eng
Выпуск #3/2013
Какие технологии в области аналитического оборудования будут определять развитие отрасли в ближайшие 10 лет?
Просмотры: 2263
Можно с уверенностью сказать, что основной двигатель развития отрасли аналитического оборудования – новые технологии. Многие из них позволяют оптимизировать производство, сделать его быстрей и дешевле; значительно улучшить потребительские характеристики изделий (точность и эффективность анализа, простоту использования, экономичность и др.); некоторые же коренным образом меняют не только представление об аналитике как таковой, но и нашу жизнь. Какие технологии в области аналитического оборудования будут определять развитие отрасли в ближайшие 10 лет? Окажутся ли они востребованными в России? Если да, то каков прогноз их развития, распространения и применения в нашей стране? На эти вопросы отвечают эксперты – руководители компаний и ведущие специалисты отрасли.
Виталий
Александрович
Скоркин
кандидат химических наук,
менеджер по продажам Bruker Daltonics Russia
Бурное развитие компьютерной техники и микропроцессоров конца XX века способствовало совершенствованию практически всех видов аналитического оборудования. Возросло быстродействие, уменьшилось время сканирования/сбора спектров, упростилась схема обработки результатов. Многие характеристики аналитического оборудования достигли параметров, которые необходимы лишь немногим специалистам, и для рутинного применения совершенно излишни. Поэтому сегодняшние тенденции развития практически любого научного оборудования направлены в область практического применения. Особенно легко проследить такую тенденцию на примере масс-спектрометрического оборудования.
20 лет назад масс-спектрометры были чисто научным инструментом, обращаться с которым могли практически только специалисты. Кроме того, масс-спектрометры того поколения обладали низкими характеристиками и для идентификации результатов требовались высококвалифицированные ученые.
Современные разработки позволили в значительной степени автоматизировать постановку метода анализа и обработку результатов. Программные пакеты способны в автоматическом режиме проводить идентификацию соединений в многокомпонентных смесях, устанавливать структуру соединений и многие другие параметры. Для работы требуется все меньше человеческих усилий и профессиональных знаний. Масс-спектрометрия уже сейчас широко применяется в реальных областях, где она была экзотикой еще 10–20 лет назад, это: анализ продуктов питания, разработка лекарственных средств, контроль наркотических препаратов, допинг-контроль спортсменов и т.д. Масс-спектрометрия начинает играть значительную роль в постановке диагнозов в медицинских анализах, например, микробиологических заболеваниях, интоксикации тяжелыми элементами, неонатальном скрининге.
Поэтому основное направление сегодняшних разработок в области масс-спектрометрии направлено на увеличение устойчивости оборудования в условиях окружающей среды, уменьшение стадий пробоподготовки, нивелирование человеческого фактора, полной автоматизации процесса анализа. Разрабатываются новые источники ионизации, устойчивые к грязным матрицам, либо источники, способные к самоочистке без вмешательства пользователя или сервисного инженера. Создаются новые инертные электроды и детекторы, не восприимчивые к загрязнению, совершенствуется вакуумная техника для удаления эффектов матрицы.
Технологический уровень масс-спектрометров позволяет снижать требования к подготовке проб. Например, масс-спектрометры высокого разрешения могут детектировать искомый компонент даже в присутствии близких по массе матричных сигналов. Поэтому в будущем пробоподготовка перед вводом в масс-спектрометр станет либо совсем не нужной, либо полностью автоматической.
Последние программные продукты для масс-спектрометров, созданные для реальных рынков, уже включают в себя предустановленные методы для работы по конкретным методикам с получением отчетов установленного образца.
Рассчитанные на широкий круг потребителей анализаторы для решения конкретных задач, которые выдают надежный результат, не зависящий от квалификации пользователей,– это модель, по которой, скорее всего, будут развиваться практически все направления аналитического оборудования. Если это полностью удастся – они будут востребованы во всем мире и в России в том числе.
Константин
Сергеевич
Сычев
кандидат химических наук, ИП фирма "СКАН", центр прикладных разработок в области хроматографии
В ближайшее время развитие аналитики не будет напрямую связано с оборудованием. На первый план выйдут разработки новых аналитических подходов, в том числе комбинированных (hyphenated techniques), на фоне общей тенденции к повышению культуры аналитической работы.
Причина этой тенденции – стремительное насыщение рынка новейшей техникой при отставании методологической (разработка методик) и методической (обучение) баз. Это отставание и обуславливает неэффективность возможных попыток добиться прогресса отрасли в среднесрочной перспективе только за счет улучшения техники.
РФ этот тренд, безусловно, не обойдет стороной, но будет у него, как обычно, и своя специфика. Минус – это жесткий административный прессинг и рецессия в стране промышленного производства (-2% на январь 2013 года). Эти факторы, впрочем, действуют не выборочно, а оказывают общее угнетающее воздействие на отрасль.
Наиболее важным шагом на пути развития аналитики в России (это сугубо мое личное мнение) стала отмена обязательности ГОСТирования. Методики, наконец, стали обычным товаром, качество которого можно повышать вслед за ростом качества оборудования. К сожалению, усиление в последнее время статусности "министерских" и прочих "отраслевых" стандартов отыгрывает эти позитивные сдвиги обратно.
Специфика "в плюс" – это поистине огромная недооцененность в нашей стране квалифицированного труда. Доход лаборанта у нас может равняться доходу исследователя (разработчика) – что совершенно немыслимо в развитых странах, где затраты на квалифицированный труд превышают затраты на оборудование. Действительно: работа человека, способного с помощью удачной идеи сократить время анализа на порядок, и таким образом сэкономить на покупке десяти приборов, – должна оцениваться уж никак не меньше стоимости хотя бы одного.
Таким образом, стимулирование роста квалификации персонала лабораторий позволит реализовать огромный потенциал увеличения эффективности (т.е. повышения качества и рентабельности) аналитических измерений.
Яков Иванович
Яшин
доктор химических наук, профессор,
руководитель отдела исследований и разработок компании InterLab
Аналитическое приборостроение – это быстроразвивающаяся отрасль (ежегодный прирост 8,4%, несмотря на кризисы), к 2016 году по прогнозу общий объем составит 45 млрд. долл. (данные Research and markets).
Причина кроется в том, что аналитические приборы постоянно востребованы в жизненно важных областях. Методы и приборы аналитической химии обеспечивают качество и безопасность пищи, напитков, лекарств, окружающей среды (вода, воздух, почва), помогают диагностировать заболевания, обеспечивают безопасность на транспорте, поддерживают оптимальные условия производственных процессов. Кроме того, аналитические и научные приборы способствуют прогрессу в науке, технике и промышленности. Ежедневно миллионы анализов проводят в тысячах разных государственных, производственных и научных лабораториях.
Основные общие тенденции развития методов и приборов аналитической химии на ближайшие годы – это снижение пределов детектирования (повышение чувствительности), уменьшение времени анализа (создание экспрессных методов), увеличение разделительной способности хроматографических методов, увеличение разрешающей способности методом спектроскопии, миниатюризация приборов.
Перечислю основные направления развития аналитического приборостроения: продолжится интенсивное развитие методов хромато-масс-спектрометрии – ГХ-МС, ГХ-МС/МС, ВЭЖХ-МС, ВЭЖХ-МС/МС. Для многих областей эти комбинации идеальные, так как позволяют проводить одновременно как качественный, так и количественный анализы сложных многокомпонентных смесей; будут создаваться сенсоры всех типов; очень важна разработка специальных приборов для предотвращения антитеррористических угроз (определение взрывчатых и отравляющих веществ), в том числе с использованием спектроскопии ионной подвижности; ожидается широкое внедрение наночастиц и нанотехнологий в аналитическую практику; будут совершенствоваться процессы пробоподготовки и селективного концентрирования анализируемых компонентов, особенно из биообъектов и пищевых продуктов; продолжится автоматизация и роботизация анализов.
Алексей
Владимирович
Баранов
кандидат химических наук,
генеральный директор ЗАО "Спектроскопические системы"
На мой взгляд, в ближайшие 10 лет не изменится ресурсонаправленный вектор экономического развития нашей страны и мировых экономик, поэтому точное знание химического состава исходного сырья, промежуточных и готовых продуктов будет по-прежнему необходимо для правильного ведения технологических процессов в самых различных отраслях народного хозяйства. С появлением новых современных технологий остро встанет вопрос о повышении чувствительности аналитических методов и повышении скорости анализа. Химические методы анализа в большинстве случаев очень продолжительны, требуют наличия чистых реактивов, далеко не безвредны в экологическом плане и по большому счету не всегда отвечают требованиям современной науки и техники. Поэтому все шире и шире будут внедряться в практику физико-химические и физические методы определения химического состава вещества. Эти методы обладают многими существенными достоинствами (высокая чувствительность, быстрое получение результатов) и по ряду показателей превосходят так называемые классические методы аналитической химии (гравиметрический и титриметрический анализ). В области малых концентраций классические методы вообще неприменимы и анализ может быть выполнен только физико-химическими методами. Исключительное значение эти методы имеют для решения таких важных задач, как улучшение качества продукции и повышение эффективности производства. Среди этих методов одно из главных мест по праву занимает и будет занимать спектральный анализ, в частности, атомно-эмиссионный. Он основан на измерении длины волны, интенсивности и других характеристик света, излучаемого газообразными атомами вещества. Благодаря высокой избирательности спектрального анализа можно исследовать самые различные вещества, выбирая в каждом отдельном случае наиболее благоприятные условия для получения максимальной скорости, чувствительности и точности анализа.
Также в ближайшие 10 лет резервы улучшения механических и прочностных характеристик, а также потребительских свойств различных классов материалов, широко применяемых в народном хозяйстве, в том числе в качестве конструкционных, будут исчерпаны. Это касается применения ставших стандартными подходов легирования – в металлургии, использования модифицирующих добавок – в строительстве. Поэтому дальнейшее развитие таких принципиально важных мировых отраслей как ракето-, авиа- и автомобилестроение, энергетическое и химическое машиностроение, экологический транспорт, энергоэффективное строительство без разработки принципиально новых подходов к направленному дизайну материалов находится под угрозой. На этом фоне останутся привлекательными подходы, названные нанотехнологическими. По мнению большинства именно они в ближайшем будущем приведут к созданию новых видов инновационной продукции с уникальными характеристиками.
Особое внимание объясняется уменьшением размеров частиц материалов до нанометровых и, как следствие этого, резким увеличением доли поверхностной составляющей в общей энергии системы. Благодаря этому, энергетические зоны, характерные для большинства твердых тел, еще окончательно не сформировались, а дискретные атомные уровни, характеризующие одиночные атомы, уже начали трансформироваться. Таким образом, материалы, состоящие из наночастиц, могут приобретать другие свойства. Более того, их равномерное введение в различные матрицы или фрагменты матриц, например, в поверхностные слои, даже в небольших количествах, позволит в ближайшие годы существенным образом варьировать механические, физические и химические свойства последних, улучшать прочность, адгезию, вязкость, износостойкость. Наиболее "нанотехнологичным" на сегодняшний день элементом является, без сомнения, углерод. Порождая живые организмы, обеспечивая простор для химиков-органиков и аналитиков, специалистов в области полимеров, он способен образовывать углеродные нанотрубки и нановолокна, фуллерены, а также графен. Указанные материалы используются практически повсеместно. Ввиду продолжения резкого снижения стоимости, произошедшего в связи с открытием целого ряда достаточно масштабных производств, их использование не будет ограничиваться ставшей традиционной электроникой, но и продолжит распространяться на сорбенты, катализаторы, конструкционные, жаропрочные и строительные материалы. Огромную роль в дизайне этих материалов продолжат играть процессы функционализации и последующей самоорганизации, которые обеспечивают сродство углеродных материалов к матрицам различной природы.
Александрович
Скоркин
кандидат химических наук,
менеджер по продажам Bruker Daltonics Russia
Бурное развитие компьютерной техники и микропроцессоров конца XX века способствовало совершенствованию практически всех видов аналитического оборудования. Возросло быстродействие, уменьшилось время сканирования/сбора спектров, упростилась схема обработки результатов. Многие характеристики аналитического оборудования достигли параметров, которые необходимы лишь немногим специалистам, и для рутинного применения совершенно излишни. Поэтому сегодняшние тенденции развития практически любого научного оборудования направлены в область практического применения. Особенно легко проследить такую тенденцию на примере масс-спектрометрического оборудования.
20 лет назад масс-спектрометры были чисто научным инструментом, обращаться с которым могли практически только специалисты. Кроме того, масс-спектрометры того поколения обладали низкими характеристиками и для идентификации результатов требовались высококвалифицированные ученые.
Современные разработки позволили в значительной степени автоматизировать постановку метода анализа и обработку результатов. Программные пакеты способны в автоматическом режиме проводить идентификацию соединений в многокомпонентных смесях, устанавливать структуру соединений и многие другие параметры. Для работы требуется все меньше человеческих усилий и профессиональных знаний. Масс-спектрометрия уже сейчас широко применяется в реальных областях, где она была экзотикой еще 10–20 лет назад, это: анализ продуктов питания, разработка лекарственных средств, контроль наркотических препаратов, допинг-контроль спортсменов и т.д. Масс-спектрометрия начинает играть значительную роль в постановке диагнозов в медицинских анализах, например, микробиологических заболеваниях, интоксикации тяжелыми элементами, неонатальном скрининге.
Поэтому основное направление сегодняшних разработок в области масс-спектрометрии направлено на увеличение устойчивости оборудования в условиях окружающей среды, уменьшение стадий пробоподготовки, нивелирование человеческого фактора, полной автоматизации процесса анализа. Разрабатываются новые источники ионизации, устойчивые к грязным матрицам, либо источники, способные к самоочистке без вмешательства пользователя или сервисного инженера. Создаются новые инертные электроды и детекторы, не восприимчивые к загрязнению, совершенствуется вакуумная техника для удаления эффектов матрицы.
Технологический уровень масс-спектрометров позволяет снижать требования к подготовке проб. Например, масс-спектрометры высокого разрешения могут детектировать искомый компонент даже в присутствии близких по массе матричных сигналов. Поэтому в будущем пробоподготовка перед вводом в масс-спектрометр станет либо совсем не нужной, либо полностью автоматической.
Последние программные продукты для масс-спектрометров, созданные для реальных рынков, уже включают в себя предустановленные методы для работы по конкретным методикам с получением отчетов установленного образца.
Рассчитанные на широкий круг потребителей анализаторы для решения конкретных задач, которые выдают надежный результат, не зависящий от квалификации пользователей,– это модель, по которой, скорее всего, будут развиваться практически все направления аналитического оборудования. Если это полностью удастся – они будут востребованы во всем мире и в России в том числе.
Константин
Сергеевич
Сычев
кандидат химических наук, ИП фирма "СКАН", центр прикладных разработок в области хроматографии
В ближайшее время развитие аналитики не будет напрямую связано с оборудованием. На первый план выйдут разработки новых аналитических подходов, в том числе комбинированных (hyphenated techniques), на фоне общей тенденции к повышению культуры аналитической работы.
Причина этой тенденции – стремительное насыщение рынка новейшей техникой при отставании методологической (разработка методик) и методической (обучение) баз. Это отставание и обуславливает неэффективность возможных попыток добиться прогресса отрасли в среднесрочной перспективе только за счет улучшения техники.
РФ этот тренд, безусловно, не обойдет стороной, но будет у него, как обычно, и своя специфика. Минус – это жесткий административный прессинг и рецессия в стране промышленного производства (-2% на январь 2013 года). Эти факторы, впрочем, действуют не выборочно, а оказывают общее угнетающее воздействие на отрасль.
Наиболее важным шагом на пути развития аналитики в России (это сугубо мое личное мнение) стала отмена обязательности ГОСТирования. Методики, наконец, стали обычным товаром, качество которого можно повышать вслед за ростом качества оборудования. К сожалению, усиление в последнее время статусности "министерских" и прочих "отраслевых" стандартов отыгрывает эти позитивные сдвиги обратно.
Специфика "в плюс" – это поистине огромная недооцененность в нашей стране квалифицированного труда. Доход лаборанта у нас может равняться доходу исследователя (разработчика) – что совершенно немыслимо в развитых странах, где затраты на квалифицированный труд превышают затраты на оборудование. Действительно: работа человека, способного с помощью удачной идеи сократить время анализа на порядок, и таким образом сэкономить на покупке десяти приборов, – должна оцениваться уж никак не меньше стоимости хотя бы одного.
Таким образом, стимулирование роста квалификации персонала лабораторий позволит реализовать огромный потенциал увеличения эффективности (т.е. повышения качества и рентабельности) аналитических измерений.
Яков Иванович
Яшин
доктор химических наук, профессор,
руководитель отдела исследований и разработок компании InterLab
Аналитическое приборостроение – это быстроразвивающаяся отрасль (ежегодный прирост 8,4%, несмотря на кризисы), к 2016 году по прогнозу общий объем составит 45 млрд. долл. (данные Research and markets).
Причина кроется в том, что аналитические приборы постоянно востребованы в жизненно важных областях. Методы и приборы аналитической химии обеспечивают качество и безопасность пищи, напитков, лекарств, окружающей среды (вода, воздух, почва), помогают диагностировать заболевания, обеспечивают безопасность на транспорте, поддерживают оптимальные условия производственных процессов. Кроме того, аналитические и научные приборы способствуют прогрессу в науке, технике и промышленности. Ежедневно миллионы анализов проводят в тысячах разных государственных, производственных и научных лабораториях.
Основные общие тенденции развития методов и приборов аналитической химии на ближайшие годы – это снижение пределов детектирования (повышение чувствительности), уменьшение времени анализа (создание экспрессных методов), увеличение разделительной способности хроматографических методов, увеличение разрешающей способности методом спектроскопии, миниатюризация приборов.
Перечислю основные направления развития аналитического приборостроения: продолжится интенсивное развитие методов хромато-масс-спектрометрии – ГХ-МС, ГХ-МС/МС, ВЭЖХ-МС, ВЭЖХ-МС/МС. Для многих областей эти комбинации идеальные, так как позволяют проводить одновременно как качественный, так и количественный анализы сложных многокомпонентных смесей; будут создаваться сенсоры всех типов; очень важна разработка специальных приборов для предотвращения антитеррористических угроз (определение взрывчатых и отравляющих веществ), в том числе с использованием спектроскопии ионной подвижности; ожидается широкое внедрение наночастиц и нанотехнологий в аналитическую практику; будут совершенствоваться процессы пробоподготовки и селективного концентрирования анализируемых компонентов, особенно из биообъектов и пищевых продуктов; продолжится автоматизация и роботизация анализов.
Алексей
Владимирович
Баранов
кандидат химических наук,
генеральный директор ЗАО "Спектроскопические системы"
На мой взгляд, в ближайшие 10 лет не изменится ресурсонаправленный вектор экономического развития нашей страны и мировых экономик, поэтому точное знание химического состава исходного сырья, промежуточных и готовых продуктов будет по-прежнему необходимо для правильного ведения технологических процессов в самых различных отраслях народного хозяйства. С появлением новых современных технологий остро встанет вопрос о повышении чувствительности аналитических методов и повышении скорости анализа. Химические методы анализа в большинстве случаев очень продолжительны, требуют наличия чистых реактивов, далеко не безвредны в экологическом плане и по большому счету не всегда отвечают требованиям современной науки и техники. Поэтому все шире и шире будут внедряться в практику физико-химические и физические методы определения химического состава вещества. Эти методы обладают многими существенными достоинствами (высокая чувствительность, быстрое получение результатов) и по ряду показателей превосходят так называемые классические методы аналитической химии (гравиметрический и титриметрический анализ). В области малых концентраций классические методы вообще неприменимы и анализ может быть выполнен только физико-химическими методами. Исключительное значение эти методы имеют для решения таких важных задач, как улучшение качества продукции и повышение эффективности производства. Среди этих методов одно из главных мест по праву занимает и будет занимать спектральный анализ, в частности, атомно-эмиссионный. Он основан на измерении длины волны, интенсивности и других характеристик света, излучаемого газообразными атомами вещества. Благодаря высокой избирательности спектрального анализа можно исследовать самые различные вещества, выбирая в каждом отдельном случае наиболее благоприятные условия для получения максимальной скорости, чувствительности и точности анализа.
Также в ближайшие 10 лет резервы улучшения механических и прочностных характеристик, а также потребительских свойств различных классов материалов, широко применяемых в народном хозяйстве, в том числе в качестве конструкционных, будут исчерпаны. Это касается применения ставших стандартными подходов легирования – в металлургии, использования модифицирующих добавок – в строительстве. Поэтому дальнейшее развитие таких принципиально важных мировых отраслей как ракето-, авиа- и автомобилестроение, энергетическое и химическое машиностроение, экологический транспорт, энергоэффективное строительство без разработки принципиально новых подходов к направленному дизайну материалов находится под угрозой. На этом фоне останутся привлекательными подходы, названные нанотехнологическими. По мнению большинства именно они в ближайшем будущем приведут к созданию новых видов инновационной продукции с уникальными характеристиками.
Особое внимание объясняется уменьшением размеров частиц материалов до нанометровых и, как следствие этого, резким увеличением доли поверхностной составляющей в общей энергии системы. Благодаря этому, энергетические зоны, характерные для большинства твердых тел, еще окончательно не сформировались, а дискретные атомные уровни, характеризующие одиночные атомы, уже начали трансформироваться. Таким образом, материалы, состоящие из наночастиц, могут приобретать другие свойства. Более того, их равномерное введение в различные матрицы или фрагменты матриц, например, в поверхностные слои, даже в небольших количествах, позволит в ближайшие годы существенным образом варьировать механические, физические и химические свойства последних, улучшать прочность, адгезию, вязкость, износостойкость. Наиболее "нанотехнологичным" на сегодняшний день элементом является, без сомнения, углерод. Порождая живые организмы, обеспечивая простор для химиков-органиков и аналитиков, специалистов в области полимеров, он способен образовывать углеродные нанотрубки и нановолокна, фуллерены, а также графен. Указанные материалы используются практически повсеместно. Ввиду продолжения резкого снижения стоимости, произошедшего в связи с открытием целого ряда достаточно масштабных производств, их использование не будет ограничиваться ставшей традиционной электроникой, но и продолжит распространяться на сорбенты, катализаторы, конструкционные, жаропрочные и строительные материалы. Огромную роль в дизайне этих материалов продолжат играть процессы функционализации и последующей самоорганизации, которые обеспечивают сродство углеродных материалов к матрицам различной природы.
Отзывы читателей
