大气污染防治的“眼睛”与“智囊”

2020-04-16 12:50郑秀亮
环境 2020年4期
关键词:质谱大气仪器

郑秀亮

全球领先的大气PM2.5在线源解析质谱系统、多物种高时空分辨率的走航系统、大气VOCs吸附浓缩在线监测系统、超复杂大气组分分析系统……由广州禾信仪器股份有限公司(以下简称“禾信仪器”)开发的多种质谱仪器产品,在“蓝天保卫战”中对PM2.5、VOCs等进行实时在线监测及分析,为大气污染防治工作提供科学指引和重要技术支撑。

作为目前中国少数在质谱仪器制造领域进行正向研发(自主研发)、拥有完全自主知识产权的企业,禾信仪器研发的质谱仪器,成为各地大气污染防治工作的“眼睛”与“智囊”,为污染攻坚立下汗马功劳。

自主研发,打造国产质谱仪

质谱仪是一种按离子或者碎片离子质荷比不同进行分离测定的高精密度分析仪器,具有灵敏度高、分辨率高、分析速度快等优势。虽然它在全球发展的历史才近110年,但在医疗健康、食品安全、环境监测、工业分析、国家安全领域,具有不可替代的作用和举足轻重的地位。

由于涉及精密电子、精密机械、高真空、软件工程、自动化控制等技术,以及电子离子光学、物理化学等学科,质谱技术投入大、产业化周期长,因此一直以来被少数几个国家所垄断。质谱技术在中国起步较晚,到目前仅有断断续续的60年左右。在一代代人的不懈努力下,市场上逐渐有了国产仪器的身影。在当前国内实现质谱仪器产品自主正向开发的规模化企业中,禾信仪器是少数企业之一。

“由于国内起步晚、技术储备少,开展质谱仪器产品研发时,我们面临着资金缺乏、人才缺乏以及技术条件不足等情况。”禾信仪器负责人表示,国内科学仪器市场一开始对国产质谱仪并不看好,但禾信儀器始终坚持自主研发。一方面是国家级、省级、科技部等拨付的部分专项基金,另一方面就是“坚持做中国人的质谱仪器”的信念,长期保持高水平的研发投入,以实现技术不断创新。

“人员组成上就可以看出我们对研发工作的重视。”禾信仪器负责人指出,公司目前拥有员工400多名,其中研发人员就超过100人,而且一直注重“产学研用金”相结合的发展模式,与20所国内著名研究所、高校建立了密切的合作关系,广泛开展技术研究、应用示范和人才培养等工作,“我们一直注重与国外高端质谱研究机构深入合作,包括俄罗斯科学院物理化学研究所、德国吉森大学、美国加州大学、日本岛津公司等。”

目前,禾信仪器已成功研制出在线单颗粒气溶胶质谱仪、在线挥发性有机物质谱仪、大气压电离飞行时间质谱仪、基于飞行时间质谱技术的金属化残余气体检测仪等,使我国成为国际上少数掌握高分辨飞行时间质谱核心技术的国家之一,还曾创造过中国大型高端科学仪器初次出口欧美的历史。

针对市场需求,

研发环境治理产品

成立之初,禾信仪器跟钢铁研究总院合作,研制用于钢铁类产品生产检测的质谱仪;后来又研制生物检测类质谱仪;之后又尝试过用于石油勘探检测的质谱仪等等。几经周折,在2010年研发出应用于环境领域的质谱产品,并广受市场欢迎,从此开启专业化质谱发展道路。

如大气PM2.5在线源解析质谱系统,可实现PM2.5小时级别的来源解析。在单机运行模式下即可同时、实时提供颗粒物粒径及颗粒物上元素和物种信息,并且能够发现单个颗粒物上各化学物种之间的联系,无需繁杂的后续样品处理,避免了多台仪器数据处理难度大的问题,同时源解析结果时间分辨率可达1小时,较传统方法几个月的时间分辨率有了飞跃提升。

大气VOCs秒级多组份走航监测系统,具有实时、快速、在线的特点,可实现空气和水环境中VOCs及恶臭气体定性定量检测,能在秒级测量到空气中几百种污染物质,节省了离线方法中对样品采样、存贮、运输等过程所需要的时间,目前也可车载,在车辆行驶的过程中边走边实时在线连续监测多种VOCs成分,可实时获取不同物种浓度分布和变化规律,快速深入了解区域污染物分布情况,锁定关键物种,实时追溯污染物来源,精确判定污染区域、行业,甚至是污染企业,为实施空气VOCs污染精细化管理提供技术支撑。

大气VOCs吸附浓缩在线监测系统满足《环境空气挥发性有机物气相色谱连续监测系统技术要求及检测方法》(HJ1010—2018)标准要求,可同时实现环境空气中C2~C12组分不少于一百多种挥发性有机物的在线定性与定量分析,为用户提供实时、准确的空气VOCs组分信息,同时通过该系统还可以开展臭氧来源解析工作,支撑掌握臭氧污染成因及来源。

……

根据这些产品的功能特点,禾信仪器还形成了一套综合性的大气环境污染防治解决方案,这套方案为空气质量改善、排名提升、应急事件处理及服务企业等环境管理目标提供技术支撑、大气环境污染防治综合解决方案和核心技术,形成“找问题、找原因、开药方、做评估”闭环的大气污染攻坚战技术支撑服务体系。

服务客户需要,

提供有效解决方案

2018年11月—12月期间,广州市某辖区某小学因地处某产业园周边,学校师生反映经常闻到刺鼻的气味。区政府接到投诉后高度重视,立即委派禾信仪器前往周边进行排查。基于异味气体快速源识别系统,禾信仪器对周边130余家涉气企业进行了源谱采集,并使用污染源识别应急监测车定点监测,监测完进行溯源比对,最后发现了几家企业污染排放贡献尤其突出,根据排查结果环保部门对这几家企业进行了约谈整改。

2019年1月,广州市黄埔区委托禾信仪器开展大气污染防治综合服务,综合运用PM2.5在线源解析、VOCs走航等多种技术手段,分析污染特征及来源,找到问题区域、问题企业、问题工段,有针对性地开展整治。到了年底,黄埔区环境空气中各项主要污染物显著下降,区域大气污染防治效果明显。

其实早在2006年,禾信仪器就开始进行质谱技术应用于环境污染防治的技术和产品研发,在全国范围内协助各地生态环境部门有针对性地开展大气污染防治工作。截至目前,VOCs走航监测覆盖全国将近30个省、230多个城市,累计走航行程超过20万公里,帮助国内50多个工业园区解决恶臭扰民投诉事件;PM2.5在线源解析服务范围覆盖全国30多个省、220多个城市,采集超过8.5万天的监测数据,仅京津冀及周边区域就向中国环境监测总站提供区域应急报告170余期,助力各地打好打赢“蓝天保卫战”。

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