廣州禾信：做中國人的質譜儀器
廣州禾信：做中國人的質譜儀器
羊城。馬年春節的喜氣越來越濃。
位于廣州開發區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科學院大連化學物理研究所、中國科學院安徽光學精密機械研究所共同承擔的2014年國家863計劃資源環境技術領域重大課題——“低成本高性能環境質譜監測儀研制”日前正式啟動，而同樣是今年新立項的環保部公益項目中，還有兩項是支持禾信公司在線單顆粒氣溶膠質譜儀的應用研究，項目將分別開展環渤海地區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測研究。
環境污染，灰霾漫天。建立起我國第一條高端質譜儀器的生產線廣州禾信，通過反復試驗、建模、數據分析，總結出灰霾在線源解析的方法，將傳統源解析方法速度提高了1000倍，費用降低100倍，作為我國灰霾污染治理的關鍵技術保障，將發揮巨大的社會效益和經濟效益。
目前，這項成果在廣州、北京、石家莊、南京等城市的大氣PM2.5污染源解析、大氣聯合監測、空氣質量保障中發揮關鍵作用。在線單顆粒氣溶膠質譜儀器（SPAMS05型）已累計實現銷售收入超過3000萬元、簽訂采購意向合同1億元、國內市場占有率100%。據估算，SPAMS05型質譜儀所提供的精細數據，將為治理PM2.5節省近千億元。
千呼萬喚的創新
質譜儀是直接檢測物質分子量或原子量的唯一手段，也是國際上最尖端的科學儀器之一，已成為現代科學研究最重要的工具。質譜技術在水質檢測、土壤分析、空氣質量檢測、食品安全、新生嬰兒產前篩查、藥物合成、過程控制、石油化工、核工業、探月工程等領域都會用到，是多個重要產業的戰略支撐。
“十一五”之初，我國質譜儀整體研制水平遠遠落后于國外發達國家，缺乏核心技術，以模仿、逆向開發為主，無整機工程化能力、無批量化產品，高端質譜儀器更是完全依賴進口。進口儀器價格昂貴，操作復雜，嚴重影響了國內科學研究和實際應用的發展。因此，打破國際技術壟斷，立足國內，加強自主研發，發展適合我國國情的大氣環境分析和監測儀器尤為迫切。
為改變我國質譜技術的落后現狀，2006年，科技部在國家高技術研究發展計劃資源環境技術領域設立了“單顆粒氣溶膠實時在線監測高分辨飛行時間質譜研制”課題，并在此基礎上，2009年又滾動設立了“氣溶膠質譜儀分析器工藝化及數據處理系統優化課題，連續支持由廣州禾信分析儀器有限公司，聯合中國科學院廣州地球化學研究所、上海大學等單位，開展氣溶膠質譜儀研制。
然而，自主研發質譜儀器談何容易。質譜儀主要由離子源、離子傳輸系統、質量分析器、離子探測器以及相關的真空、電子、軟件系統組成，其研發及產業化的關鍵技術難題至少有三個方面：
儀器原理復雜，離子的產生、傳輸、分離、探測等涉及深層次的物理化學及電子離子光學原理，要求對離子長距離傳輸進行精確操控、對幾十萬分子量的離子實現微秒級的分離、對微弱電信號（最小電荷單位1.6×10-19庫侖）實現納秒級的檢測；
技術綜合性強，要求幾百個零件的機械加工精度同時達到微米量級、幾十個電源的穩定度同時達到萬分之一、儀器真空度跨越9個數量級；
整機集成難度高，開發周期長。
2006年，第一次承擔國家863計劃項目的禾信公司，當時剛成立兩年。8年來，這個年輕的項目團隊渡過了怎樣的艱苦卓絕可想而知。
中國質譜的驕傲
8年來，在“做中國人的質譜儀器”的信念支撐下，海歸博士周振帶領著他的禾信團隊，系統地攻克了小到200nm的單個顆粒物精確激光打擊電離、正負離子質量同時檢測、4GB海量數據采集及快速數據分析等多項關鍵技術，并取得了自主知識產權。
更重要的是，項目團隊在此基礎上工程化的在線單顆粒氣溶膠質譜儀器（SPAMS05型）產品，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型質譜儀是目前國際上唯一能實現大氣PM2.5實時在線源解析的關鍵工具，也是我國唯一整體性能達到國際領先水平的高端、大型商品化質譜儀器。該儀器不僅能告訴我們“空氣污染有多嚴重”，還能告訴我們“污染是什么、從哪里來”：可以在幾個小時里獲得北京市某監測點PM2.5中汽車尾氣的貢獻有多大，傳統技術則需要幾個月的時間。
由于SPAMS05型質譜儀在檢測范圍、檢測速度、準確性等關鍵指標上與國際先進水平相當，在可靠性、軟件友好性等方面則優于國外同類商品化儀器，具有明顯的性價比優勢，因而實現了對同類進口儀器的全面超越和替代。
2011年，廣州禾信以超過300萬元的單臺價格，實現了國產高端質譜儀器首次中標“政府公開招標采購項目”。2012年，禾信更實現了首臺國產高端質譜儀器出口美國。
創新從未止步
創新從未止步，新的目標更在遠方。周振介紹，目前禾信連續成功開發了不同應用領域的8種質譜儀，1項為國際首創，1項達到國際商品儀器水平，1項達到國內領先水平，多款產品打破國際封鎖；經過10年的技術儲備，禾信團隊規模已至近200人，正在研制開發的質譜儀器已經規劃至2018年。今年，禾信還將計劃推出2—3款商品化質譜儀器，整體技術水平都屬于國內首臺或國際首創。
在談到剛剛啟動的863項目“低成本高性能環境質譜監測儀研制”時，周振說，該項目基于國際先進的飛行時間質譜、離子遷移譜、快速色譜及其聯用技術，開發具有自主知識產權的系列高端環境監測質譜儀器，實現多種揮發性有機物和半揮發性有機物的精確、快速、實時在線檢測，將為我國大氣環境監測提供科學、準確的數據支持，同時，進一步推動我國環境監測質譜儀器研制整體水平。
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