大气颗粒物在线分析仪

雾霾频频来袭，治理迫不及待。作为国家科技进步二等奖获得者，中科院合肥物质科学研究院 “大气细颗粒物在线监测关键技术及产业化”项目，为科学认知雾霾奠定重要技术基础。　　在刚刚结束的省“两会”上，“绿色发展”“健康安徽”成为代表、委员关注的热点。随着雾霾天气日益增多，如何科学治霾成为亟待解决的重要难题。日前，中科院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所主持完成的“大气细颗粒物在线监测关键技术及产业化”项目荣获国家科技进步二等奖，为我国环境监测技术现代化和监测仪器国产化作出突出贡献。　　雾霾治理亟需技术支撑“十多年前，很多人不相信中国会出现严重的雾霾天气，但我们早已预测到这种可能性的存在，于是先期开展大气细颗粒物在线监测技术研究和科技攻关。”中科院合肥物质科学研究院研究员、“大气细颗粒物在线监测关键技术及产业化”项目主要完成人刘建国说，这种前瞻性研究为我国开展环境质量准确监测、发展自主产权的环境监测仪器打下良好的基础。　　近年来，随着工业化、城镇化快速推进，我国大气污染形势严峻，高浓度大气细颗粒物导致雾霾频发、大气能见度下降，严重影响大多数城市空气质量和人体健康。为准确掌握大气细颗粒物污染现状、正确认识大气细颗粒物来源，快速准确地测量大气细颗粒物质量浓度、成分、粒径谱分布和大气能见度，成为我国大气环境科学研究和业务监测的迫切之需。　　然而，由于雾霾本身的复杂性，我国以城市为中心的空气质量自动监测站所提供的监测数据，难以满足雾霾追因与控制需求。 “治理雾霾，监测数据非常重要。”中科院合肥物质科学研究院研究员、项目主要完成人桂华侨介绍，发展先进的大气细颗粒物监测设备与观测平台，准确全面掌握大气雾霾污染特征，认识其发展和演变规律，是科学制定雾霾防治措施的基础。　　“大气细颗粒物在线监测关键技术及产业化”项目，由刘建国研究员牵头，中科院安徽光学精密机械研究所科技攻关、安徽蓝盾光电子股份有限公司产业化开发而形成的科研成果。 “这一‘十年磨一剑’的成果，立足环境监测和科学研究之需，也符合‘健康中国’的时代需求。 ”刘建国表示，源源不断的监测数据可以进一步了解污染源清单，让未来大气环境治理措施更加科学。　　“火眼金睛”瞄准细颗粒物　　大气细颗粒物PM2.5监测仪、粒径谱仪、有机碳/元素碳分析仪、大气能见度仪...走进中科院安徽光机所实验室，一系列已走向产业化的监测设备，让记者眼睛一亮。 “别小看这些设备，有了它们就如同有了‘火眼金睛’，能够快速准确查出大气细颗粒物质量浓度、成分等。 ”桂华侨透露，早在6年前，我省就在全国率先建成“安徽省高速公路恶劣气象条件监测预警系统”，利用他们自主研发的大气能见度仪，可实时监测高速公路大气能见度变化情况。由于预警及时，该系统自试运行以来，全省高速公路死亡3人以上交通事故起数和死亡人数同比下降40%以上。　　“关键技术的突破，使得我国大气细颗粒物在线监测技术达到国际先进水平。 ”刘建国介绍，通过动态加热系统、采样管升降装置/走纸装置、碳临界温度的精确定位、差分电迁移分级和快速分析、稳定的场致电离电荷源技术、大气能见度标定和野外校准、光学透镜测污装置等一系列关键技术的突破，他们创新设计了一整套大气细颗粒物高灵敏探测技术工程化解决方案，解决了大气细颗粒物多参数准确、快速、在线监测的技术难题，一举满足了我国环境、气象、交通、科研等多部门对大气细颗粒物在线监测的技术需求。　　“稳定性强、灵敏度高，可实时在线、无人值守，这是我们设备最显著的优势。 ”桂华侨表示，围绕该系统关键技术的研发和仪器设备的研制，他们已累计获得8项发明专利授权、5项软件著作权登记以及8项实用新型专利授权。其中，大气细颗粒物PM2.5监测仪，通过环保部环境监测仪器质检中心技术认证 大气细颗粒物切割器，通过中国疾控中心检测 大气能见度仪，以零故障和96%的数据准确率通过中国气象局定型认证 大气颗粒物有机碳/元素碳分析仪，通过省科技厅科技成果鉴定，关键技术指标达到国际同类产品的先进水平。　　监测设备告别进口时代“由于我们技术的投入使用，使得国内至少三分之二以上的大气细颗粒物在线监测设备实现国产化。 ”刘建国骄傲地说，过去，我国大气细颗粒物在线监测核心设备主要从美国、日本、德国等国家进口，国产设备在品种、数量、性能、质量上远远满足不了实际工作需要，安徽光机所技术成果产业化后，打破了长期以来高档环境监测设备依赖进口的局面。　　我国地域辽阔、气候差异大，对环境监测仪器的适应性要求也比较高。 “进口设备高价买回来后，有时会‘水土不服’，服务也跟不上。 ”桂华侨告诉记者，他们与企业合作生产的国产设备不仅价格低、服务好，性能也与进口设备相当，可以24小时全天候稳定运行。 2008年以来，项目组利用该监测系统先后在珠三角、长三角和北京等地区开展综合应用示范，验证了监测数据的准确性，并参与2008年北京奥运会、2010年上海世博会、广州亚运会以及2014年北京亚太经合组织会议空气质量保障任务，用科学数据评估了国家重大活动空气质量保障措施的效果。　　目前，中科院安徽光机所研制的大气细颗粒物在线监测设备，已批量应用于环保部城市空气质量自动监测网、重点区域和城市大气灰霾监测超级站、中国气象局气象观测网、气溶胶质量浓度监测网络，以及安徽、贵州等省“高速公路恶劣气象条件监测网”。近3年，全国20多个省市已安装大气细颗粒物监测设备2100余套，实现新增产值2.5亿元，新增利税9533万元。　　“下一步，我们将更加关注与百姓健康有关的研究，比如纳米量级的大气超细颗粒物监测。 ”刘建国透露，超细颗粒物对于人体健康、环境、气候变化的影响可能更大，其在线监测难度也更大，需要更多的技术研发，这是一个重大挑战。另外，大气环境领域臭氧、挥发性有机污染物监测，也需要更多高灵敏度的仪器设备。 “科学研究任重而道远，需要持之以恒的科技攻关。 ”他坦言，国产仪器推广应用的时候，也面临一些困境，很多人对国产仪器抱有怀疑和不信任的心态，国家还应加大对国产仪器的政策支持，为推广应用提供便利。

01OC/EC监测的背景意义碳质气溶胶是大气气溶胶中的重要含碳组分，主要由有机碳（organic carbon，OC）、元素碳（elemental carbon，EC）组成，OC是一种具有光散射性，含有上百种有机物的混合气溶胶，来源复杂，既包括由排放源直接排放的一次有机碳（POC），又包括一些大气中气态前体物（如VOCs等）经过光化学反应、二次凝结凝聚及吸湿增长后生成的二次有机气溶胶（SOC）。碳质气溶胶是我国大气气溶胶的重要组成部分，约占我国城市大气气溶胶的20%~50%，随着我国大气气溶胶治理工作的深入，大量学者对气溶胶中含碳组分进行了研究。02产品介绍LFOEC-2018颗粒物有机碳/元素碳OC/EC在线分析仪采用国际上使用最广泛、公认较成熟的分析方法-热光法，可用于对碳质气溶胶的持续监测，广泛应用于全国各大重点城市颗粒物组分站中，实现环境空气颗粒物中OC和EC浓度的准确测量，探究污染成因、开展来源解析工作。在恒定流速下，激光照射在采集颗粒物样品的石英滤膜上，首先，在氦气的非氧化环境中样品逐级升温，有机碳被加热挥发；此后，在氦气/氧气混和气环境中样品再次逐级升温，元素碳被氧化分解为气态氧化物，两个过程中产生的分解产物经过二氧化锰氧化炉被转化为CO2后，由NDIR探测器定量检测。通过判断激光的强度找到有机碳/元素碳的分割点，分割点前的为有机碳，此后的为元素碳。03产品优势独创石英膜固定方式。采用独创的石英膜固定方式，滤膜安装、更换方便，数据可信度更高；两种方法同时测量。热光透射法（TOT）和热光反射法（TOR）同时测量，满足不同的标准要求；短路径设计。解析炉-氧化炉短路径设计，提高响应的同时避免了有机物的传输损耗，测量误差小；高性能温控。炉丝采用高性能合金丝结合精密的温控算法，升温快速，升温准确，炉丝使用寿命长；自动零点核查。每日自动零点核查，提高数据的可靠性，可自定义升温程序，方便用户自由选择；维护安装方便。光路上光学元器件的精简和可拆卸设计，维护清洗方便，采样独特的结构设计，滤膜安装、更换方便。04应用领域LFOEC-2018颗粒物有机碳/元素碳OC/EC在线分析仪在湖南、四川、新疆等全国多个省市颗粒物组分站中得到应用，可用于评估区域碳质气溶胶排放水平，分析PM2.5来源及组分特征、污染成因及规律、重污染天气污染源成分等，提高颗粒物精细化管理水平，为精准防控提供科学依据。

大气污染CT式扫描与分析平台（AirScan）是以大气颗粒物层析仪设备为基础，对区域内5~7公里半径范围内工业园区（厂区）污染排放、城市“散乱污”排放和区域外污染传输等情况，进行24小时在线快速扫描与探测，实现污染溯源+源监管+预警的监测效果。产品特点：全天候：365*24h在线扫描；速度快：15分钟扫描一周；大范围：扫描半径5~8公里分析强：自动识别污染气团形态；低成本：无人值守，低运维。应用场景：考核站周边污染预警；考核站污染溯源；区域内污染原监管创新点：激光连续扫描；扫描一周最快15分钟；365*24h小时激光雷达在线扫描；无人值守