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吴海龙:默默耕耘在分析化学一线的探索者

来源: 阅读数:468 时间:2017-10-09 10:35:48

  要把握分析化学研究的国内外发展趋势,瞄准学科前沿、整合优势资源、强化攻关力度、引进高端人才、开展合作研究。在继续加强基础研究、学科前沿探索的同时,还将进一步凝炼学科方向,结合国家、地方的经济和科技的发展需要,开拓分析科学理论和应用研究的新方向。——吴海龙

  他用赤子般的心默默地燃烧着自己的生命,他用铁人般的意志刻苦地磨砺着自己的灵魂;他胸怀祖国、放眼世界;他期盼着有所创新、有所发现;他为人坚毅,在遇到困难时决不轻言放弃;他多年来从事化学计量学、化学传感技术及环境和生命科学中的新分析技术等研究,并在pH化学传感器研制、稳健多元统计学发展以及环境科学等领域应用、多维数阵分析、高阶张量校正和高阶张量标准加入法的理论及应用等方面做出了突出的系列创新性成绩。他就是湖南大学化学二级教授、博士生导师,他的名字叫吴海龙。

  少小立下宏伟志,一朝金榜题名时

  吴海龙出生于浙江舟山一个农民家庭,都说穷人家的孩子早当家,很小时他就懂得为父母做些力所能及的家务。自打上学时起,吴海龙的成绩就一直非常优秀,同时他还担任学校及班级的学生干部,协助老师管理学生日常事务。聪明、勤奋而又能干的吴海龙从小学到高中一路走来,深得老师们的喜爱,因为他知道,恩师们给予他的帮助太多,使他从小领悟到了人生的价值。

  1978年,作为恢复高考后的首批应届高中毕业生,吴海龙考上了湖南大学化学化工系。1982年,吴海龙凭借出众的成绩成为了湖南大学硕士研究生,师从俞汝勤先生,在生物碱、pH等液膜传感器研制方面取得了令国内外同行注意的成绩,先后获得分析化学专业理学学士和硕士学位。后留校在环境保护研究所工作并参与原机械工业部环境检测总站的筹建。1988年4月又在俞汝勤先生、曾北危先生精心指导下在职攻读博士研究生并于1992年3月获得理学博士学位,在化学计量学多元校正、水环境背景值系统稳健表征、液膜化学传感器等研究方面取得新进展,同时还为湖南大学分析化学学科发展做出了杰出贡献。吴海龙深信,只有扎扎实实地学习、打下扎实基础才能取得更大的成绩。

  师夷长技以自强,满腔热血报祖国

  1993年5月,吴海龙东渡日本学习深造。在日本留学期间,他曾主持编制、组装计算机辅助/容积可变/流动注射进样装置;曾短期工作于富士通等公司,参与相关化学软件编制(化学结构式变换);曾利用日本千叶大学难得的分析仪器及实验条件,在日本科学协会Sasakawa科研助成金资助下,瞄准国际化学计量学前沿,开展复杂体系数学分离精准定量基础研究,并取得具有原创性的系列成果。五年后,学得一身技术本领的吴海龙怀着一颗赤子之心,毅然回到了伟大的祖国,留在母校湖南大学,并在恩师俞汝勤院士的帮助下选定重点继续开展研究,并取得了一系列令国内外瞩目的科研成果。

  吴海龙不仅紧抓科研项目研究,还十分注重学科建设及教学等管理。2001年,他具体负责组织申报的我国高校第一个分析化学领域国家重点实验室——“化学生物传感与计量学国家重点实验室”获得国家科技部批准,依托湖南大学边建设边开放。2002年11月,经过短短的一年多时间,该实验室从组建精干团队、凝练学术方向到建设科研平台、多出科研成果、扩大国内外学术交流等,都取得了可喜的成绩,并顺利通过了国家科技部的建设验收。

  该实验室特别注重科研人才引进培养和团队建设。仅建室后8年里,就已经成功完成和承担的国家和省部级各类基础和应用基础研究课题达百项之多,发表SCI收录论文逾千篇,迄今仅获得国家自然科学二等奖就有三项,成为国内该领域的佼佼者。而实验室也拥有了一支以俞汝勤院士、姚守拙院士、谭蔚泓院士、国家自然科学杰出青年基金获得者王柯敏教授、沈国励教授、吴海龙教授、魏万之教授、何凤娇教授、蒋健晖教授、陈金华教授、张晓兵教授、楚霞教授、聂舟教授等为学术带头人的科研梯队,并培养毕业硕士研究生数百名、博士研究生逾百名。而分析化学国家重点学科也在数次全国性评估中名列前茅。

  天道酬勤人为本,成绩斐然创佳绩

  三十多年如一日,吴海龙教授一直从事化学计量学、化学生物传感技术、环境与生命科学中的新分析技术等教学和科研,先后主持完成国家自然科学基金面上项目4项、国家973预研项目、国家教育部优秀创新团队建设项目以及国家教育部高等学校骨干教师、优秀青年教师等资助计划项目和博士点基金项目等二十余项。吴海龙目前主持2项国家自然科学基金面上项目、两度参研国家自然科学基金创新群体项目,多年来在液膜pH化学传感器、稳健统计学新应用、三维数阵分析、二阶张量校正、二阶标准加入分析及其应用等方面取得系列创新性成果。在分析化学、化学计量学等期刊发表学术论文260余篇,其中SCI论文逾220篇,被引用逾4000篇次,H指数逾30;参编著中英文论著8本中10章节,其中参著的英文学术书籍“FUNDAMENTALS AND ANALYTICAL APPLICATIONS OF MULTI-WAY CALIBRATION”(Elsevier集团出版,2015年8月17日正式发行),应邀撰写其中两章,正文165页,约占全书篇幅三分之一,该书已成为Elsevier出版集团畅销书(a Best Seller)。还主译著“化学计量学实用指南”;共同主编分析化学手册化学计量学分册(梁逸曾、吴海龙、俞汝勤主编,化学工业出版社)。个人指导培养博士生毕业22名、在学6名;指导培养硕士生毕业逾60名、在学8名。任俞汝勤院士学术小组组长长达16年之久。

  自1982年以来,吴海龙先后从事过液膜生物碱药物传感器研制,液膜氢离子(pH)选择性电极研制,大气和水质环境监测,区域环境影响评价,长江水系水环境背景值系统分析与稳健表征研究,化学计量学实验优化设计、多元分辨及校正新算法,液膜碘离子电极研制,流动注射分析系统计算机辅助进样装置研制,多维数阵分析理论及其在现代分析化学中应用,张量校正及张量标准加入法研究、HPLC-DAD和三维荧光光谱等现代分析仪器新应用,智能化荧光光谱仪试制等科研工作,并取得了系列创新性成果。

  主要贡献包括:1)打开了现代分析科学中三维数阵分析理论及应用研究的新局面,拓展了化学计量学研究领域。率先规范了三维数阵分析研究的理论平台,建议改善了科学的符号体系,发现了三线性模型的内在循环对称性,规范了模型及方法的分类,开展了三维数阵化学秩估计新方法研究,基于交替最小二乘原理,提出了交替三线性分解(ATLD)算法及其以此为基础的张量校正法和张量标准加入法等,建立了优势突出的自加权交替三线性分解、交替惩罚三线性分解、交替不对称三线性分解、交替拟合残差算法等系列新方法及新算法,建立了优势突出的交替惩罚四线性分解(APQLD)、交替五线性分解(AQQLD)等新方法和新算法以及相应的张量校正法和张量标准加入法等,进一步拓展完善了多维数阵分解的相对唯一性、内在循环对称性等理论,倡导并力行以“数学分离”代替或增强现代分析仪器中的化学和物理分离等步骤,结合三维荧光光谱、LC-DAD、LC-MS等先进分析仪器,在解决静态复杂体系快速、同时、多组分、绿色、精准定量分析和复杂化学动力学过程多组分近实时定量解析等分析难题中获得突破,继承发展了现代分析化学定量分析新理论-化学多维校正理论,也为研发新型分析仪器提供了新的设计依据;2)较早将稳健统计学思想和方法引入到(长江水系)水环境背景值研究领域,建立了大批量量测数据自动处理的稳健表征系统;3)较早开展聚合膜pH化学传感器研究,取得较好进展。这些工作皆获国内外同行较高评价。此外,吴海龙他们还合成多个化合物首次用作液膜pH电极活性材料,其中甲基二正十八脘胺被Fluka化学与生物化学跨国公司高价销售三十年至今。除此之外,长江水系水环境背景值系统分析与稳健表征研究工作作为国家“七.五”攻关课题的理论研究的重要组成部分,也曾多次获得国家及部省级奖励。

  近些年来,浙江大学、南开大学、四川大学、厦门大学、中国海洋大学、上海交通大学、贵州大学、中南民族大学等高校及中国科学院合肥物质科学研究院等研究机构的科研人员先后关注、跟踪并进一步开展化学计量学多维校正方面的工作。他们运用吴等发展的二阶校正方法与现代分析仪器相结合,在工业产品分析、农副产品监测等方面开展了系列实用性的研究工作。例如,南开大学的邵学广课题组运用近红外光谱与化学计量学二阶校正方法相结合,用于工业产品的过程分析及质量控制(Ind. Eng. Chem. Res. 2011, 50, 7677-7681);他们通过比较,认为吴等提出的交替三线性分解(ATLD)方法优于其他二阶校正方法,而ATLD方法更能胜任此类过程分析和控制,这进一步证明了吴等提出的方法的优越性。而四川大学的李梦龙课题组则运用高效液相色谱-荧光检测器(HPLC-FLD)与吴等发展的交替惩罚三线性分解(APTLD)方法相结合用于茶叶中17种游离氨基酸的同时定量分析,取得了令人满意的定性定量结果(J. Agric. Food Chem. 2011, 59, 10839-10847);该文称,将吴等发展的APTLD方法与现代分析仪器相结合,即使在未知背景干扰共存和分离提纯比较困难时,用于复杂体系中氨基酸的同时定量分析仍具有快速、准确、成本低廉等优点,是一种极具经济效益和市场推广应用价值的潜在分析策略。

  吴海龙教授取得的创新性成果已得到国内同行专家的较高评价,曾应邀在清华大学、南开大学、四川大学、中山大学、华中科技大学、重庆大学、陕西师范大学、西北大学、首都师范大学、山西大学、浙江海洋学院、惠州学院、中南大学、湖南科技大学、南华大学、湘南学院等高校和中科院长春应用化学研究所、武汉数学物理研究所、大连化学物理研究所、数学研究所等科研单位作学术报告,曾应邀在IUPAC 2001年分析科学大会化学计量学分会(东京)、2004年亚洲化学计量学与生物信息学国际学术研讨会(上海)、2009 TRICAP(化学与心理学交叉领域三维数据分析方法国际前沿研讨会,西班牙牛利亚山谷)、长春电分析化学国际学术研讨会系列会议(Changchun-ISEAC)、北京分析测试报告会暨仪器展览会(BCEIA 2009和2013)、中日韩分析化学系列研讨会(CJK-ISAC)(北京、武汉、南京、济州、上海、九州、沈阳、釜山、武夷山、东京等)、中法双边生物传感技术学术研讨系列会(SFW-SEBA,法国Ceret、里昂等、中国长春、长沙等)、第十三届至第十六届分析化学中化学计量学国际学术研讨会(CAC 2012:布达佩斯,匈牙利;CAC2014:里士满,美国;CAC2015: 长沙,中国; CAC2016: 巴塞罗那,西班牙)、过程分析与控制技术国际论坛(IFPAC/PAT 2013: 巴尔的摩,美国;IFPAC/PAT 2014:北京,中国;IFPAC/PAT 2015:重庆,中国)等国际或海外会议作邀请及口头报告。在海峡两岸分析化学研讨会(北京、高雄、大连、重庆等)、中国化学会系列年会(长沙、长春、厦门、北京、大连)、中国化学会分析化学和计算机化学;中国色谱学会色谱、中国质谱学会质谱、中国光学会和中国化学会的分子光谱学和化学发光、中国仪器仪表学会分析仪器分会年会、化学传感器、近红外光谱等全国性学术会议上作邀请及口头报告近百次。

  吴海龙教授他们取得的创新性成果亦已得到国际同行专家的很高评价和越来越广泛的认可,已被《分析化学百科全书》有关综述,作为国际化学计量学界二阶校正领域有代表性的原创性工作获得大篇幅正面引用。这篇由国际化学计量学学会创始人和前会长、美国华盛顿大学B.R.Kowalski教授等所撰写的综述性文章对此给予较高评价。国际分析化学界名著《化学因子分析》的第三版,以新增章节形式独立介绍介绍了他们的三线性分辨及校正等五个新方法。该书是化学计量学的经典著作,在美国20多年来分析化学领域引用次数最多的25部书籍中排名第四,被称作“曾经教育了一整代化学计量学家”的著作。该书新增的三个章节,以长达四页的显著篇幅介绍了多个三线性分解及校正新方法,让湖南大学在各国同行中脱颖而出。

  美国分析化学期刊双年综述,多次高度评价湖南大学化学计量学研究工作,有篇综述一次引用他们的论文10篇。海外Elsevier著名网站专题报道其发展的交替非对称三线性分解算法,认为它的性能比其它方法更好,收敛更快,并对此作专题跟踪报道。2007年,多国著名分析化学家应邀合作撰写的发表在《分析化学的发展趋势》的有关校正专题综述,引用湖南大学工作11篇,并认为吴海龙等工作处于国际定量分析化学(二阶校正)理论及应用前沿。同刊的另一篇专题综述,引用湖南大学代表性工作工作5篇,认为吴等发展的二阶校正理论及方法研究处于国际前沿,并特别指出在色谱联用、三维荧光光谱等相结合应用方面为国际最早。2008年,国际同行在《分析化学的发展趋势》上发表二阶校正分析应用专题综述,湖南大学的工作被引用13篇,国际同行应用湖南大学发展的方法进行相关研究的论文被引用9篇,且湖南大学工作的理论先进性、方法独创性和应用有效性被进一步证实。

  2007年11月,美国SANDIA 国家实验室发表了由国际著名数学家撰写的题为“Tensor Decompositions and Applications”的专题调研报告(Tamara G. Kolda (美国青年科学家总统奖获得者,应用数学博士) & Brett W. Bader,SAND2007-6702,Printed November 2007),将吴等论文列为国际数学学科张量(Tensor)及多线性代数(Multilinear algebra)领域化学计量学研究前沿的代表性工作。该报告后来正式发表于SIAM Reviews 这一国际数学界著名综述期刊(SIAM Review,2009,51(3):455-500), 短短数年迄今已被数学、统计学、通讯、信号处理、化学、生物、医学等较多领域引用逾4000篇次。该研究小组后续发表的相关报告及论文(如SAND2009-0857)也较多篇次引用湖南大学相关研究工作。

  默默耕耘数十载,灿烂人生别样红

  吴海龙的科研项目主要包括“三维分子荧光数阵分析用于细胞动态解析及成分测定研究”;“三维数据阵分析及其在现代分析化学中的应用研究”;“立方阵数据分析及其在复杂体系二阶校正和化学动力学过程解析中的应用研究”;“复杂体系多维数阵分析化学计量学研究”等。其中“复杂体系成分分析与波谱解析的化学计量学方法研究”科研成果已获得2002年度湖南省科技进步一等奖(俞汝勤、梁逸曾、吴海龙、沈国励、蒋健晖、陈增萍)和2003年度国家自然科学二等奖(俞汝勤、梁逸曾、吴海龙、沈国励、蒋健晖)。吴海龙是代表性成果的主要贡献者。

  吴海龙本人也曾荣获湖南大学第二届杜邦奖学金、首届“科技希望之星”称号、首届“天语教师奖”等,曾荣获湖南省青年化学化工奖,第四届(2006年度)“湖南十大杰出青年科技创新奖”等。2008年3月进入湖南省新世纪“121”人才工程第一层次人选。亦曾获得日本科学协会Sasakawa科学研究奖励助成金和日本国际教育协会科研资助等。

  吴海龙曾数十次担任国内外有关学术会议的学术委员会成员,分别以秘书长和副主席的身份组织了2002年生物分析化学与纳米技术国际学术研讨会、2006年生命分析化学和生物医学工程国际学术研讨会和2008年生物医学工程和生命分析化学国际学术研讨会等,作为中方主要代表先后参与组织和负责组织了2006年法中(法国佩皮尼昂)和2008年中法(中国长沙,湖南大学)表面生物电化学和传感技术国际学术研讨会。曾担任第35届国际光谱学大会(厦门)组织委员会委员(具体负责化学计量学分会场的组织工作),参与中国化学会第26届到30届年会的化学信息学与化学计量学分会具体组织工作,并担任第27届、第28届、第29届、第30届年会的化学信息学与化学计量学分会共同主席等。2015年6月,与梁逸曾教授、许青松教授等,共同成功组织在中国长沙召开第十五届分析化学中化学计量学国际学术研讨会(CAC 2015:长沙,中国),这是该系列会议首次在亚洲召开。还担任2016年6月在西班牙巴塞罗那市成功召开的第十六届分析化学中化学计量学国际学术研讨会(CAC 2016)科学委员会委员。

  几十年弹指一挥,祖国各项事业都在蓬勃稳健地向前迈进,化工行业和分析仪器行业也迎来更大的发展机遇,自信和勤奋让吴海龙走上了更加宽广的人生舞台。创新无止境,已经习惯于攀登的他正在向更新的目标前进!

  吴海龙教授简介

  吴海龙,湖南大学化学教授(二级),博士生导师,理学博士(湖南大学)、工学博士(日本千叶大学)。1993年赴日本留学,1998年回国,曾任化学生物传感与计量学国家重点实验室创室常务副主任(2001.07-2004.07)、主任(两度被国家教育部下文聘任,2004.07-2009.12期间),2002年担任湖南大学分析化学国家重点学科建设责任人。现兼任中国化学会有机分析专业委员会副主任、计算机化学专业委员会副主任;中国仪器仪表学会分析仪器学会第七届常务理事暨化学传感器专业委员会主任;仪器仪表学会近红外光谱分会副理事长;分析仪器分会学术委员会、光谱专业委员会、关键部件专业委员会等委员;还担任中国机械工程学会理化检验分会副理事长、化学专业委员会主任等。任《分析化学》、《计算机与应用化学》、《分析科学学报》等七种学术期刊编委,两个教育部重点实验室学术委员会委员。吴海龙的研究领域主要包括化学传感器,流动注射分析,环境监测,HPLC-DAD,三维荧光光谱;化学计量学,稳健统计学,对应分析,多元校正,最优化实验设计,三维数阵分析,二阶校正,交替最小二乘,张量校正;多维数阵分析应用;自动化和控制系统中的多维数阵分析等。曾荣获国内分析化学领域第一个国家自然科学奖二等奖(排名第三)。2012年10月荣获中国化学会分析化学基础研究最高奖--梁树权奖;主持完成国家973课题、国家教育部创新团队建设项目等,尤其在化学多维校正等方面,主要成果达到国际先进及领先水平,应邀共同撰写化学多维校正英文专著,引领国际相关前沿研究。

  2007年4月,全国人大常委会副委员长路甬祥院士在当时湖南省委书记张春贤同志和副省长唐之享同志的陪同下,视察湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室和分析化学国家重点学科(前左一为吴海龙教授)

  俞汝勤院士领衔的湖南大学化学计量学研究小组:俞汝勤、梁逸曾、吴海龙、沈国励、蒋健晖,