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院士卢佩章的科研故事

  西南求学,立志献身科学

  卢佩章祖居地永定县坎市熊兆楼,1925年10月出生于浙江杭州。当时战争频繁、民不聊生,少年时饱经忧患。1938年杭州沦陷,眼看着日本帝国主义的铁蹄踏入家园,13岁的卢佩章无比愤恨,不得不随家流亡到四川重庆,从此开始了他在祖国大西南求知求学的生涯。其父卢公恒早年留学日本,一生厌恶官商。受父亲影响,少年卢佩章立志长大献身科学,走科技报国之路。1942年在重庆清华中学读书时,他接受了进步思想,因此被学校开除。为了生活,卢佩章找到了一个小学教师的临时工作,一边教书一边自学,终于考入同济大学化学系,于1948年毕业,留校任助教,积极参加反饥饿、反内战运动,并作为上海市学联代表到南京,参加“五二○”游行,曾被捕入狱。在同济大学化学系,卢佩章得到了汤腾汉教授、黄衡禄教授、李国镇教授的不诲教导,奠定了他对化学学科的兴趣和热爱。

  中国色谱研究奠基者之一

  1949年9月,卢佩章放弃了上海同济大学助教的职位,怀着发展祖国科学技术事业的勃勃雄心,奔赴百废待兴的东北,走进了当时新组建的中国科学院大连化学物理研究所的前身——大连大学科学研究所。

  1950年代初,他参与国家从煤里制取石油这一国民经济急需的科研任务,承担了其中水煤气合成产品的分析任务,完成了“熔铁催化剂水煤气合成液体燃料及化工产品”项目任务,获中国国家自然科学奬三等奬。为了克服原始低温分馏方法分析速度慢、周期长的不足,卢佩章开始了色谱分析化学的研究。

  色谱是一种快速、高效、灵敏的分析、分离技术,是分析化学的重要组成部分,在工农业生产、进出口贸易、国防、科研、医学、生物制药、基因分析学科等方面有着广泛且十分重要的应用。而当时,我国的气相色谱研究还是个空白,很多人连“色谱”这个名字都没听说过。但卢佩章和他的研究小组经过几百次试验和探索,终于在1953年中国第一个五年计划开始的时候,设计出中国第一台体积色谱仪,使分析石油样品的速度,由原来的30多个小时缩短到不足一小时,而且所用样品量仅是原来的千分之一。很快,全国的石油化工企业都采用了他们研制出的色谱分离技术。这一开创中国色谱学先河的研究成果获得广泛应用。1956年,刚刚30岁的卢佩章在中国科学院学部委员会成立大会上,作了中国第一篇气相色谱研究的学术报告。

  从1950年代初开始,他先后开展了气相色谱及液相色谱理论、新技术发展及其应用方面的研究。1956年,在中国科学院学部委员会成立大会上,刚刚30岁的卢佩章做了我国第一篇气相色谱研究的学术报告。1959年9月,作为新中国的一项科学成果,卢佩章在前苏联第一次色谱分析报告会上做特邀学术讲演,这个报告被苏联人编纂到色谱学专著里,随后又被德国翻译发表。

  1977年以后,年过半百的卢佩章率领团队研制成功了细管径的高效液相色谱柱,当时曾独步世界。西方国家直到两年后才研制成功。卢佩章领导了色谱专家系统工作,通过软件,普通操作者也可以完成以往科学家才能做到的复杂色谱分离技术,这被认为是色谱研究中的一场革命。

  几十年来,卢佩章主要从事以色谱为主的分析化学研究,是中国色谱分析的奠基者之一,开创了中国色谱科学。

  将色谱研究应用于国防工业

  “两弹一星”是中国人的骄傲。1960年代初期,中国国民经济遇到了严重困难。此时也正是中国核工业发展的最关键时期。在前苏联专家撤走、我国自己制造原子弹最困难之时,卢佩章和他的研究小组承担了测定金属铀235和铀238同位素中气体杂质的科研课题。简单地说,就是在把同位素235也就是浓缩铀从同位素238中分离提取过程中,监控气体氟化铀的纯度,连百万分之一的杂质都不能有,否则就会爆炸。在计划开始以后十多年的时间里,卢佩章和他领导的小组几乎一天也没休息过,研制了三代机器,为国家节省了上亿元资金。作为当时题目组的负责人、研究小组的主心骨,即使在文革时期,卢佩章院士工作也没有停止,外面武斗,实验室内照样灯光明亮。为取得高浓氟气,卢佩章和他的同事凭着信念,连续倒班一个多月,干得腿发软,吃的是大饼子加白菜萝卜,也能够产生这么大的干劲。

  卢佩章在极短的时间里,完成了原子能工业应用的气相色谱研究,创建了固体中痕量气体的色谱分析,准确地测定出金属铀235和铀238这两种同位素气体杂质的含量,并从扩展到工厂实际出发,为设计新工艺流程提供了一套核原料中腐蚀气体的分析方法,保证了我国自己生产纯净的适于裂变的合格铀235,为中国第一颗原子弹的爆炸成功尽了分析化学工作者应尽的责任。

  色谱在核潜艇上也发挥了很大作用。核潜艇可以在水下连续航行数月以至一年以上,艇上空气如何净化、再生及解决含氧量是制约各国核潜艇技术发展的一大要素。卢佩章又接受了中国第一艘核动力潜艇79号密闭舱气体分析的中国国防科研紧急任务,组成了科研小组。经过方法研究、仪器试制和现场反复考核,把色谱技术应用到潜艇密闭舱中,研制出当时世界上最先进的船用色谱仪。使用这台色谱应用装置,可以迅速、连续净化密闭舱中的气体组分,确保潜艇人员在水下长期作业的生命安全和生活需要,为中国国防工业的发展和人民解放军的的现代化建设尽了自己的职责。

  拥有先进可靠的运载火箭武器系统是当今世界强国的重要标志。火箭需要液氢作燃料。制备高纯液氢的关键之一是必须除去其中的痕量氧,否则无法安全生产运行。卢佩章接受了任务,组成科研小组,开始了长达20年的科学探索。从1960年代起,他们利用分子筛色谱技术开始了超纯气体净化和测试的研究,并为工业生产超纯气体提供了方法和手段。由于成功研制了当时国际上仅少数国家才能生产的新型吸附剂——分子筛,并敏鋭地察觉到这种吸附剂用作催化剂将有特殊性能,我国先于国际上其他国家研制成功脱氧分子筛105催化剂,解决了液氢生产制备的关键技术环节,为液氢用于火箭燃料,做出了应有的贡献。

  1999年9月18日,卢佩章参加了为研制“两弹一星”做出重大贡献的科技专家庆功大会。

  受打击不懈研究,终于有出色成果

  在“文化大革命”中,卢佩章被打成“反动学术权威”,关进“牛棚”,一度被迫中断研究。当他从“牛棚”中被“解放出来”之后,虽然仍带着“白专典型”的帽子,但他立即投入到色谱科学的继续探索中。白天他钻在实验室里观察色谱分析情况,晚上回家分析数据,设计方案,总结高效液相色谱分析规律。1975年卢佩章被下放到青岛化工厂进行“思想改造”。“改造”期间,他继续悄悄进行高效液相色谱研究,找到高效色谱柱的高级填料——超细无定型微粒硅胶。后来回到大连,他和同事立即制成高效液相色谱柱。经多次试验,改进了色谱柱的内部结构,使色谱柱效能一下子提高了10倍。

  回所后,卢佩章先后被任命为研究室主任、大连化学物理研究所副所长。色谱被列为化物所四大重点科研方向之一。他带领科技人员经过一年的实验、分析、运算、反复改进高效液相色谱柱形结构,使柱外效应降到最低限度,柱效由每米2万理论塔片很快升至每米6万理论塔片以上,超过了当时世界先进水平。1年后,细管径高效液相色谱柱试制成功。中国色谱研究的突飞猛进,令许多发达国家为之惊叹。1978年11月,德国色谱专家来大连化物所参观气相色谱组时赞扬说:“你们是最出色的。”1979年9月,德国色谱学会主席邀请卢佩章参加在瑞士洛桑召开的第十四届色谱报告会。卢佩章在会上做了《色谱高效柱》的学术报告,博得了全世界色谱专家的赞誉和认同。会后,卢佩章应邀赴德国讲学1个月。卢佩章等人研制的高效液相色谱柱所达到的水平,连美国著名色谱专家埃特伍德也承认,美国PE公司也进行这项研究,但要1年以后才能达到中国的水平。

  卢佩章和所有致力于色谱研究的专家们同心联手,为中国的色谱研究赢得了荣誉,也赢得了时间。当中国改革开放的新历史时期到来时,卢佩章率领这支年轻的色谱队伍已开始向更新更高目标挺进了。

  1980年,卢佩章以他30年间在新中国分析化学方面、尤其是在开创色谱学科领域、并把这种先进的色谱分析分离技术运用到中国国防工业和中国国民经济建设中所取得的卓越成就,当选为中国科学院学部委员。在中国和其他国家色谱研究工作中处于领先地位的大连化物所色谱中心,在卢佩章的设计下,开始了色谱专家系统的研究,即用专家的知识,编成软件由计算机来代替色谱专家去完成色谱的分析任务,并根据需要,通过系统获得足够的定性信息和准确的定量数据,尽快找到合适的分析方法,达到分析的目的。有了专家系统,就是普通操作者也可以完成平时需要科学家才能做到的复杂的色谱分离技术。经过3年的努力,这套系统已经初步实现,成为色谱研究中一项里程碑式的工程。

  一生研究,贡献突出

  卢佩章院士自1949年以来,投身科学半个世纪多,他参加的科研课题研究和培养的色谱学科的专业人才不计其数。20年来,他曾到过25个国家或地区参加学术交流、讲学授课。1959年,他曾在莫斯科Rogingskii通讯院士A.A. Zhukhovitskii教授领导下工作半年,后以客座教授身份在国外许多大学如德国Tuebingen大学、意大利Urbino大学、荷兰Einhovern大学讲学,又在许多国际学术会议作特邀学术报告,例如,1992年在美国匹兹堡会上作为中国人第一次作了特邀报告。

  多年来,卢佩章获得了许多荣誉和奬励。1956年在“液态燃料的费一托合成研究 (气相色谱应用于产品的分析)”中获第一届中国自然科学三等奬,为四个获奬者之一。至今已得到16项以上的各种科学奬,例如:关于GC填料(1962年)、痕量分析仪器和方法(1965年-1982年)、腐蚀性气体分析的专用仪器和方法(1978年)、高效微粒HPLC柱(1979年)、不可抽提GC毛细管柱、高效GC填充柱(1979年-1989年)及多组分分离的色谱理论(1978年)、智能HPLC仪器(1989年)等。曾获中国科学院荣誉奬(1989年)和前苏联色谱学会的Zwett奬(1990年)、美国传记研究所的“世界终身成就奬”。2007年6月5日卢佩章获得第30届国际毛细管色谱的“高里奬”,高里奬是该领域的重要国际奬项之一,每年颁发一次,以1956年发明毛细管色谱技术的美籍瑞士人高里 的名字命名。到2009年1月,卢佩章获得的各种科学奬达30多项。

  卢佩章历任中国科学院大连化学物理研究所副研究员、研究员、副所长,中国大连色谱技术研究开发中心主任,为《色谱》杂志主编、《高效色谱》等杂志编委,中科院化学部委员,中国色谱学会名誉理事长,发表论文250余篇。他是中国色谱学科的奠基人之一,1980年当选为中国科学院院士。
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