冯金生：从质谱分析到大型仪器的实验室管理

　　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。

　　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 Universit?t 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。