张玉奎院士 中国科学院大连化学物理研究所
张玉奎,1942年生,河北省保定市人,中国科学院院士,中国科学院大连化学物理研究所研究员,博士生导师。1965年毕业于南开大学化学系。1965年至今在中科院大连化学物理研究所工作。先后在德国图宾根大学和美国国家环保署进行高级访问。2003年当选为中科院院士。曾任中科院大连化学物理研究所副所长、国家色谱研究分析中心主任、中国分析测试协会副理事长,中国化学会色谱专业委员会主任等职。蛋白质研究重大科学研究计划专家组成员,国家自然科学基金委化学部咨询专家,J. Chromatography A、Talanta、Anal. Chim. Acta等杂志编委。
张玉奎院士长期从事色谱基础理论及新技术开发应用研究工作。在基础研究方面,建立了系统的色谱热力学研究方法,为液相色谱专家系统的建立奠定了理论基础。在深入理论研究的基础上,注重完成国家任务与仪器的应用开发,多种液相色谱仪及相关部件实现了国产化,打破了国外的垄断。
在基础研究方面,采用统计热力学的方法研究溶质在多种色谱分离模式下的保留行为,推导出物理意义明确的描述流动相组成对色谱保留值影响的理论表达式,阐明了色谱过程中影响分离行为的分子结构因素,从而建立了系统的色谱热力学研究方法,也为液相色谱专家系统的建立奠定了理论基础;采用物料平衡原理建立了包括柱外效应影响的溶质在整个色谱分离系统中输运的质量平衡模型,对色谱流出曲线高阶统计矩的研究,从理论上阐明了影响色谱峰展宽和峰形对称性的动力学因素,证实了保留时间与半峰宽之间存在的定量关系。采用高斯卷积模型对色谱流出曲线进行拟合,发现了模型参数与色谱操作条件之间的定量关系,从而解决了色谱图的存储和重叠峰定量解析等难题;在建立液相色谱专家系统总体布局过程中,针对国外只考虑经验规律的片面性,首次提出了“知识库必须基于色谱理论和经验规律相结合”的思想,据此思想建立的知识库已用于液相色谱柱系统推荐,并以大量的事实验证了知识库的正确性和可靠性。将串联优化指标与智能搜索方法相结合建立了智能优化方法,并用于复杂样品的分离条件优化;在毛细管电泳的理论研究中,发现了毛细管区带电泳中操作参数及溶质的分子结构对迁移行为的影响规律。首次开展了物理吸附开管毛细管电色谱的研究工作。发展了混合填料、整体聚合床层等多种电色谱柱系统,并研究了溶质在不同柱系统上的分离机制和柱上富集规律,对碱性样品在电色谱中达到了17000倍的富集效果。
在深入理论研究的基础上,注重完成国家任务与仪器的应用开发。1968年承担了国防科工委下达的“09—II核潜艇中大气组份分析仪”的研制任务。提出了四柱四检测器反吹流程,用于同时测定大气中痕量和常量组分;研制出四种放射性离子化检测器。样机通过船用条件试验及常规潜艇的现场考查后,已装09—II作随艇分析仪,1978年获中科院科技成果奖;1983年承担了国家科委“六五”攻关项目,与人合作共同研制成功2030型智能高效液相色谱仪样机。在此基础上开发成功包括高压输液泵、紫外可变波长检测器等整套液相色谱仪器产品;1978年开始负责中科院下达的k-1吸附型高效液相色谱柱的研制工作,研制成功1-5mm内径的吸附型高效液相色谱柱,并已实现产业化,1979年获辽宁省科技成果一等奖。1986年负责承担863生物工程下游目标产品分离纯化用径向色谱柱的研究工作,研制出四种离子交换膜介质径向流动色谱柱,其中弱阳离子交换CM柱属首创。此后,亲合膜等多种类型径向柱、聚合型毛细管电色谱整体柱、毛细管无胶筛分电泳用超大分子线性聚丙烯酰胺色谱柱等相继研制成功,申报发明专利多项;承担了中美合作项目烟道气排放有毒污染物监控的研究,提出了气相色谱辅助富里叶变换红外光谱对固定污染源复杂样品进行解析的方法,建立了相应的光谱差减定量数据库,已通过国家环保总局组织的验收鉴定,这种方法得到了美方专家的好评;采用微渗析-高效液相色谱、亲和色谱及毛细管电泳方法研究了多种药物与人血浆蛋白的相互作用;首次建立了研究药物与蛋白竞争作用的系统方法; 探讨了药物与蛋白作用位点和平衡常数与药效之间的相互关系。
近20 年来,侧重开展蛋白质组定性和定量分析新技术新方法的研究,发展了低丰度蛋白质富集技术、多种蛋白质组高效分离材料、多种蛋白质组深度覆盖精准定量分析新方法,研制了蛋白质组学样品预处理装置,构建了集成化的蛋白质分离鉴定平台以及活细胞水平蛋白质相互作用结构精准解析方法等,显著提高了蛋白质组样品分析覆盖度、定量准确度和分析通量;并将其用于细胞生物学、疾病发生发展机理和环境毒理等领域的蛋白质高精、高灵敏度和高通量的分析中。
张玉奎院士开发的"高效液相色谱柱"、"柱色谱多元分离理论"、"智能色谱仪"、"径向色谱柱"等七项成果获中国科学院、辽宁省科技进步奖和自然科学奖。“复杂生物样品高效分离与表征”曾获国家自然科学奖二等奖及辽宁省自然科学奖一等奖。