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转载丨暨大周振团队获2018年度广东科技进步一等奖
2019.09.03   点击336次

爱一个人,那么:请他去做质谱。多么美好的前景!恨一个人,那么:请他去做质谱。那么难,累死他!有人一直问周振,你自己怎么想?周振说,认命吧,谁叫我选择了质谱!

3月27日,由暨南大学周振教授主持研制的《PM2.5在线源解析质谱监测系统》获2018年度广东科技进步一等奖。该项目具有完全自主知识产权,通过构建全国多城市本地化的污染源谱库,全球首次实现PM2.5在线源解析,整体技术达到国际领先水平。

现状

国产高端质谱仪与国外差别巨大

质谱仪作为高端科学仪器皇冠上的明珠,考验着一个国家材料、高端机加工、电子学、流体学等多个学科的水平。长期以来,我国在自主研制质谱仪器特别是高端质谱仪器方面与国外存在巨大的差距。

周振一直痴迷质谱仪器研究。从大学时期开始,他一直想做中国人自己的质谱仪。2004年夏天,他瞄准了PM2.5在线源解析质谱系统。

周振介绍,大气PM2.5污染问题仍然是广东省乃至全国关注的热点问题。实现大气PM2.5的来源解析、特别是快速源解析,是政府相关部门实施污染控制措施,制定相关政策法规的基础和前提。

“常规的基于滤膜采集技术的PM2.5源解析方法存在耗时久、需要设备多、花费高等缺点,无法实时动态地反映污染源的变化情况,更难以满足重污染应急、重大活动空气保障等需要快速决策的应用需求。”

创新

全球唯一能做到实时在线源解析的工具

团队自主研制“在线单颗粒气溶胶质谱仪器”(SPAMS)以及所开发的在线PM2.5源解析方法,通过构建全国多城市本地化的污染源谱库,全球首次实现PM2.5在线源解析。

据介绍,这是截至到目前全球唯一能够做到实时在线源解析的工具,通俗的说即解决了“快速弄清PM2.5污染物的来源”的难题。与常规的源解析手段相比,团队研制的系统快速源解析时间分辨率可以达到1小时。“它不仅能测出空气污染有多严重,还可以在一个小时内获得某监测点PM2.5中汽车尾气占比是多少,扬尘是多少,工业源是多少等等数据”。周振解释。

要实现这一系统并非易事。从2002年开始前期调研,2006年开始制造,到2013年推出市场,一款PM2 .5在线源解析质谱监测产品,用了十年。

周振介绍,质谱仪的原理难,要检测最小物质结构—原子、分子、离子。工程化难,涉及 “光、机、电、算、物、化、新材料、真空”多学科系统;整个仪器系统非常复杂,涉及800多个完全不同的零部件。同时要实现仪器真空度跨越9个数量级;对离子实现纳秒级(10-9s)的分离和检测;实现最小电信号—单位电荷(1.6×10-19库仑)的检测;上百个零件加工精度同时达到微米量级(10-6m);同时几十个电源的稳定度同时达到1/10000水平。他感慨,“产业链创新至少需要10年时间,比新药开发还难。”

应用

已在全国200多个城市得到应用

“与传统源解析方法速度相比提高了1000倍,费用降低100倍。”周振介绍,项目成果自2011年面市以来,累计销售额已达到3.722亿元,是单款国产质谱仪器累计销售额最多的产品,预计市场价值将达到20亿 元,还有巨大的社会效益。

2012年,PM2.5在线源解析仪器装备在了首个国家大气超级站里,到2014年,已经在44个城市投入使用,参与了重大污染事故溯源排查。在东方红II号黄渤海科考、广州亚运会、南京亚青会、青奥会、抗战胜利70周年大阅兵、APEC会议等大型活动进行空气质量监测及保障工作,并支撑PM2.5特别防治小组的多个重大工程。

不仅如此,PM2.5在线源解析质谱监测系统作为我国批量生产的价值最高的科学仪器(均价400万元/台),连续入选国家“十一五”、“十二五”重大科技成就展、国家鼓励发展的重大环保技术装备、国家重点新产品。该产品还首次实现我国高端质谱仪器出口西方发达国家。2017年作为“雪龙号”上唯一一台大型国产高端科学仪器参与北极、南极科考。 

周振说,质谱仪为政府及时了解污染现状及来源提供技术支撑,已在重污染天气的应急、污染投诉排查、重大赛事/活动的保障、治理成效评估、突发事件应急监测中发挥作用。同时,具有自主知识产权的高端质谱仪器的研发,对于国产高端科学仪器行业的发展还起到了十分积极的促进作用。“本项目还打通了‘基础研究—技术研究—成果转化—产业化’的全链条,建成全国最尖端质谱仪器生产线,已实现成果转化与商业化生产。”

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