国产PM2.5监测仪也能守护“城市蓝”
  • 来源:中国科普网
  • 作者:史诗
  • 2021-01-14 14:06

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环境就是民生。除了有针对性的治理,环境监测必不可少。PM2.5这种大气中直径小于或等于2.5微米的细小颗粒物,正是形成雾霾的元凶。雾霾严重威胁着人们身体健康,实现雾霾的准确监测是回应大众关切,开展环境治理的前提。

β射线PM2.5监测仪作为重量法的等效监测方法,是我国环境空气质量监测的国标方法之一。2018年开始,北京市计量检测科学研究院领头开展了国产β射线PM2.5监测仪的验证评价与推广。从技术性能指标和应用性能指标入手,针对国产仪器的质量差距,研究提出质量提升的技术解决方案,并根据质量提升技术方案,协助国产β射线PM2.5监测仪生产制造厂家提升产品质量。

验评工作如何开展?

众所周知,PM2.5除了本身可以直接进入人体肺部,对肺泡造成损伤之外,还可能成为病毒和病菌的载体。如何有效准确地监测PM2.5的质量浓度,显得尤为重要。

β射线PM2.5监测仪作为测量大气中可吸入肺颗粒物浓度的专用仪器,利用β射线作为辐射源,抽气泵对大气进行采样,采样时监测仪实时监控抽气的流量,大气中的悬浮颗粒被吸附在β源和闪烁体探测器之间的滤纸表面,抽气前后闪烁体探测器计数值的改变反映了滤纸上吸附灰尘的质量,根据采样体积换算为单位体积空气中悬浮颗粒物的浓度。

在整个验证评价过程中,通过系列的调研、试验、分析、改进等环节,科研院所、企业的专家不断地融合、融入,形成了一个稳定的、专业的国产计量科学仪器验证评价技术团队。根据相关标准,专家团队对得到的验证数据进行分析,完成国产与进口β射线PM2.5监测仪验证评价报告。

据了解,β射线PM2.5监测仪容易受到湿度、温度和实际监测环境的影响。参与验评的β射线PM2.5监测仪因而踏上了从北到南的“长途跋涉”。专家团队还将待测仪器设置在北京、武汉、杭州、海口等气候环境明显不同的四个城市,对环境空气质量进行监测,并利用重量法进行量值溯源,评价参评仪器的环境适应性。

验评工作需要突破哪些技术难题?

PM2.5争论之初,我国自主知识产权的PM2.5监测仪器还没有进入市场,国外品牌占了先机。然而品牌不应成为一种监测标准,仪器运行稳定、数据准确可靠才是环境监测设备的基本要求。

北京市计量检测科学研究院生态环境与能源资源研究所所长张国超告诉记者,准确监测PM2.5需要解决两个技术难题。一是前处理是否做好。“这是由于空气中存在水蒸气,会吸附于颗粒物上从而一起被采样和检测,势必会影响PM2.5的测量结果。因此前处理也就是对样本进行加热除湿。”张国城透露,现有难题是目前国内还没有一个行之有效的方法来评价前处理是否做好。

二是仪器测量是否准确。探讨测量仪器的准确性,就不得不提PM2.5切割器。PM2.5切割器对环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5 μm的颗粒物具有分离功能,是监测仪的关键装置。这是因为PM2.5浓度的测量准确性有一个很重要的前提,即监测的颗粒物粒径属于所需测量的PM2.5范围。

PM2.5切割器主要对空气中多分散的颗粒物成分进行物理切割,从而使得仪器监测的颗粒物属于PM2.5。”张国城称,在对国产PM2.5切割器生产厂家的评测过程中,大部分企业都是合格的,但少数因加工精度不够等原因存在一定偏差。

在开展验评工作的过程中,张国超发现,一些企业试图在一台监测仪上同时实现PM2.5 只装一件切割器和切换阀,一旦切换阀做不好,切割效果就不合格。然而,国内并没有相关标准和图纸,很多国内厂商只好拿来国外图纸照猫画虎,精准度低,导致合格率很低。

如何促进科学仪器国产化?

面对种种难题和不少突发状况,张国城和他的团队一直兢兢业业。团队从最初的10几个人,逐渐壮大到40余人,通过4年多的时间,自主研发出国内首屈一指的检测设备。

在测评仪器开展工作的过程中,张国城坦言,这是一个不断探索的过程。“有时候检测的结果不满意,我也会反思是不是自己的检测装置和方法出了问题。”经历无数次试错和自我怀疑,张国城和他的团队才有了信心。

我们也应该看到,虽然科学仪器在国产化上已取得积极进展,但由于历史积累不足等多方面原因,很多科学仪器依赖进口的局面尚未得到根本改观。

关键部件作为仪器设备的“心脏”,直接决定了仪器的技术含量。关键部件的国产能力不足,导致国产仪器整机技术水平受限,市场认可度不高,影响了行业的发展。

从模仿到自主研发生产,很多国产仪器正在与国外产品齐头并进。高端科研仪器依赖进口的问题也早已得到有关部门的高度重视。以科技部“重大科学仪器设备开发重点专项”为例,“十三五”期间,科学仪器专项共安排项目142个,目前正处于关键技术攻关和工程化样机研制阶段。

“一口吃不成胖子”。据不完全统计,我国科研固定资产投资当中仪器仪表设备采购费用约占60%,科研经费投入当中仪器采购费用约占25%。可以看出,我国科学仪器仪表市场潜力巨大。“早些年,我国生产β射线PM2.5监测仪的企业还屈指可数,近些年由于市场需求高、价格低,从而呈爆发式增长。”张国超很高兴看到这样的变化。

除国家政策帮扶外,企业作为创新的主题也应该积极参与其中,成为科学仪器国产化的关键角色。只有将科研需求、科技原始创新力量和企业创新主体紧密结合起来,才能促进国产科学仪器“直挂云帆济沧海”。

如今,生态“颜值”频频在线、城市“气质”逐步提升、天空一“蓝”无余不再是奢望,随手一拍就是蓝天美景。事实证明,国产PM2.5监测仪也能守护“城市蓝”

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