雷磁：電化學分析儀全面升級 國產儀器進步人人受益
?——上海儀電科學儀器股份有限公司副總經理金建余博士專訪? ?
分析測試百科網訊 2021年6月10日，第二十五次全國分析測試中心主任及地方協會負責人會議在江蘇徐州開幕。本次會議圍繞“十四五”高端科學儀器創新發展、分析測試中心管理模式的探索、新冠病毒防疫檢測新技術新方法等熱點問題展開交流與討論，吸引了國內高校、科研院所及各省市分析測試中心、儀器生產企業等近500位業內同仁參與。會議期間分析測試百科網采訪了上海儀電科學儀器股份有限公司（上海儀電科儀，“雷磁”是其自主品牌）副總經理金建余博士，請他為我們介紹雷磁電化學產品的新進展。
上海儀電科儀副總經理金建余博士在做大會報告
“雷磁”電化學分析儀：80年技術沉淀與創新
八十年電化學分析儀發展歷程
1940年，上海大同大學化學系講師榮仁本先生在上海永嘉路229弄8號創建了“雷磁電化研究室”，從事小型電化研究工作，制造涂料電阻，試制pH計。1942年，德商利和洋行便有對其pH計進行銷售。1953年，改名“雷磁電化儀器工業社”，專業從事pH電極、酸度計的研制。
雷磁是中國分析儀器的重要發源地，這里誕生了中國第一臺pH計和第一支玻璃電極。過去的80年，雷磁在電化學儀器領域不斷改進創新，在電化學行業逐步樹起了民族品牌。
雷磁pH計的發展歷程
十大系列 42個型號 電化學分析儀全面升級
2021年，雷磁對其最具市場影響力的電化學分析儀產品，包括pH計、電導率儀、溶解氧儀、離子計、多參數分析儀等進行了全面的升級，新的產品型號將會在今年陸續完成上市。這次產品升級是雷磁歷史上規模最大的一次產品升級，是對過去八十年電化學儀器技術的總結和發展，將推動國產電化學儀器邁向新的高度。根據金建余介紹，這次產品升級有如下不凡之處：
首先，這是一次大規模、全系列的產品升級，升級涉及pH計、電導率儀、溶解氧儀、離子計、多參數分析儀等幾個產品大類，包括實驗室臺式型號和便攜式型號，共42個型號。從低端到高端，形成了基礎系列、實用系列、功能系列、智能系列、智能網絡系列五個不同的產品定位，可以滿足用戶對測試精度和儀器功能的不同需求。
其次，這次產品升級是對硬件結構、軟件功能、技術性能、外觀設計、配套附件的全方位升級。其中有不少是涉及全系列改進的，比如：
1）屏幕和按鍵升級。智能系列全面采用了彩色觸摸屏，功能系列全面采用了高清LCD屏，在顯示清晰度上得到了大幅度提升，同時全面使用升級版輕觸按鍵，在提高按鍵手感的同時，耐用性提升了3-4倍。
2）傳感器接口升級。新式標準化接口的使用，大幅提升了傳感器的通用性和兼容性。
3） 通訊接口的升級和標準化。臺式儀器采用標準USB接口，便攜式儀器采用標準Micro USB接口，在硬件和通訊上進行了標準化，為便捷的數據通訊提供了基礎。
4）電源的升級和標準化。臺式儀器全面采用通用電源適配器，便攜式儀器全面采用可充電鋰電池，這樣的設計提高了儀器在不同供電場合的適用性，也提高了使用的方便性。
5）功能全面提升。對于各級別的儀器在功能上進行了不同程度的提升，比如，實用系列（包括經典的PHS-3C等型號），就加入的數據存儲等功能；各級別產品不同程度地提升了儀器的校準功能、測量讀數功能，和傳感器提示功能，等。
6）性能全面提升。比如，pH計的mV測量精度得到不同程度的提升；電導率儀的配套測量范圍得到不同程度的拓展；溶解氧儀的配套測量范圍得到不同程度的拓展等。
7）配套傳感器的全面升級。隨著新款電化學分析儀的全面上市，雷磁標配傳感器也進行了同步升級，在采用新式標準化接口的同時，傳感器的外觀和結構（比如參比液加液口等）也有了相應改進，帶溫度補償的電化學傳感器，也成為了主要標配電極。
8）配套防護的全面升級。對于便攜式儀表，我們增加了硅膠保護套、硅膠腕帶等配件，對于臺式儀器，增加了新款防塵罩等配件，為儀器提供更好的安全防護。
9）配套試劑的全面升級。對于功能系列及以上的型號，pH標準緩沖溶液和電導率校準溶液，也升級成瓶裝溶液或一次性袋裝溶液，使用起來相應會方便很多。
這次產品升級涉及到的型號非常多，每個型號會有各自不同的優化和提升，很難一一羅列，這里也只是舉例說明了一些通用性的改進，但管中窺豹，雷磁電化學儀器的整體升級是全方位的。有興趣的朋友，可以關注雷磁官網或微信公眾號，了解更詳細的信息。
最后，也談一下這次產品升級過程中的技術創新，雷磁一直堅持核心技術的創新。雷磁在高端產品上，應用了一些新技術。比如，在便攜式智能網絡系列中，為儀器增加了無線通訊功能，使得儀器可以連接手機APP，實現儀器的控制和數據讀取，并與網絡平臺進行數據通訊；在臺式智能系列中，創新性地使用了強制校準、強制標液核查等功能，結合儀器的方法管理功能，可以更好地對測量過程進行控制；在臺式智能系列中，加入了對自動進樣器控制功能，可以進行批量樣品的自動化測量等。這些新功能對測量過程的控制、測量結果的溯源、批量樣品的自動測量等，都是很有幫助的。
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電化學分析儀十大系列全面升級
雷磁電化學儀器在國內市場占有率長期處于領先位置，這次電化學分析儀的全面升級，在推動雷磁產品發展的同時，也將國產電化學分析儀提升到了一個新的高度。
國產電化學分析儀處于國際先進水平
金建余認為，國產儀器好不好，不能搞一刀切，需要根據產品本身的特點、技術難度、發展階段進行分析。對于中小型分析儀器儀器、實驗室通用設備等，國產產品并不比國外差，技術指標和產品質量沒有顯著差異，談起實用性和性價比更是遠勝進口。這是部分國產產品不僅在國內占據主要的市場份額，同時大量出口海外的原因。事實上，一旦國產品牌突破了關鍵技術壁壘，中國制造就會發揮出巨大的優勢。
電化學分析儀器是一個國產化程度比較高的領域，國產和進口產品在該領域并不存在顯著差異，甚至在某些方面，國產品牌更有優勢。以雷磁為例，早在上世紀四十年代，雷磁就開始了pH計和玻璃電極的研制和生產，并在八十年時間里，產品技術和工藝水平不斷提高，積累了寶貴的技術經驗。產品的測量精度、測量范圍、軟件功能、穩定性、可靠性、便捷性等方面，長期居于國際一流、國內領先的位置。
雷磁是相關電化學分析儀器各類標準的主要起草或第一起草單位，包括pH計、離子計、電導率儀、溶解氧儀、工業pH計、工業電導率儀、pH傳感器、電導電極、參比電極、離子選擇性電極、pH標準緩沖溶液、電導率校準溶液、相關儀器性能測試方法、相關行業測試方法等數十項國家標準和行業標準，體現了雷磁產品在國內的領先地位。
雷磁在國內有近百萬的用戶，相關產品業已成為各大專院校的教學設備，并被很多教科書收錄；一些產品陸續成為各行業的認證測試設備，一些企業以雷磁儀器的操作方法為基礎，編制自己的分析測試作業指導書。
雷磁產品的優秀性能和品質，在八十年的漫長歲月里，逐步獲得廣大用戶的認可。作為一個有社會責任感的國產品牌，雷磁與眾多國產儀器公司一起，不斷致力于推動國產科學儀器產品的進步，服務于國家和各行業的發展。
電化學傳感器 傳承經典 繼往開來
電化學傳感器是電化學分析儀的關鍵。對目前國產電化學傳感器的發展情況，金建余通過擺事實講道理，向筆者介紹了雷磁電化學傳感器的技術底蘊、產品性能和質量，以及近年來發展的專業電化學傳感器情況。側面反映了國產電化學傳感器的進步，以及占據國內市場優勢地位的客觀事實。
雷磁常規電化學傳感器占據市場優勢地位
國產電化學儀器儀表的質量已經得到用戶的普遍認可，但對于傳感器，也會出現一些疑問，認為國產電化學傳感器不如國外產品，這種說法有失偏頗。電化學傳感器種類很多，根據測量原理不同，常見的有pH傳感器、電導傳感器、離子傳感器、溶解氧傳感器等；根據應用場景不同，分為實驗室傳感器、在線傳感器、原位傳感器等；根據適用樣品的不同，又分為通用傳感器和專業傳感器等。在這樣一個品類繁多的傳感器領域，如果一刀切地去作一個籠統的評價，是不科學，不合理，也是不合適的。事實上，在很多重要類別上，國產電化學傳感器不僅具有很好的技術性能，在市場上也占據著優勢地位。
實驗室通用電化學傳感器是市場需求量最大的產品類別。如實驗室通用型pH電極，這類電極占到實驗室pH電極總需求的95%以上，代表了實驗室傳感器的主體。在這一市場主體領域，以雷磁為代表的國產電化學傳感器占據著明顯的市場優勢地位。如果打開淘寶、京東等網購平臺，大家就可以發現，雷磁pH電極的銷售網店占到了80%以上，銷售的成交量更是其他品牌的10倍到100倍，好評數以萬計。這客觀上體現了雷磁pH傳感器的市場影響力。
再比如，離子選擇性電極。雷磁的離子選擇性電極發展于上世紀70年代，基本上與國外離子選擇性電極的發展處于同一時期。當時，雷磁與湖南大學的俞汝勤院士課題組在離子選擇性電極方面進行技術合作，率先推出了國內第一批商品化的離子選擇性電極。經過四十余年發展，雷磁在離子電極種類、離子選擇性敏感膜性能、電極結構設計、工藝控制等方面，形成了多方面優勢，達到了國際一流水平。結合成本優勢和服務優勢，成為了國內該領域最有影響力的品牌。
上面只是兩個案例，在很多其他傳感器類別上，其實也有類似情況發生。總體上，國產傳感器并未處于市場劣勢，恰恰相反，無論是銷售量上，還是市場影響力上，占據著市場優勢地位。
雷磁電化學傳感器 引領標準 性能卓越
雷磁是傳感器國家標準的主草單位，對于如何科學、準確地評價傳感器的性能，雷磁是很有經驗的。傳感器性能評價是一個專業性非常強的領域，對于大多數用戶，可能不一定掌握這樣的專業知識。
就pH電極而言，經常用到的技術評價指標，如PTS（百分比斜率）、響應時間、測量重復性、膜內阻等。這些技術指標的好壞，直接影響著pH電極的測量性能。雷磁的電化學傳感器，在上述技術指標中，往往是大幅優于行業標準的。比如，PTS指標，國家標準一般是97%，雷磁基礎款pH電極，PTS指標達到98.5%。同樣，另一個指標是膜內阻，國家標準一般是500MΩ，而雷磁低阻pH敏感膜，其膜內阻達到30-50 MΩ。實用響應時間也是非常關鍵的一個指標，國家標準是2min，而雷磁的常規pH電極，實用響應時間是1min。當然，考慮到批量生產時的一些正態分布，雷磁在制定這些技術指標時候還是比較保守的，大多數pH電極，其出廠性能還會顯著優于要求。
雷磁傳感器企業標準，一直都高于國家標準和行業標準，再考慮到性價比、服務優勢、響應速度等因素，優勢就更加凸顯，而這是雷磁在國內電化學傳感器市場占據優勢地位的重要原因。
發展專用型傳感器 搶占高端市場
與通用性傳感器相對應，還有一類是專用型傳感器。這類傳感器針對特殊的樣品或應用場景進行性能優化。以實驗室pH電極為例，有適合純水的純水pH電極，適合粘稠樣品的耐污染pH電極，適合含氫氟酸樣品的耐氫氟酸pH電極，適合強堿性樣品的耐堿性pH電極等。這些傳感器，占pH傳感器的市場份額不大，按數量估計不足5%，但這類傳感器涉及較多的傳感器技術，市場附加值較高，也是非常重要的一類傳感器產品。很長一段時間里，國產傳感器忽略了這類專用型傳感器的發展，以至于市場長期為國外品牌所占據，造成相關產品價格居高不下。
雷磁從2011年起，開始了這類電化學傳感器的自主研發，特別是實驗室專業pH電極、高端離子選擇性電極的研制，并于2014年成系列地上市了特殊應用的專業型電化學傳感器，包括純水pH電極、耐污染pH電極、耐堿性pH電極、耐氫氟酸pH電極等，經過這幾年的發展，技術日趨進步，產品日益完善。雷磁也成為國內唯一一家成體系自主研制高端專用型電化學傳感器的企業，改變了進口品牌一家獨大的局面。
2020年11月，生態環境部頒布了《HJ 1147-2020水質 pH值的測定 電極法》，并于今年6月起實施，其中就涉及到一些特殊性質的水樣，推薦或要求使用專業型pH電極，特別是低電導樣品、高鹽樣品、強酸樣品、強堿性樣品、含氫氟酸樣品等。得益于雷磁專業電化學傳感器的成功研制，在標準實施之際，雷磁大量地向市場供應這些專業型pH電極，很好地滿足了市場需求。
雷磁開發的專業電化學傳感器，擁有完全的自主知識產權，立足技術和生產過程的自主可控。不僅如此，在產品技術上也充分體現了領先性，以目前市場需求量最大的純水pH電極為例，降水（雨水）是一個典型的低電導水樣，很多地區的降水電導率不足10 us/cm，差不多接近實驗室三級純水的標準。而降水樣品的pH測量也一直是一個難點。雷磁與中國氣象局，開展了長期的技術合作，雷磁的純水pH電極送到中國氣象局進行了全方位的性能測試，同時還送到多個地方氣象站，進行了長期嚴格的適用性評估。整個過程歷經約6個月，并通過了適用性考察。雷磁pH計及專業型純水pH電極，因此成為目前唯一一家通過國家氣象局權威認證，適用于降水樣品pH測量的產品，獲得了“氣象專用技術裝備使用許可證“。
TCPI型實驗室pH計和氣象專用技術裝備使用許可證
作為國產電化學傳感器的代表性品牌，雷磁開發專業型電化學傳感器的過程是非常嚴謹的。并且，雷磁致力于通過技術創新推動國產電化學傳感器技術的發展。雷磁在研制專業pH電極的過程中進行了大量的應用測試，以及一些嚴格的破壞性測試：以堿性pH電極為例，除保證基本技術參數及性能外，需要在研制過程中進行長期浸泡在濃NaOH溶液中的破壞性測試，以確定此類電極長期使用過程中性能不會衰減。耐氫氟酸pH電極，同樣需要長期浸泡在不同濃度的氫氟酸樣品中，進行耐氫氟酸破壞性測試。除耐氫氟酸玻璃電極外，雷磁還有一款基于PVC敏感膜的可應用于濃氫氟酸pH測量的電極，它整支電極不含任何玻璃成分，即便在強酸性、高濃度氫氟酸溶液中依然能準確測量溶液pH值，這款產品在研制過程中曾長期浸泡在10%濃度的氫氟酸溶液中進行了耐用性測試。
各類專用型pH電極
普通民眾皆是國產儀器進步的受益者
北京大學博士畢業后，金建余就投身國產儀器公司，他分享了自己對于國產儀器發展的一些體會：
首先，科技還是有國界的。從近幾年的國際貿易爭端中，大家都對此有了更深的體會。我國每個行業都應該大力發展自主可控的產品和技術。
其次，我們每個人都是國產儀器進步的受益者。舉個例子，以前環保水質監測設備依賴進口，一臺價格幾十萬，而現在國產環保水質監測設備性能越來越好，價格也下降到了幾萬每臺。成本的大幅下降（50~70%的下降），帶來更多的布點，實現對環境水質更有效的監測。同樣，電化學分析儀是科學儀器里很小的一個細分領域，電化學傳感器更是電化學分析儀領域中一個更小的分支，但即便這樣一個小領域，以雷磁為代表的國產品牌，通過為用戶提供了物美價廉的產品，直接或間接地為社會帶來巨大價值。保守估計，如果沒有國產品牌的發展和參與，國內電化學傳感器的平均價格會上升5-10倍，光實驗室電化學傳感器的采購，全國每年的支出會增加3-5億。
對于國產儀器，金建余通過分析測試百科網表達了一些愿望和心聲：“作為科學儀器行業內部的人，我們要把科學儀器當作一個事業，把研制高品質國產儀器當作一種責任，來維護國產品牌，發展國產品牌。對于廣大用戶，希望對科學儀器行業有更多的理解和支持。對于技術發展相對成熟的產品，推薦使用國產，可以選擇一些細分產品類別上的頭部國產品牌，這些產品很多時候完全夠用，也很好用。在推動國產儀器進步方面，我國環保監測行業做了一個很好的榜樣，在過去十多年里使用了大量國產儀器，推動國產儀器進步的同時，反過來降低了環境監測成本，推動了環保監測事業的發展，這是一個良性循環，相互受益，共同進步，這值得我們思考和借鑒。”
金建余博士和陳洪淵院士在上海儀電科儀展臺前留念
