痕量级多组分气体分析仪

由中国测试技术研究院化学研究所与四川中测标物科技有限公司共同完成的科技创新项目——《微痕量多组分气体标准物质制备新技术研究及应用》荣获了2019年度中国计量测试学会科学技术进步一等奖。据了解，该项目不仅实现了高活性、易腐蚀微痕量多组分气体标准物质及其制备技术的自主可控，还实现了多种产品的进口替代，并创造间接经济效益近千亿元，具有十分重要的经济社会效益。那么，什么是“微痕量多组分气体标准物质”？该项目有哪些创新？为何能取得如此大的经济效益？我国微痕量多组分气体标准物质的研发情况是怎样的？仪器信息网近期采访了中国测试技术研究院化学研究所副所长潘义，请他就以上问题进行了解答。 中国测试技术研究院化学研究所副所长 潘义仪器信息网：您能具体介绍下“标准物质”的概念以及何为“微痕量多组分气体标准物质”么？潘义：标准物质是具有准确量值的测量标准，具有足够均匀和稳定的特性，可以用来定性或定量。标准物质可以是单一的或混合的气体、液体和固体，气体标准物质是标准物质的重要组成部分。作为测量参考标准，标准物质是用于测量过程控制和测量结果评价不可缺少的工具，是建立一致可比的全球测量互认体系的物质基础和保障。在公平贸易、医疗卫生、环境监测、能源化工、先进制造，航空航天、安全防护、应急救灾和科学研究等国民经济的众多领域，每天都要进行千千万万次测量活动，这些测量活动中有80%都需使用标准物质以确保检测数据准确可靠。标准物质的技术水平直接影响到检测数据的质量，是确保检测数据准确可靠的“标尺”与“砝码”，是产品质量保证的源头，是确保测量结果可靠与国际互认的核心与关键。微痕量多组分气体标准物质是指量值在10-9至10-6数量级、组分数较多的一类气体标准物质。微痕量多组分气体标准物质的研制及其应用，对于统一我国气体分析量值体系，推动新的检测技术进步和确保产业的高质量发展，都具有十分重要的意义。仪器信息网：您能介绍下“微痕量多组分气体标准物质制备新技术研究及应用”这一项目的研究背景么？潘义：随着科学技术的迅猛发展，应用技术研究也有了长足进步，这也给全球标准物质研究带来挑战，即标准物质的定值特性已经由单一组分向多组分，常量、微量向痕量、超痕量转变，以满足越来越多样的应用需求。挥发性有机物、硫化物、氮氧化物、氨气、氯气、氯化氢、氟化氢等气体成分是环境监测、能源化工、医疗卫生、汽车制造、集成电路等国民经济领域重点监测的物质，具有含量低、组分多、易吸附、易腐蚀等特点。标准物质是确保这些气体组分监测数据准确可靠的“标尺”与“砝码”，但高精确度、高稳定性微痕量多组分气体标准物质的制备一直是我国的技术瓶颈，长期以来该类产品大部分依赖进口，受制于人。作为专业的国家级气体计量技术机构，我们有责任和义务开展科技攻关，解决这个“卡脖子”问题。本项目主要目标就是攻克微痕量多组分气体标准物质制备关键技术难题，研制出高质量的气体标准物质产品，替代进口，建立批量化生产线，并进行推广应用。仪器信息网：请问该项目主要取得了哪方面的创新？潘义：项目的突出技术创新体现在以下两个方面：首先是在宽沸点多组分精确制备技术方面取得了创新。我们克服了传统制备技术在转移过程中原料残留不均匀引起称量定值不准确的技术难题，在国内首次实现单个液体原料按照饱和蒸气压由低到高依次转移，大大提高了制备精度，降低了称量不确定度。其次是解决了铝合金气瓶内壁惰性化处理技术。项目组突破了高分子材料涂覆和金属镀层铝合金气瓶内壁处理技术，在国内首次攻克了微痕量多组分高活性组分（挥发性有机物、硫化物、氮氧化物、氯气、氯化氢、氟化氢等类）在气瓶中吸附严重和无法长期稳定存储难题，与普通气瓶相比，显著提升痕量活性气体的存储稳定性。此外，我们还在全惰性无死体积进样分析技术方面进行了集成创新，显著缩短了痕量吸附性、腐蚀性气体分析的系统吹扫稳定时间，降低了分析过程引入的不确定度；我们在产业化方面也进行了集成创新，项目组率先开发了气体标准物质智能化配气管理系统，实现条码管理生产流程，避免人为查找，进度可控；单组分标气制备效率可达到人均每天60瓶；还可自动生成原始记录和证书报告，自动计算定值，形成完整的产品质量追溯体系。这些产业化创新工作都是围绕提高产品质量和生产效率进行的。 仪器信息网：目前该项目取得了哪些研究成果？主要有哪些应用？该项目的完成具有哪些重要意义？潘义：项目取得国家一级标准物质2种，国家二级标准物质24种；制修订国家标准5项；取得授权发明专利和实用新型专利各1项；发表科技论文10篇；项目成果总体达到国内领先，部分成果填补国内空白，达到国际先进水平。项目的标准物质成果在计量校准、环境监测、能源化工、仪器研发和科学研究等行业得到了广泛应用，主要用于量值传递、生产过程质量控制、产品质量检测、仪器研发以及支撑标准制修订等方面。具体来讲，主要体现在以下几个方面：首先，项目的研究成果大大完善了我国微痕量多组分气体成分检测量值溯源体系，研究工作及成果得到气体计量测试领域国内外同行广泛关注和认可；项目发展的技术及研究成果，在服务国家重大专项，支撑国家工程实验室建设方面提供了技术支撑；多组分微痕量的VOCs气体标准物质研究成果推动了我国环境空气VOCs在线监测体系的加快建立；天然气全组分气体标准物质为天然气“提质增效”，促进天然气行业高质量发展做出了积极贡献；项目的微痕量硫化物气体标准物质研究成果还解决了长期制约我国氢能领域10-9量级硫化物杂质准确计量问题，确保氢能相关气体成分量检测数据的准确可靠。该项目的完成意味着我国实现了高活性、易腐蚀微痕量多组分气体标准物质及其制备技术的自主可控，满足了我国环境监测、能源化工等重点行业的需求，确保了国家检测数据的量值安全。我们的标准物质产品打破了国外垄断，价格已降至进口产品的2/3以下，供货周期缩短至进口产品的1/3以内，产品已经远销国（境）外。近年来我国生态环境部所重点关注的39种、57种、65种、117种等系列环境VOCs气态污染物检测，以前大部分使用的是美国Linde、法国液空等国外气体公司的产品，造成我国VOCs检测数据的量值溯源性受制于人。很高兴的是我们在微痕量多组分VOCs系列气体标准物质方面已经完全替代进口，氮气中42组分挥发性有机物混合气体标准物质（GBW 08196）、氮气中57组分挥发性有机物混合气体标准物质（PAMS臭氧前体物，GBW 08808）等系列VOCs气体标准物质现在也已经相继取得国家一级标准物质定级证书，确保了我国环境监测相关数据的溯源性实现自主可控。多家知名跨国分析仪器公司的解决方案都转而使用本项目研发的标准物质产品，项目团队的标准物质成果已经得到了国际认可。仪器信息网：您能否谈一谈本项目团队在标准物质国际互认方面所做的工作？潘义：作为建立化学测量最有效的工具，标准物质可以保证检测结果的准确性和溯源性。同时，标准物质也是全球测量互认体系的支撑。英国国家物理实验室（NPL）在微痕量多组分气体标准物质研究领域处于世界领先水平，其研发的30组分臭氧前体物VOCs气体标准物质被选择作为世界气象组织（WMO，World Meteorological Organization）的基准气体标准物质。项目团队分别于2016年和2018年与NPL进行了两次标准物质计量比对（制备比对），分别是1×10-6 mol/mol氮中42组分VOCs气体标准物质和0.1×10-6 mol/mol氮中30组分VOCs气体标准物质，两次比对结果En值均小于1，取得很好的国际等效度。正是通过积极参与国际比对，确保了多组分微痕量VOCs气体标准物质的国际等效，继而为社会提供更加准确可靠的测量结果溯源共享服务，实现“更准确、更高效、更广泛”的测量。在标准物质计量比对方面，下一步我们将按照国家市场监管总局关于加强计量比对的指导意见要求，加大力度持续开展环境保护、产品质量安全、医疗卫生、安全生产、食品安全等领域密切相关的重点气体标准物质的国际国内计量比对，为服务国家产业高质量发展做出积极贡献。仪器信息网：请问贵团队下一步的研究重点是什么？潘义：我们团队一直以来都是围绕气体成分量的测试计量技术与标准化开展研究工作，建立和完善相应的气体成分检测量值溯源体系。项目组下一步主要工作是加快完善环境监测、能源化工等重点领域所需要的气体标准物质体系，以满足行业高质量发展的要求；同时紧跟国际前沿气体计量研究方向，建立超低含量（10-12数量级）气体成分量检测溯源体系，开发超低含量气体成分量的测试计量技术完整解决方案，满足氢能与燃料电池、航空航天等行业的超精密测量需求。

近日，石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所实验研究人员应用自主开发的微痕量气体组分同位素分析新技术，对鄂尔多斯盆地的富烃类气藏、云南腾冲的温泉气、济阳坳陷地区二氧化碳气藏中的气体进行氢同位素分析，收到让地球化学研究人员满意的分析效果。历经40多年发展的无锡石油地质研究所实验研究中心在稳定同位素分析领域方面有着深厚的技术积累，逐步形成具有特色的同位素分析技术系列，得到国内外同行认可。面对油气勘探研究需要和目前同位素分析技术难题，在上级的支持下，这个所不断更新实验技术装备，引进3台不同型号的稳定同位素质谱仪，包括与其相配套的水平衡装置、预浓缩装置、气相色谱仪等先进设备。 　　同时，这个所着力加强技术创新和新技术的开发应用，坚持将传统技术方法与创新分析技术相结合，在原有稳定同位素分析技术的基础上，通过将稳定同位素质谱仪与其相配套的设备互相联接，成功开发了新同位素分析技术。　　燃烧/高温裂解元素分析仪与稳定同位素质谱仪(Delta V)联机使用碳—氮、氢—氧同位素连续测定技术，可进行批量样品分析，具有样品量小、检测速度快、准确度高的特点，能满足沉积有机质碳、氢、氧、氮4种元素同位素组成的分析要求。使用燃烧装置能够实现一次进样同时检出样品中碳、氮同位素组成的目标，而使用裂解装置可同时在线测定其氢、氧同位素组成，还可用于水中氢氧同位素分析。　　预浓缩装置与稳定同位素质谱仪(MAT253)联用测定微痕量气体组分的同位素分析技术，能满足低浓度甲烷气样品的碳氢同位素分析，同时利用天然气中各个组分在低温下被特定填料吸附的物理性能差异，对天然气中微痕量氢气的富集与分离，有效消除天然气中微痕量氢气同位素分析的技术瓶颈，为幔源流体中氢的地球化学研究提供有力技术支撑。　　据悉，稳定同位素分析新技术的开发与应用，为石油天然气地质研究提供了丰富的地球化学信息，在油气成因类型判识、油气源对比、运移示踪和成藏机理研究等方面发挥着独特作用，深受课题科研攻关人员和油气田生产单位的欢迎。

加州圣何塞（2010年8月26日）&ndash 全球科学服务领域的领导者赛默飞世尔科技，开发了一种全新方法，可灵敏、准确且可重复地定量分析母乳中低浓度的全氟化合物（PFCs）。利用超高效液相色谱-质谱（UHPLC/MS）平台上的选择反应监测（SRM）和高选择性反应监测（H-SRM）模式，能够可靠而稳定地检测母乳中ppt级的PFCs。新方法详见题为&ldquo 利用LC/MS/MS的选择反应监测模式灵敏而准确地定量分析母乳中的全氟化合物&rdquo 的应用文档。下载地址为：http://www.thermoscientific.com/pfc. 五十多年来，PFCs被广泛用于各种工业以及消费品领域。由于许多合成化合物无法被降解，而一些实验室研究表明PFCs可能产生发育、生殖和全身毒性，因此这些化合物成为了环境污染物。人们尝试控制PFCs，并想要开发一种能够可靠地定量分析痕量级全氟化合物的方法，从而确定暴露途径和健康结果。液相色谱-串联质谱（LC/MS/MS）早已成为PFCs的分析方法，但是由于背景的PFC污染和基质干扰，定量精度受到了一定限制。UHPLC/MS是一种可监测一系列人体基质中低浓度PFCs的强大的分析方法，可提供高灵敏度、高选择性、精确且可重复的测量。在人血清和母乳中可检测到多种PFCs，它甚至存在于新生儿的血液中，这可能是来自母亲的哺乳。通过使用Thermo Scientific Accela UHPLC，PAL自动进样器和TSQ Vantage三重四极杆质谱仪联合系统的SRM和H-SRM模式，可以快速、准确而稳定地定量分析母乳中的6种PFCs。利用不含PFC的Accela泵和预清洁的无PFC的脱气机，消除了PFC污染，同时利用PEEK管代替了特氟龙管。TSQ Vantage系统的SRM模式可获得优异的灵敏度和选择性，因而无需修改LC配置。这是一个明显优于其他商业平台的优势，因为它不需要使用在线的被污染的阱或者切换柱的方法来分析PFC。 利用集成的UHPLC/MS平台，在9分钟内分离了人类母乳基质中的6种PFC分析物。主要的基质干扰物在死体积期间就被洗脱，3.64min时第一个化合物被洗脱，证实了这是一个强大的定量分析方法。检测器响应具有良好的线性，同时H-SRM消除了基质干扰，而且无需牺牲任何灵敏度。 Accela系统结合1.9 &mu m颗粒的色谱柱以及业界最高压力的四元泵，可在一系列流速和压力下快速而有效地进行色谱分离。与已有的三重四极杆质谱系统相比，TSQ Vantage的信噪比提高了10倍，可极其灵敏地定量分析复杂的基质样品，并保持很高的分析精度。该仪器能够以极高的分辨率选择母离子，使得H-SRM模式能够获得更高的分析选择性和精度。 更多有关Thermo Scientific UHPLC/MS解决方案的信息或者需要浏览更多应用文档，电邮 analyze@thermofisher.com 或访问www.thermoscientific.com/accela 关于赛默飞世尔科技（Thermo Fisher Scientific） 赛默飞世尔科技有限公司（Thermo Fisher Scientific Inc.）（纽约证交所代码：TMO）是全球科学服务领域的领导者，致力于帮助客户使世界变得更健康、更清洁、更安全。公司年度营收达到100亿美元，拥有员工35,000多人，为350,000多家客户提供服务。这些客户包括：医药和生物技术公司、医院和临床诊断实验室、大学、研究院和政府机构以及环境与工业过程控制装备制造商等。该公司借助于 Thermo Scientific 和 Fisher Scientific 这两个主要品牌，帮助客户解决从常规测试到复杂的研发项目中所面临的各种分析方面的挑战。Thermo Scientific 能够为客户提供一整套包括高端分析仪器、实验室装备、软件、服务、耗材和试剂在内的实验室工作流程综合解决方案。Fisher Scientific 则提供了一系列用于卫生保健，科学研究，以及安全和教育领域的实验室装备、化学药品以及其他用品和服务。赛默飞世尔科技将努力为客户提供最为便捷的采购方案，为科研的飞速发展不断地改进工艺技术，并提升客户价值，帮助股东提高收益，为员工创造良好的发展空间。欲获取更多信息，请登陆：www.thermofisher.com（英文）， www.thermo.com.cn（中文）。