中国目前的科研仪器处于什么水平？目前的国产仪器替代国外仪器运动会成功吗？

营养师

中国目前的科研仪器处于什么水平？目前的国产仪器替代国外仪器运动会成功吗？
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长长的路

中国部分科研仪器处于国际先进水平，除了要加快国产仪器替代国外仪器，还要研制各种先进的仪器、无法进口的仪器。
飞秒-纳米时空分辨光学实验系统
北京大学龚旗煌团队的飞秒-纳米时空分辨光学实验系统是世界上最先进的极限时空分辨实验系统之一，国际上仅有少数几个国家在研制相关设备。
该系统结合极紫外光源和光电子显微镜，能够同时实现飞秒级的超高时间分辨率和纳米级的超高空间分辨率，并且具备能量和动量分辨能力，其部分性能指标已经达到了国际领先水平，可用于芯片、光电器件、半导体材料、纳米材料等领域的研究。


超快结构光超分辨荧光显微镜系统
哈尔滨工业大学仪器学院和北京大学未来技术学院合作研发的超快结构光超分辨荧光显微镜系统，在低光毒性条件下，把结构光显微镜的分辨率从110纳米提高到60纳米，是目前活细胞光学显微成像中分辨率最高（60纳米）、速度最快（564帧/秒）、成像时间最长（1小时以上）的超分辨显微仪器。
该科研团队提出了一种计算显微成像算法，可以突破光学衍射极限，加上荧光成像的前向物理模型以及压缩感知理论，同时结合稀疏性与时空连续性的双约束条件，开发出稀疏解卷积技术，提高了时空分辨率和频谱，从而研发出超快结构光超分辨荧光显微镜系统。这项技术适用于大多数荧光显微镜成像系统模态，能够实现近两倍的稳定空间分辨率提升，可用于精准医疗、新药研发、生物科学等领域。

继续前进

今天给大家科普一个我们自己的大科学装置——中国（东莞）散裂中子源
大科学装置离我们普通人的日常生活似乎很远，但是又为什么需要建设大科学装置，其用途与意义何在？
     物质结构决定了物质性质，散裂中子源就像“超级显微镜”，是研究物质微观结构的理想探针，帮人类揭开微观世界的神秘面纱。金属疲劳、可燃冰、磁性材料、化学反应催化剂的原位研究等等都必须使用散裂中子源。“空中巨无霸”空客A380机翼的铆接工艺，是在散裂中子源上试验不同的焊接和铆接方法，得到最优化的工艺。1998年德国高铁事故，科学家利用中子散射对车轮进行研究，最终找到解决方案。因此大科学装置对我们未来社会的发展至关重要。
何为中子散射技术？
      中子和人们熟知的x射线一样，都是人类探索物质微观结构的有力手段，但中子不带电、具有磁矩、穿透性强，能分辨轻元素、同位素和近邻元素，且有对样品的非破坏性的特点．中子极强的穿透性使得在多种极端条件下探测样品成为可能，并且易于检测大型工业部件；中子的固有磁矩是揭示材料微观磁结构和磁涨落的强有力手段；中子波长覆盖了从氢原子到生物大分子的宽广范围，相应的能量区间最适于研究这些物质中的各种相互作用和动态过程，从分子振动、晶格振动到电子跃迁；中子对轻元素和同位素十分敏感，对被测样品扰动小且无破坏性，因此是研究具有活性的生物样品的强有力手段，有利于研究微观结构的细微变化．
中子散射技术的中子源有两种：反应堆的中子源和基于质子加速器的散裂中子源。前者通常是时间连续的，后者则是脉冲的。两者各有优点，在应用上具有互补性．比较而言， 散裂中子源具有一些独特而优异的性能，主要包括；散裂中子源可提供丰富的高能短波长中子，以保证高Q值、高能量转移的中子散射需求；可实现低本底中子散射数据的获取，信噪比大为提高； 无需使用核原料，同时不产生强放射性核废料。
散裂中子源的原理是什么？
散裂中子源是利用强流质子加速器加速质子轰击重金属靶产生中子的装置。简而言之，质子经过直线加速器和环形加速器的不断加速，轰击在重金属靶上，激发出高速的中子束，然后经过慢化处理，通过中子导管进入到不同的实验区（谱仪），以此观测物质内部结构。



散裂中子源工作原理示意

中国散裂中子源
中国散裂中子源是我国第一台强流质子加速器驱动的高通量脉冲中子源，是由1.6GeV的高能质子轰击重金属靶而产生强流中子, 并利用中子研究物质微观结构和运动的重要科学设施, 主要由质子加速器,中子靶站和中子散射谱仪等三大部分组成。
质子加速器包括直线加速器和快循环同步加速器。离子源产生的负氢离子束，先经低能输运线、射频四极加速器(RFQ)、中能输运线和漂移管直线加速器加速。输出能量为80兆电子伏，80兆电子伏的负氢离子通过剥离转变为质子束注入快循环同步加速器进行累积和加速。产生流强高、脉冲短的质子束流。
靶站是散裂中子源中将加速器输出的高能质子脉冲转化成适合中子散射用的慢中子(<1电子伏)脉冲的设施。高能质子脉冲入射重金属靶体，通过散裂反应产生大量快中子。快中子在退耦合水(温度300开)、耦合液氢(温度20开)、退耦合窄化液氢(温度20开)等三个慢化器中，慢化后输出短脉冲、高脉冲通量的慢化中子，通过中子束线提供给中子散射谱仪。
中子散射谱仪是用于中子散射实验的装置，是散裂中子源应用最主要的部分。散裂中子源的谱仪形式和名称多种多样，但基本可分为弹性散射谱仪和非弹性散射谱仪两大类，每大类中又各包含多种小类。而每一类谱仪中又可分为很多种，任何一种谱仪都会因各个部件参数上的差异而具有不同的性能和应用领域。例如，粉末衍射仪中有高分辨粉末衍射仪、高通量粉末衍射仪、工程用粉末衍射仪、非晶液态粉末衍射仪等等。


中国散裂中子源的全球地位
目前世界上运行的脉冲式散裂中子源主要有美国的IPNS和LANSCE，英国的ISIS，日本的J-PARC，中国的散裂中子源（CSNS）将与英国，美国，日本的散裂中子源并列成为世界四大主要脉冲散裂中子源科学中心之一。其有效中子通量届时将位于世界第三，超过目前英国的ISIS，为MW量级的美国SNS和日本J-PARC的四分之一．可以保证我国在中子散射多科学领域的先进地位，实现预期的科学目标。

感恩由您

因为老王不了解所有的科研仪器，没法笼统的说国产仪器处于什么水平。但老王是离子色谱行业的老人了，这个倒是可以说上一说。

1983年中国是没有离子色谱仪的，那时，中国改革开放没几年，经济正在慢慢恢复。也正是那个时候，在天津多国仪器展览会上，美国研发的离子色谱仪吸引了国人的关注，但他们却说：你们中国几十年都搞不出来！

凭什么？为什么？飞机、大炮、原子弹你们这么说也就够了，一个离子色谱仪，我们还得搞几十年嘛

于是，国人开始研究离子色谱仪，终于在1983年成功研制出第一台国产离子色谱仪的原理样机ZIC-1，并在青岛崂山电子仪器实验所实现了批量化转产。

离子色谱仪发展到现在已经将近40年了，中国优秀的离子色谱仪厂家非常多，而离子色谱仪的核心技术也掌握在国产企业之中。比如青岛盛瀚，自主研发的色谱柱分离技术，是继赛默飞、昭和之后，全球第三家可批量生产离子色谱柱的企业。

目前，国产离子色谱仪已经进入赶超阶段。技术、产品设计和质量上，都达到了进口产品的水平。在软件功能和规范方面，尤其是制药领域，国产离子色谱仪和进口产品还有一定的差距。

老王相信，国产替代一定会成功。国产仪器设备支持政策、资本介入、产业规划……我们相信国产科学仪器的发展会越来越好，国产替代进口的进程会更加顺利。

队长是我

科技的发展离不开科学仪器，越是高端科技，越离不开与之匹配的高端仪器作为科研的支撑。

正解局出品

一说起卡脖子，很多人想到芯片。

改革开放四十多年，我国仍然摆脱不了对少数品类产品进口的高度依赖，排名前三的是芯片、石油——以及不为大多数人了解的科学仪器。

我国90%的高端科学仪器要进口，被国外公司垄断。

如何才能破解“卡脖子”？




科学仪器被称作科学家“窥视世界原始信息数据源头的眼睛”。

据统计，到2017年，诺贝尔奖自然科学获奖项目中，因发明科学仪器而直接获奖的项目占11%。72%的物理学奖、81%的化学奖、95%的生理学或医学奖都是借助尖端科学仪器来完成的。

想做出点别人做不出来的研究，手里也得有别人没有的家伙式儿。

以现代物理研究为例，约有1/4的诺贝尔物理学奖获得者的工作与仪器研制有关。

在当代科学研究中，谁拥有先进的仪器，谁就掌握了探索和发展的主动权。

从这个角度讲，我国在科学仪器领域所掌握的主动权实在太少了。

据统计，去年中国研究与试验发展经费支出为2.79万亿元。其中四分之一的投入是仪器设备采购费用，占科研固定资产投资的近6成。

然而，在如此庞大的市场规模下，国产科学仪器能抢到市场份额的却屈指可数。




科学仪器采购数据

目前，中国约73％的分析测试仪器需要进口，某些高档精密仪器的进口比例更高，个别特种专用仪器则完全依赖进口。例如国内的电子显微镜市场，就有99%的份额被全球五家公司瓜分。

类似核磁共振波谱仪、液质联用仪、X射线衍射仪的“国货”占比率，则更是只有可怜的0.99%、1.19%、1.32%。

毫不夸张地说，在高端科研仪器上，卡脖子的情况更加严峻！

2018年，北大核磁共振中心一台布鲁克核磁共振仪出了故障。

校方向仪器生产方的国外厂商发出售后要求，得到的回复却是，先付23万元人工费，然后才去做修理准备。

换句话说，即使没能修好，这笔钱也不会退还。




北大核磁中心一台950兆赫的核磁共振仪正在工作

听到这种无理要求，北大核磁共振中心愤而终止合作。






北大核磁共振中心的声明

可强硬的态度解决不了实际的无奈，以至于集齐了国内该领域多名工程师之合力，却依然无法修好这台仪器。

现实很骨感，国内几乎没有厂家能生产这种叫核磁共振仪的东西，连关键零部件也不行。

由于我国的高端科学仪器过于依赖进口，在关键项目尤其是重大项目的研发中，很容易在关键设备和部件上被“卡脖子”，类似北大这样被“勒索”的情况屡见不鲜。




在大众心目中属于“高精尖”的科研领域里，恐怕每个人都得承认，国产仪器确实跟国际水平有一定差距。

首先是技术鸿沟。

国产品牌在技术上与国外品牌的差距仍然很大，并且短时期内难以赶超。

发达国家在高端仪器领域有几百年的技术积淀，社会对创新的激励机制也更加合理，这方面的建设绝非一朝一夕。

同其他技术领域一样，高端科研仪器不仅受制于制造这个单一因素的影响，而且受制于研发、知识产权保护、生产、市场流通、应用、技术创新等方方面面因素的影响。

比如用于分析物质结构和材料微结构的X射线衍射仪，应用广泛，目前世界范围内的供应商主要有日本的Rigaku Corporation、荷兰的PANalytical B.V.和德国的Bruker等公司，仪器本身和附件的精密度和多功能性很高，软件的智能化程度也不错。

相对来说，国产产品不仅在仪器本身的技术方面稍有落后，在软件和附件方面的差异尤其巨大。




某网友对国产X射线衍射仪的评论

其次，国产仪器的零部件不过关。

很多仪器在关键部件上采用进口零件，一些无关紧要的部件则用国产替代，但这两者的落差有点大。

曾经有网友就调侃过，他们单位买过的一台国产的凯氏定氮仪，一个按钮开关，一按下去就按不上来了，感觉开关配件就像是地摊市场上买的，质量非常不好，经常是用不了多久，隔三差五就出问题。

而国外进口的仪器，品牌声誉更好。

配件用的都是知名厂商的产品，虽然价格贵了不少，但稳定性高、重复性好，最主要是省去很多麻烦。

第三，国产仪器的配套和周边建设很不到位。

买科学仪器跟买手机一样，也需要重视产品的生态圈，这有点像是iPhone和Apple Store的关系。

国外的知名仪器厂家的产品，并非单一的存在，而是与有很多子公司生产配套的配件和耗材有关联。

这些都能保证科研工作能在一个标准框架下更加简便地进行。

经过很长时间的共生，国外品牌间配合的“默契程度”很高，此时突然插进一个国产仪器，自然匹配度不高。




科学仪器设备

第四，科学研究的用户圈在国外，限制了国产仪器的普及。

不可否认，科学研究的重心仍然在欧美等发达国家，国外的科研工作者使用的是国外的仪器。

当实验有问题的时候，很多人喜欢上网发布问题，寻求解答。

用国外仪器的话，大概率会有前人碰见过一样的问题，有些甚至能直接找到相关的期刊论文，直接提供解决方案。

如果用国产仪器，同样的状况恐怕就只能去问厂家的技术支持了。




国外一篇关于核磁检测的论文，实验使用瓦里安和布鲁克品牌的仪器

第五，科学研究本身具有试错成本超高的特性。

有很多实验室，在做关键研究时，会要求使用进口仪器和进口试剂。

理由很简单，如果最好的仪器和试剂，实验都做不出来，说明是想法不对，那就直接不用继续尝试了。

反之，如果不用最好的仪器和试剂，那么当实验做不出来的时候，到底原因是什么呢？真的是想法不对吗？

恐怕就没人能说准了。

所以，与其花时间纠结后果，还不如一开始就从根本上用大家都认可的仪器设备来得省心。

有鉴于此，国内的科学家只要钱足够，大都更愿意掏钱买进口设备，留给国产科研仪器的预算很低，进一步减少了国产科研仪器的“出场”机会。

恶性循环由此产生。




历史地看，国产科学仪器的落后有一定的历史原因。

上世纪90年代之前，科学仪器被简单地视作科技发展的配角，很长时间内不被重视，以至于国家仪器仪表局都被撤销。

这是我国科学仪器发展的一个低潮期，科学仪器相关的技术发展也随之停滞下来。

国内的科学仪器发展失去了宝贵的10年，出现断代，落后于国外产品。

而此时又恰逢中国科技发展的繁荣期，学者们目力所及的都是国外仪器，严重影响到国人对国产科学仪器的认知，国外品牌在品牌认知方面对于国产品牌具有降维打击的优势。

这种固有的偏见，需要国产仪器品牌在技术追赶的同时慢慢改变。

国产仪器品牌想要扭转劣势，必须认清事实，知耻而后勇。

第一，满足客户的需求，才有突围的可能。

全面地看，产品想被市场接受，被客户信任，光靠技术可不行，得实实在在做到“用户至上”，做到为用户提供比国际大牌更诚挚的服务才行。

2019年11月，清华大学某实验室在使用进口仪器时出现故障。若返回原厂维修，耗时长，花费大，于是实验室尝试联系了一家生产同类型仪器的企业。

这家企业早在此一年前，就发布了中国首台商用脉冲式电子顺磁共振（EPR）波谱仪，且具有自主研发实力和专业的服务支持体系。

在得知清华大学的情况后，这家企业马上安排工程师前往，仅用了4个工作日，就彻底解决了用户的问题，比返回原厂维修，节约了近一个月的时间。




国内首台“脉冲式电子顺磁共振波谱仪”发布

反观国外仪器品牌，凭借垄断地位，常常店大欺客。

以前文中跟北大闹掰的布鲁克为例，2018年底的一份实名的满意度调查显示，188名国内用户，对售后服务满意的不到5%，过半不满意；对售后部门负责人的满意度仅有1%，超过七成不满意。

在售后服务的具体问题中，最不满意的前三项分别是：零部件价格昂贵，售后涨幅大涨速快，售后维修响应慢。

对手的短板，就是国产突围的方向！

第二，扎稳中端市场，蚕食高端市场。

国内企业在科研仪器技术上的差距诚然存在，但经过近20年的发展，在国家政策大力支持的背景下，国内企业不断进行技术沉淀和积累。

在中高端市场内，国内外科学仪器的技术差距越来越小，部分国产产品达到国际先进水平。

目前，在高端科学仪器领域，国内企业也在积极扭转劣势。

双光子成像技术是研究活体特别是脑神经运动最合适的成像技术之一，对应的显微镜在国内一度空白。

2017年，北大程和平院士和陈良怡教授牵头研发出微型化双光子活体成像技术，其核心技术是可佩戴的微型化双光子荧光显微镜，重量仅有2.2g。

使用这部重量最轻的双光子显微镜，他们首次获得小鼠自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰稳定的图像，相关成果在国际知名学术期刊发表。




程和平院士和陈良怡教授在Nature Methods上发表的论文

研究团队成立了超维景公司，产品成型并已小批量出货，国内产品销售额过亿，国际产品销售额也超千万，已达成国际合作的有德国马普神经所、德国波恩大学、德国马普鸟类研究所、美国纽约大学、美国马普神经所等国际知名研究机构。

以医用核磁共振成像仪来说，低端的0.5T以下的市场，因为市场很小，进口品牌在2015年前后就已经完全退出国内市场；中端的1.5T市场占国内市场占比的六成，国产品牌已经占有半壁江山，年发货量超百台的国产品牌有上海联影和苏州朗润；3.0T的高端和7.0T的超高端产品市场中，联影也已分得一杯羹。

去年，联影医疗的高场核磁共振研发项目还荣获2020年度国家科学技术进步一等奖。

不过，还是应该意识到，医用核磁共振成像仪虽然能做很多临床医学研究，但终归还是偏应用的仪器，并不代表核磁共振成像技术的最前沿。

在科研领域的核磁共振波谱仪，国产仪器占比仅为0.99%。

第三，把握科学仪器发展的未来与趋势。

历史地看，科学仪器的发展也有自身的规律和潮流，产品智能化、专业化、便携化是仪器行业的发展趋势。

科学仪器已进入“智能仪器”的阶段。

仪器已经不仅是简单的硬件实体，而是仪器和处理器的结合。

现在的很多高端仪器上已经搭载了功能强大的工作站，将数据实时输出，还可用多种方式处理，大大提高了科研的效率。

智能化的仪器可以进一步消除人为因素造成的误差，让实验结果更准确更可靠，科学研究也更专业。

功能强大的便携化科学仪器让科学实验的开展不再囿于实验室内，而是到现场观察、试验、记录，以及处理数据。

便携式检测是案件办理中急需的仪器分析技术，聚光科技自主研发生产的便携式气质联用仪十多年前就打开了国内市场，还中标了公安部的采购。

在长期的使用中，国产仪器的成熟性和稳定性得到了国家相关部门的支持和认可，为打破进口仪器垄断提供了坚实的基础。

科学技术是第一生产力。

科技的发展离不开科学仪器，越是高端科技，越离不开与之匹配的高端仪器作为科研的支撑。

发展国产高端科研仪器，不仅是在撬开卡我们脖子的那只手，更是给我国高科技的未来发展，打下坚实的基础。

希望国产科研仪器早日成长，成为国内科研的基石。

原来源：90%靠进口：中国高端科学仪器，何时不被“卡脖子”？
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清风寡欲

这个问题刚出来时，我是挺想回答的。我本身就是分析化学专业，读研时还报了一位研究质谱的老师，后来因为各种原因没去，现在想想还挺对不住那位老师的。我对这个领域确实很关注，但是科研仪器包含范围很广，仪器也很多，要想全面介绍需要做大量的调查，是个耗时耗力的活儿。而我最近又比较忙，抱着摆烂的心态，挖坑就挖坑吧，自然懒得花时间写这个。不过没想到五个月过去了，还有人在评论区等回答。那我就多多少少写一些吧。另外说一点，这篇内容会比较长，可能会分好几次更，毕竟我需要查一些资料。如有不妥之处，还望大家指出。
       首先，我需要先对科研仪器做一些分类，再逐个分析，分类的仪器主要是化学专业常用的一些仪器。初步分为色谱-质谱类，电镜类，光谱类，核磁类，小型仪器类，分类没有那么严谨，想到啥写啥，后面可能会再改，像核磁实际上也是一种光谱仪器，只是核磁实际上是很重要的一类仪器，所以就单列出来。小型仪器类指的是很多相对小型、价格较低的仪器，像离心机、干燥箱、摇床之类的，基本每个实验室都会有，也列出一类来。另外，像很多生物专业经常用到的仪器，由于知识有限，这里就不多涉及了。
       在逐类分析之前，先描述一下国产仪器的总体水平，其实跟很多制造业差不多，基本上只能生产一些中低端仪器，高端商业仪器没什么存在感。一方面是由于技术原因，制造不出高性能高稳定性的仪器，另一方面是由于市场原因，仪器水平不行没就没人买。反过来，没人买就没钱去研发，只会导致恶性循环。这一点在芯片领域也是这样，不过由于制裁和国产化进程，现在国内芯片市场已经不是问题了，恶行循环被打破，开始良性循环了，虽然与国外先进制程还有很多方面的差距，不过发展已经在正轨了，接下来就交给时间了。不幸的是，在国产科研仪器方面，这个恶行循环目前还没有被打破，而且暂时也没有被打破的希望。科研仪器虽然大家都说很重要，全球每年销售额好像也就几百亿美元，与芯片数万亿的市场需求还是相差甚远。而且国产仪器也还没有发展到要被制裁的水平，国产化也没有那么紧急。虽然目前也有一些利好，比如政府层面一些基金和政策的支持，国产仪器公司有很多人在做，但是在大背景下，国产商业仪器发展还是很艰难。
<hr/>       先占个坑，这个问题我其实一直很关注，也跟自己专业相关，想写的内容比较多，等我有时间慢慢写。