子计、电导率和溶氧仪)，大致经历了以下4个发展阶段：

　　第1代电化学仪表：采用静电计管作为输入级，用指针式电表显示测量值的电化学仪表。

　　第2代电化学仪表：采用运算放大器和A/D转换集成电路，用电位器调节进行校准的电化学仪表。

　　第3代电化学仪表：在第2代基础上，将一些标准数据储存在芯片中，采用软件技术进行自动校准，具备一些智能化功能的电化学仪表。

　　第4代电化学仪表：以多参数仪表为设计对象，硬件材料和操作模式更人性化和简单化，配套操作软件和配件，组成单参数、双参数或多参数的系列多功能多模块的电化学仪表，典型代表为雷磁DZS-708L多参数分析仪。仪器多以集成式、功能化、微型化和便携式为主要特点，如雷磁DZB-718L便携式多参数分析仪。

图1 我国电化学发展阶段(以雷磁产品为例)

　　目前，虽然我国的电化学仪器很多技术和仪器可以达到国际水平，但是也有一些问题亟待解决。例如部分电化学仪器的一些基础部件和设备，在国内根本很难找到合格的加工企业，只能引进国外的设备和材料，导致生产成本较高;我国的电化学中低端产品生产线比较全面和丰富，但是高端产品线还需完善和改进。除此之外，若要成为电化学技术专家，做这个行业的国际标杆，国内企业的管理水平和创新水平，均有待于提高。

　　三、未来电化学技术与产品的发展趋势

　　21世纪是高新技术和网络信息化的时代，我国电化学技术的发展重点将围绕科研、生产、人类环境三大领域需求，向综合、联用、信息网络化发展，同时更趋微型化、集成化、自动化和智能化。重点开发的产品以技术含量高的中高端产品为主，用于水质检测、食品和药品检测、质量控制、人类健康和环境检测等多领域。快速、准确、稳定、安全、环保、便携、简单等将成为电化学产品的设计宗旨。

　　四、“雷磁”发展历程和代表性电化学产品

　　“雷磁”作为上海仪电科学仪器股份有限公司的自主品牌，创立于1940年，作为中国第一台pH计和第一支玻璃电极的诞生地，在科学仪器发展的道路上，已逐渐成长为电化学分析仪器领域的领军企业。

图2 中国科学仪器行业泰斗朱良漪先生为“雷磁”题词

　　1940年，荣仁本先生在永嘉路229弄8号设立雷磁电化研究室，从事于小型电化研究工作，制造涂料电阻，并开始电化学仪器的研制。

图3 电化学研究--电阻算尺和第一台pH计

　　1953年，改名为雷磁电化仪器工业社，迁至威海路12弄14号，生产玻璃电极、酸度计。

　　1956年，雷磁电化仪器工业社在大合营高潮中被批准为公私合营，公私合营成立雷磁仪器厂。

　　1966年，改名为上海第二分析仪器厂。

　　1981年，在工商正式注册“雷磁”商标。

　　1983年，恢复“上海雷磁仪器厂“厂名。

　　2001年，按上海精密科学仪器公司实体化工作要求，变更为上海精密科学仪器有限公司雷磁仪器厂。

图4 2011年新公司成立,仪电控股领导和嘉定区领导为新公司揭牌

　　2011年，经上海国资委批准，上海仪电控股公司决定，雷磁仪器等资产，经市场评估后注入上海仪电控股(集团)公司旗下上海仪电电子(集团)有限公司，转制成立“上海仪电科学仪器股份有限公司”。

　　2015年，按照仪电集团转型发展战略，作为优质资产被纳入上海仪电(集团)有限公司旗下的上市公司云赛智联股份有限公司(股票代码600602)，成为智慧城市建设中检测感知业务的主体之一。

图5 雷磁代表性电化学产品：台式引领版系列

　　产品是核心竞争力，雷磁通过不断技术突破和产品的更新换代，在电化学分析仪器产品线上不断进步，引领国内电化学技术不断发展，逐渐形成围绕水质分析的一个完整的产线结构。其中，电化学最具代表性产品为引领版系列，包括实验室单数数和多参数引领版产品、便携式单数数和多参数引领版产品。引领版系列产品由于功能齐全、技术领先、操作方便，成为电化学高端主流产品之一。美观流行的彩色触摸屏设计、合理的操作界面布局、强大的智能操作系统和高精度级别的技术参数成为引领版系列产品的突出优势。除此之外，引领版系列中的多参数仪表，可同时支持四个模块(pH计、电导率仪、溶解氧仪、离子计)，实现四通道测量，该技术国际领先，促进了我国电化学产品一体化、智能化和功能化的发展。

图6 雷磁代表性电化学产品：便携式引领版系列

　　雷磁另一代表性电化学产品为ZDJ-5B系列自动电位滴定仪，该产品具有以下技术优势：1)通过柔性自适应技术进行模块化组合实现不同种类的滴定分析;2)可同时控制并支持多种滴定应用模块，进行电位滴定、光度滴定、电导滴定、永停滴定和温度滴定等，通过电位变化、电导电极、温度电极、氧化还原电极和光度电极实时检测溶液检测参数的变化，自动控制滴定过程和判断滴定终点;3)自动样品切换，可进行多样品的自动滴定分析;4)滴定过程可编程，用户可研究针对各种滴定分析的分析模式;5)支持多种辅助设备如打印机、自动进样器等，形成全自动滴定分子的计算机软件工作站;6)电极精度高、重复性好、性能稳定等优势。

图7 雷磁代表性电化学产品：ZDJ-5B自动电位滴定仪系列

　　五、雷磁电化学产品应用领域及其优势

　　雷磁电化学产品，包括PH计、电导率仪、离子计、溶解氧测定仪、多参数水质测定仪和滴定仪等，最具优势的应用领域为实验室常规分析和环境检测。

　　在实验室常规分析中，雷磁的电化学分析仪器，在食品安全、生物医药、能源化工、环境保护等各大分析实验室的定性分析和定量分析中有着广泛的应用。一方面，相比于其他分析方法如ICP-MS、HPLC、AAS、LC、GC等，电化学分析方法无需样品前处理，对样品无特殊要求，只需将仪器和配套电极连接后即可测试，测试过程操作简单、响应速度快、测试周期短、实时性好、灵敏度高、应用范围广、实验成本低等一系列优势。例如雷磁的DWS-296型氨氮分析仪(荣获“CISILE自主创新金奖”)，在测试过程中，单次测量最短只需几分钟，而且测量范围广、抗干扰能力强、试剂成本低、测试电极寿命长等显著优势。该产品的检出限可达到离子色谱水平，但没有离子色谱操作那么繁琐费时，而且技术人员容易上手，人力成本和测量成本更合理。另一方面，在实验室分析过程中，一般需要控制实验的环境如酸碱度、溶液的离子浓度和导电性等参数，因此，PH计、离子计和电导率仪常被各实验室列为通用性和辅助性设备进行样品检测和实验过程分析。雷磁的PHS-3C型酸度计，作为一款基础耐用型仪器，具有性价比高、实用性强、操作简便等优势，已经写入众多教材和标准当中，成为各大高校、研究所和第三方检测机构等实验室电化学仪器的首要选择，被评为“科学仪器行业最受关注仪器”和“国产好仪器”。除PHS-3C型酸度计外，还有DDSJ-308F电导率仪荣获“国产好仪器”称号、PXSJ-226型离子计荣获“CISILE自主创新银奖”、DZS-708L型多参数分析仪和ZDJ-5B型滴定仪等产品荣获“CISILE自主创新金奖”，获得国家高度认可，并且市场反响热烈，客户好评如潮。

　　环境检测，特别是水处理领域，雷磁具有很好的市场竞争力和影响力。雷磁聚焦水质分析将近70多年，作为水质处理的应用专家，主持和参与制定30份国家标准和行业标准，其中17份为第一起草人。相继承担了包括国家科技部“振兴国产仪器重大专项”在内的各类政府科研项目共50余项，申报了发明专利数十项，专利总数累计200余项。雷磁的环境检测设备主要为现场便携箱设备和在线监测设备。这些设备均运用现代传感器技术、自动测量技术，自动控制技术、计算机应用技术以及雷磁的专用分析软件和通讯网络，即时检测水质。雷磁的在线产品不仅测量时间短，还可以实时连续监测，准确快速地获得测量数据，及时反映污染变化状况等，满足政府和企业进行有效水环境管理的需求。除此之外，雷磁电化学产品在水处理应用上还获得了一系列荣誉称号：电站水质分析仪系列荣获“国家推荐产品”称号，DZB-715原位水质监测仪、COD-580型在线COD监测仪、COD-582在线COD监测仪、DWG-8002A型在线氨氮自动监测仪等产品荣获“CISILE自主创新金奖”。

　　六、雷磁电化学产品布局规划

　　雷磁将围绕“领先的科学仪器制造商、检测溯源系统解决方案与运行服务提供商”的战略目标，重点发展现代分析仪器，研究智能化和信息化先进分析仪器技术和电化学传感器技术，突破环境保护监测、食品药品等重大应用领域的检测应用方案和系统集成技术，打造智能检测仪器互联的管理系统和溯源协同平台。