中国科学院院士俞汝勤教授
分析化学与化学计量学
总体来讲,分析化学在化学领域还不算是很强大的学科,常被视为仅提供一些服务性工作的学科,不是很被看重。俞汝勤先生说到,打个比方,就像病人去医院看病只知道医生,并不重视医院的各类检查化验室;分析化学就类似医院的化验室,你说地位会很高吗?不会很高!尽管化学家作出新的贡献,也离不开分析化学的帮助。比如,找到一个新的物质、材料,这也需要分析化学来检测。但是,人们只记住了发现新现象、新化合物的人,而忽视了其中的分析工作者。在化学界,分析化学家要取得一些成绩很艰难,需要付出更多的努力,才能让人来重视这个学科。其实,化学界本身对分析化学还予以小视是没有道理的。
回顾历史,200多年前,德国的哲学家康德提出一个论点,化学在我看来,还不能算是一个真正的科学。因为化学家还不能用数学方法来处理化学问题,不能用数学演绎化学原理,化学只是经验的总结;而物理学是真正的科学,可以用数学来处理。康德这个观点对学术界影响非常大,所以长期以来,人们认为化学这门学科还是有欠缺的,比物理学有差距,差距在无法用数学来演绎化学理论。今天,化学可以正面地回答康德当年的问题了,已经没有人怀疑化学不是一门真正的科学,用计算化学、量子化学等来演绎、阐述化学理论,应用数学来解决化学问题,这也包含了化学计量学。分析化学家和理论化学家走到一起,应用数学原理来演绎化学问题做的相当成功,尤其结合计算机技术后,效率很好。
今天重提康德的老话。当年,化学受到这样一个评价;现在,分析化学也面临一个窘境——化学界对分析化学的定位不太高,虽然觉得分析化学是必要的,但并不觉得是一个蛮有地位的分支,只是辅助的。
不要忽视分析化学的一个重要分支——化学计量学,化学计量学是化学领域、特别是分析化学领域相关的比较新兴的东西,发展迅速,目前已经在一定程度上可与计算化学、量子化学相比肩。化学计量学具有一个特点:运用数学化、建立数学模型、充分利用数学方法,代表着分析化学的科学化、信息化方向。
分析化学应用数学虽然不是最好的,但绝不是用的很差的。分析化学家发展化学计量学发展的很好,利用数学方法取得了很高的水平。当年,化学家不能很好地用数学来演绎化学科学,所以不承认化学是一门真正的科学;今天,化学家不应该忘记当年为什么被人家觉得化学科学水平不高、不是真正的科学;化学界对分析化学不要存在有偏见,忽视分析化学这一分支,这个很重要的分支,俞汝勤先生强调到。
同时,分析化学界也要重视化学计量学,把分析化学进一步提高。要记住,当年化学家的数学模型建立的不好,让康德不认为化学是一门科学,现在分析化学界还有一些人忽视化学计量学。其实,现在要把分析化学地位提高,把化学计量学搞好就是一个很重要的方面。因为这正好代表了分析化学家可以应用数学方法演绎分析化学理论、解决分析化学的问题,化学计量学将帮助分析化学真正确定学科地位——那就是康德意义上的科学。应该把化学计量学发展好,俞汝勤说到:“倡导在化学研究当中,尽量提高研究水平,充分地利用数学模型,建立一个严谨的现代分析化学。康德给哲学带来了哥白尼式革命,重温康德对早期化学的评价,可以引起分析化学界重视化学计量学这一分支,认识到分析化学与化学计量学结合的美好道路,在化学研究中掀起一场‘哥白尼式的革命’ ”。
化学计量学在中国
国际上,化学计量学是在20世纪70年代初发展起来的;中国的化学计量学基本与国际同步,只是由于历史原因稍有所耽搁,1976年开始起步。随着计算机时代来临,整个科学技术都在实现四个现代化、在走信息化道路,分析化学也不例外。我国老一代科学家把化学学科、分析化学发展起来,在建国以后的资源勘探(找矿)、两弹一星特殊材料分析等方面,老一辈分析化学家做出很多贡献。现在,面临学科跟上仪器化、现代化、信息化的时代要求,新一代分析化学人也要跟上。
中国化学计量学在世界上已经占有一席之地,据英国统计,2009年开始,中国学者在国际上的刊出文章数量已经名列前茅。化学计量学有两个重要杂志:一个是主编在欧洲的《化学计量学与人工智能实验室杂志》,另一个是主编在美国的《化学计量学杂志》。据了解,前者,中南大学教授梁逸曾参与编辑、审定工作,并负责亚洲地区的稿件;后者,俞汝勤先生出任编辑,承担亚洲地区的稿件组织、审定工作。
俞汝勤说到, “国际化学计量学大会”放在亚洲、放在中国、放在长沙开,这是很不容易的一件事。作为化学计量学领域代表最高学术地位的会议,以前一直在欧、美两大洲轮流召开,这是第一次放在亚洲·中国召开。第十五届国际化学计量学大会能在中国成功举办,一方面,中南大学教授梁逸曾和湖南大学教授吴海龙做了很多工作:2012年,在匈牙利布达佩斯召开,他们两人提交了在中国主办的申请,经科学委员会审议,得到初步肯定的答复;在2014年美国召开的大会上,最终确定第十五届在亚洲·中国召开。另一方面,这也是对中国化学计量学学术地位的肯定,主办地必须具有较好的基础,才能办好大会;这也就是说,国际上承认中国湖南是世界上做化学计量学的一个重要地点,他们至少承认这个事实。本届会议吸引近80位外国专家学者代表到会,国际化学计量学的许多核心代表人物到会,现场学术交流非常活跃。
说起在第十五届国际化学计量学大会所授予的化学计量学终身成就奖,俞汝勤先生表示:“我感到很惭愧。因为这个奖代表比较高的荣誉;所以,我看成是这个奖是代表国际同行对中国化学计量学学界的鼓励,把这个奖授予一个中国的学者,说明国际同行认同我们的工作,我们做的工作还是很有限,这也是国际同行对中国化学计量学学者的一个鼓励吧!我们将继续努力。”(相关报道请见:俞汝勤院士荣获化学计量学终身成就奖)
中国很多地方已经开展了化学计量学工作,俞汝勤先生介绍到,湖南大学一直比较重视这个方向,一直在坚持。在推动分析化学学科的信息化、现代化这个方向上,经过近40年的坚持,已经取得一定成绩。出自湖南大学的梁逸曾就是中国化学计量学中相对活跃的一份子;湖南大学培养的其他20多位博士已经成为化学计量学各个小组的主要成员;还有一些到了美国一些有名的化学计量学研究组中担任重要工作,队伍已经根深叶茂。当然,中国还有其他一些很好的化学计量学研究小组。
化学计量学与中国分析仪器产业的升级
目前,我国科研经费不断上涨,可是,很痛心的是,这些科研工作者把很大一部分钱让外国公司挣走了!也就是高端科研仪器方面外国公司占到一个重要地位。这个不能怪罪科学家,你给他钱,他肯定买最好的仪器,这些都是外国公司生产,或者外国公司在中国生产并享有知识产权。我国处于仪器产业的低端,要培育更多的国产仪器企业,才能实现中国仪器产业升级。俞汝勤祝福到:“希望有一天,中国仪器公司能占到更大的份额。”
化学计量学是一个应用性非常强的一门学科,讲究解决问题,尤其对于促进中国的分析仪器工业的发展,是一个可以、也需要努力的方向。现在仪器要具有核心竞争力,在于仪器的核心有智能化,比如各种分析仪器(色谱、光谱),可以变为智能色谱仪、智能光谱仪。这个“智能”是指全自动的、计算机控制的、处理数据全部自动化,只要打开开关,放入待测试样品,得到的就是“你要的结果”或者说“有信息的答案”,从获取的大量原始数据中得到所要的结果,而非原始的响应数据。这就好比,类似直接给病人结果:是否有病、得了哪个病,而不是给病人一堆数据、高级专家才能看懂的各种数据。俞汝勤先生说到,这里的核心技术就是“化学计量学”可以提供的。把化学计量学研究成果转化为智能仪器,固化到仪器内,如果能做到这一点,将来中国的仪器就会有竞争力。在探索把化学计量学产业化的道路,梁逸曾在这方面迈出了一步,发展势头不错。
现在,化学计量学研究成果,很多已经到了可以与产业界接轨的阶段,但也有一些问题需要去解决,例如:如何保障研究人员的权益?如何引导产业界重视基础研究?
像化学计量学这类科技含量高的领域,应该很好地去发展,以帮助企业取得原始创造成果,企业才能立于不败之地,不再重复跟在别人后面的老路。需要强调坚持在基础研究中投入的必要性和重要性,否则,永远是别人做出来了,我们跟在后面学习,这样比别人落后将是注定的!例如,日本向中国大规模转让显像管电视技术,同时,日本企业依靠大量的基础研发投入,掌握并推出了液晶平板电视技术,导致了当时的中国电视行业只能苦苦追赶的困难局面。也许有些人会强调,我们多是从模仿做起,没办法;不走这条路,走不过来。这也许是有一些道理的,但是,你不能老是模仿,你总是有一天要有一点主动性,这样才能走向世界。
现在,有些问题,不是能一下解决,而是需要下一番功夫,甚至不是有钱就能解决的。我们国家有一点钱可以去做一些科学研究,但是这其中能有多少原创性的研究,有多少能带动建立中国人能领头的产业,哪怕做到像中国高铁那样的水平?中国人能不能在一些领域取得比较领先的地位,这不是一个简单的国家荣誉的问题,这也是中国的发展道路的问题。化学计量学在将来是能够给一些产业做贡献的,现在的一些分析仪器设备和高精尖的设备,都免不了需要这样一些部件,这些部件具有通用性。俞汝勤先生说到:“我相信我们会有‘我们最先想出来的东西’,这一天会来的,只是早晚!”