2018年11月21日，“第十一屆中國(guó)在線分析儀器應(yīng)用及發(fā)展國(guó)際論壇暨展覽會(huì)”(CIOAE 2018)在南京國(guó)際展覽中心舉辦了隆重的開幕式。儀式結(jié)束后，來自中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的劉文清院士成為本屆論壇的第一位報(bào)告人。
中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 劉文清院士
劉文清院士是我國(guó)環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域?qū)＜遥晒⒐庾V學(xué)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，開拓了中國(guó)環(huán)境光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)新領(lǐng)域。他發(fā)展了高靈敏環(huán)境監(jiān)測(cè)新方法、新技術(shù)，并達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。此外，還研發(fā)了一系列先進(jìn)的環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，促進(jìn)了中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。作為本屆在線分析儀器論壇的重要嘉賓，劉文清院士為與會(huì)人士帶來了題為《環(huán)境監(jiān)測(cè)中的光譜學(xué)技術(shù)進(jìn)展》的主題報(bào)告。
在本次報(bào)告中，劉院士從需求背景、技術(shù)進(jìn)展以及發(fā)展思路三大方面出發(fā)，闡述了環(huán)境監(jiān)測(cè)中的光譜技術(shù)進(jìn)展。他首先介紹了二次細(xì)顆粒物的主要來源，并指出，目前國(guó)內(nèi)大氣臭氧污染有惡化和蔓延的趨勢(shì)。眾所周知，VOCs是二次顆粒物和臭氧的共同前體物。盡管我國(guó)已經(jīng)推出了一系列大氣污染控制方案，但是VOCs的控制仍然大大落后于全國(guó)大氣環(huán)境保護(hù)的要求。有研究顯示，VOCs是“大氣十條”實(shí)施后排放仍在增長(zhǎng)的唯一污染物。劉院士認(rèn)為，目前我國(guó)城市大氣污染仍然較為嚴(yán)重，區(qū)域性污染問題突出，秋冬季重污染天氣多發(fā)頻發(fā)，給環(huán)境保護(hù)工作帶來了挑戰(zhàn)。
隨后，劉院士重點(diǎn)介紹了當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展。他首先分別根據(jù)專業(yè)化程度、測(cè)量范圍、技術(shù)達(dá)到的空間分辨率以及技術(shù)原理，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了分類。比如，根據(jù)技術(shù)原理來看，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)可以分為氣相色譜分析(通用型、在線型)、光譜學(xué)分析(通用型、在線型、遙感型)、質(zhì)譜分析(通用型)以及其他監(jiān)測(cè)技術(shù)(化學(xué)發(fā)光、電化學(xué)、高性能液相色譜、離子色譜)等等。劉院士以測(cè)量時(shí)間、靈敏性/選擇性/精確性為兩大維度，對(duì)質(zhì)譜技術(shù)、氣相色譜和離子色譜技術(shù)、化學(xué)&電化學(xué)技術(shù)、DOAS&FTIR技術(shù)、幾種環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)性能進(jìn)行了比較。此外，他還特別介紹了光學(xué)發(fā)展與諾貝爾物理獎(jiǎng)之間的淵源，尤其是近幾年來以光學(xué)成就獲獎(jiǎng)的幾位科學(xué)家。
談及目前所在單位研發(fā)的技術(shù)成果，劉院士列舉了主/被動(dòng)差分光學(xué)吸收光譜學(xué)(DOAS)、主/被動(dòng)傅里葉變換紅外光譜學(xué)(FTIR)、半導(dǎo)體激光光譜學(xué)(TDLAS)、環(huán)境監(jiān)測(cè)激光雷達(dá)(LIDAR、Raman)、光與激光散射和吸收(LiSA)、激光誘導(dǎo)熒光光譜學(xué)(LIFS)、激光擊穿光譜學(xué)(LIBS)等一系列大氣環(huán)境污染現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，以及在線現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、地基平臺(tái)監(jiān)測(cè)、機(jī)載平臺(tái)監(jiān)測(cè)、球載平臺(tái)監(jiān)測(cè)、星載平臺(tái)監(jiān)測(cè)等應(yīng)用領(lǐng)域。
不過就目前而言，大氣氧化性測(cè)量相關(guān)儀器還存在一些科學(xué)問題。劉院士談到，自由基對(duì)大氣氧化性的貢獻(xiàn)在90%以上。由于自由基化學(xué)活性高、壽命短，而且時(shí)空變化劇烈，濃度極低，因此自由基的準(zhǔn)確場(chǎng)測(cè)量是大氣化學(xué)領(lǐng)域最富挑戰(zhàn)性的研究工作之一。他隨后列舉了目前的三大OH自由基探測(cè)技術(shù)——FAGE(氣體擴(kuò)張激光誘導(dǎo)熒光)、DOAS(激光差分吸收光譜)和CIMS(化學(xué)電離質(zhì)譜)，并分別介紹了三者在探測(cè)限分子、時(shí)間、精度和性能上的差異。
關(guān)于OH氣體擴(kuò)張激光誘導(dǎo)熒光，他詳細(xì)介紹了技術(shù)原理和一些關(guān)鍵技術(shù)，包括高效低損耗采樣(超音速射流設(shè)計(jì))、激光波長(zhǎng)穩(wěn)頻技術(shù)(參考池)、高效熒光收集技術(shù)、PMT門控?zé)晒馓綔y(cè)以及定標(biāo)技術(shù)。談及OH自由基標(biāo)定、系統(tǒng)性能，劉院士提出采用同時(shí)光解水汽、氧氣來產(chǎn)生OH自由基進(jìn)行標(biāo)定，并介紹了FAGE-HOx系統(tǒng)外場(chǎng)測(cè)試方面的研究。
報(bào)告會(huì)現(xiàn)場(chǎng)
劉院士提出，傅里葉紅外干涉儀有著廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可以彌補(bǔ)目前例行業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)手段、內(nèi)容和范圍的不足。目前的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)包括危險(xiǎn)化學(xué)品泄露遙測(cè)系統(tǒng)、便攜式VOCs多組份分析儀、污染源排放車載遙測(cè)、固定源VOCs在線分析儀、開放光路VOCs現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等等。
就具體的應(yīng)用案例而言，劉院士介紹了園區(qū)全方位、網(wǎng)格化在線監(jiān)測(cè);甘肅慶陽石化園區(qū)對(duì)VOC排放實(shí)施的預(yù)警性監(jiān)測(cè);采取天地空一體化大氣環(huán)境綜合觀測(cè)技術(shù)，針對(duì)大氣重污染成因與治理進(jìn)行攻關(guān);掌握污染狀況和變化規(guī)律;在高分五號(hào)衛(wèi)星方面的應(yīng)用等等。
最后，劉院長(zhǎng)談到了環(huán)境監(jiān)測(cè)中光譜學(xué)技術(shù)的發(fā)展思路。他從環(huán)境技術(shù)的國(guó)家需求出發(fā)，點(diǎn)明了未來的幾大重點(diǎn)發(fā)展方向：
影響國(guó)家環(huán)境安全，涉及重大國(guó)際環(huán)境問題與履約等環(huán)境戰(zhàn)略，國(guó)家急需用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來說明問題但還沒有手段的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器設(shè)備研發(fā);影響生態(tài)環(huán)境改善，危害人體健康，進(jìn)而影響國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施的環(huán)境問題中涉及的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和系統(tǒng)研發(fā);基于地基(點(diǎn)源、面源、移動(dòng)源、無組織源)、機(jī)載、球載和星載平臺(tái)的新型環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)研發(fā)。此外，還有推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+智慧環(huán)保以及研發(fā)小型化輕量化傳感器等發(fā)展趨勢(shì)。
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