廣州禾信：做中國(guó)人的質(zhì)譜儀器
廣州禾信：做中國(guó)人的質(zhì)譜儀器
羊城。馬年春節(jié)的喜氣越來越濃。
位于廣州開發(fā)區(qū)的廣州禾信分析儀器有限公司連日來喜事不斷。由禾信公司牽頭中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所共同承擔(dān)的2014年國(guó)家863計(jì)劃資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域重大課題——“低成本高性能環(huán)境質(zhì)譜監(jiān)測(cè)儀研制”日前正式啟動(dòng)，而同樣是今年新立項(xiàng)的環(huán)保部公益項(xiàng)目中，還有兩項(xiàng)是支持禾信公司在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀的應(yīng)用研究，項(xiàng)目將分別開展環(huán)渤海地區(qū)大氣灰霾特征與控制途徑研究、大氣顆粒物中重金屬在線監(jiān)測(cè)研究。
環(huán)境污染，灰霾漫天。建立起我國(guó)第一條高端質(zhì)譜儀器的生產(chǎn)線廣州禾信，通過反復(fù)試驗(yàn)、建模、數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出灰霾在線源解析的方法，將傳統(tǒng)源解析方法速度提高了1000倍，費(fèi)用降低100倍，作為我國(guó)灰霾污染治理的關(guān)鍵技術(shù)保障，將發(fā)揮巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
目前，這項(xiàng)成果在廣州、北京、石家莊、南京等城市的大氣PM2.5污染源解析、大氣聯(lián)合監(jiān)測(cè)、空氣質(zhì)量保障中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀器（SPAMS05型）已累計(jì)實(shí)現(xiàn)銷售收入超過3000萬(wàn)元、簽訂采購(gòu)意向合同1億元、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率100%。據(jù)估算，SPAMS05型質(zhì)譜儀所提供的精細(xì)數(shù)據(jù)，將為治理PM2.5節(jié)省近千億元。
千呼萬(wàn)喚的創(chuàng)新
質(zhì)譜儀是直接檢測(cè)物質(zhì)分子量或原子量的唯一手段，也是國(guó)際上最尖端的科學(xué)儀器之一，已成為現(xiàn)代科學(xué)研究最重要的工具。質(zhì)譜技術(shù)在水質(zhì)檢測(cè)、土壤分析、空氣質(zhì)量檢測(cè)、食品安全、新生嬰兒產(chǎn)前篩查、藥物合成、過程控制、石油化工、核工業(yè)、探月工程等領(lǐng)域都會(huì)用到，是多個(gè)重要產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略支撐。
“十一五”之初，我國(guó)質(zhì)譜儀整體研制水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，缺乏核心技術(shù)，以模仿、逆向開發(fā)為主，無整機(jī)工程化能力、無批量化產(chǎn)品，高端質(zhì)譜儀器更是完全依賴進(jìn)口。進(jìn)口儀器價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，嚴(yán)重影響了國(guó)內(nèi)科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展。因此，打破國(guó)際技術(shù)壟斷，立足國(guó)內(nèi)，加強(qiáng)自主研發(fā)，發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的大氣環(huán)境分析和監(jiān)測(cè)儀器尤為迫切。
為改變我國(guó)質(zhì)譜技術(shù)的落后現(xiàn)狀，2006年，科技部在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域設(shè)立了“單顆粒氣溶膠實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)高分辨飛行時(shí)間質(zhì)譜研制”課題，并在此基礎(chǔ)上，2009年又滾動(dòng)設(shè)立了“氣溶膠質(zhì)譜儀分析器工藝化及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)優(yōu)化課題，連續(xù)支持由廣州禾信分析儀器有限公司，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所、上海大學(xué)等單位，開展氣溶膠質(zhì)譜儀研制。
然而，自主研發(fā)質(zhì)譜儀器談何容易。質(zhì)譜儀主要由離子源、離子傳輸系統(tǒng)、質(zhì)量分析器、離子探測(cè)器以及相關(guān)的真空、電子、軟件系統(tǒng)組成，其研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)難題至少有三個(gè)方面：
儀器原理復(fù)雜，離子的產(chǎn)生、傳輸、分離、探測(cè)等涉及深層次的物理化學(xué)及電子離子光學(xué)原理，要求對(duì)離子長(zhǎng)距離傳輸進(jìn)行精確操控、對(duì)幾十萬(wàn)分子量的離子實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的分離、對(duì)微弱電信號(hào)（最小電荷單位1.6×10-19庫(kù)侖）實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)的檢測(cè)；
技術(shù)綜合性強(qiáng)，要求幾百個(gè)零件的機(jī)械加工精度同時(shí)達(dá)到微米量級(jí)、幾十個(gè)電源的穩(wěn)定度同時(shí)達(dá)到萬(wàn)分之一、儀器真空度跨越9個(gè)數(shù)量級(jí)；
整機(jī)集成難度高，開發(fā)周期長(zhǎng)。
2006年，第一次承擔(dān)國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目的禾信公司，當(dāng)時(shí)剛成立兩年。8年來，這個(gè)年輕的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)渡過了怎樣的艱苦卓絕可想而知。
中國(guó)質(zhì)譜的驕傲
8年來，在“做中國(guó)人的質(zhì)譜儀器”的信念支撐下，海歸博士周振帶領(lǐng)著他的禾信團(tuán)隊(duì)，系統(tǒng)地攻克了小到200nm的單個(gè)顆粒物精確激光打擊電離、正負(fù)離子質(zhì)量同時(shí)檢測(cè)、4GB海量數(shù)據(jù)采集及快速數(shù)據(jù)分析等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并取得了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
更重要的是，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上工程化的在線單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀器（SPAMS05型）產(chǎn)品，成功攻克了“快速弄清PM2.5污染物的來源”這一世界性難題。SPAMS05型質(zhì)譜儀是目前國(guó)際上唯一能實(shí)現(xiàn)大氣PM2.5實(shí)時(shí)在線源解析的關(guān)鍵工具，也是我國(guó)唯一整體性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的高端、大型商品化質(zhì)譜儀器。該儀器不僅能告訴我們“空氣污染有多嚴(yán)重”，還能告訴我們“污染是什么、從哪里來”：可以在幾個(gè)小時(shí)里獲得北京市某監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5中汽車尾氣的貢獻(xiàn)有多大，傳統(tǒng)技術(shù)則需要幾個(gè)月的時(shí)間。
由于SPAMS05型質(zhì)譜儀在檢測(cè)范圍、檢測(cè)速度、準(zhǔn)確性等關(guān)鍵指標(biāo)上與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)，在可靠性、軟件友好性等方面則優(yōu)于國(guó)外同類商品化儀器，具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，因而實(shí)現(xiàn)了對(duì)同類進(jìn)口儀器的全面超越和替代。
2011年，廣州禾信以超過300萬(wàn)元的單臺(tái)價(jià)格，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)高端質(zhì)譜儀器首次中標(biāo)“政府公開招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目”。2012年，禾信更實(shí)現(xiàn)了首臺(tái)國(guó)產(chǎn)高端質(zhì)譜儀器出口美國(guó)。
創(chuàng)新從未止步
創(chuàng)新從未止步，新的目標(biāo)更在遠(yuǎn)方。周振介紹，目前禾信連續(xù)成功開發(fā)了不同應(yīng)用領(lǐng)域的8種質(zhì)譜儀，1項(xiàng)為國(guó)際首創(chuàng)，1項(xiàng)達(dá)到國(guó)際商品儀器水平，1項(xiàng)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，多款產(chǎn)品打破國(guó)際封鎖；經(jīng)過10年的技術(shù)儲(chǔ)備，禾信團(tuán)隊(duì)規(guī)模已至近200人，正在研制開發(fā)的質(zhì)譜儀器已經(jīng)規(guī)劃至2018年。今年，禾信還將計(jì)劃推出2—3款商品化質(zhì)譜儀器，整體技術(shù)水平都屬于國(guó)內(nèi)首臺(tái)或國(guó)際首創(chuàng)。
在談到剛剛啟動(dòng)的863項(xiàng)目“低成本高性能環(huán)境質(zhì)譜監(jiān)測(cè)儀研制”時(shí)，周振說，該項(xiàng)目基于國(guó)際先進(jìn)的飛行時(shí)間質(zhì)譜、離子遷移譜、快速色譜及其聯(lián)用技術(shù)，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列高端環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)譜儀器，實(shí)現(xiàn)多種揮發(fā)性有機(jī)物和半揮發(fā)性有機(jī)物的精確、快速、實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，將為我國(guó)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)提供科學(xué)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)譜儀器研制整體水平。
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