2018年11月21日，“第十一屆中國在線分析儀器應用及發(fā)展國際論壇暨展覽會”(CIOAE 2018)在南京國際展覽中心舉辦了隆重的開幕式。儀式結束后，來自中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院的劉文清院士成為本屆論壇的第一位報告人。
中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院 劉文清院士
劉文清院士是我國環(huán)境光學監(jiān)測領域?qū)＜?，成功將光譜學技術應用于環(huán)境監(jiān)測，開拓了中國環(huán)境光學監(jiān)測技術新領域。他發(fā)展了高靈敏環(huán)境監(jiān)測新方法、新技術，并達到了國際先進水平。此外，還研發(fā)了一系列先進的環(huán)境監(jiān)測設備，促進了中國環(huán)境監(jiān)測技術的進步。作為本屆在線分析儀器論壇的重要嘉賓，劉文清院士為與會人士帶來了題為《環(huán)境監(jiān)測中的光譜學技術進展》的主題報告。
在本次報告中，劉院士從需求背景、技術進展以及發(fā)展思路三大方面出發(fā)，闡述了環(huán)境監(jiān)測中的光譜技術進展。他首先介紹了二次細顆粒物的主要來源，并指出，目前國內(nèi)大氣臭氧污染有惡化和蔓延的趨勢。眾所周知，VOCs是二次顆粒物和臭氧的共同前體物。盡管我國已經(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大氣環(huán)境保護的要求。有研究顯示，VOCs是“大氣十條”實施后排放仍在增長的唯一污染物。劉院士認為，目前我國城市大氣污染仍然較為嚴重，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)境保護工作帶來了挑戰(zhàn)。
隨后，劉院士重點介紹了當前環(huán)境監(jiān)測技術的研究與應用進展。他首先分別根據(jù)專業(yè)化程度、測量范圍、技術達到的空間分辨率以及技術原理，對環(huán)境監(jiān)測技術進行了分類。比如，根據(jù)技術原理來看，環(huán)境監(jiān)測技術可以分為氣相色譜分析(通用型、在線型)、光譜學分析(通用型、在線型、遙感型)、質(zhì)譜分析(通用型)以及其他監(jiān)測技術(化學發(fā)光、電化學、高性能液相色譜、離子色譜)等等。劉院士以測量時間、靈敏性/選擇性/精確性為兩大維度，對質(zhì)譜技術、氣相色譜和離子色譜技術、化學&電化學技術、DOAS&FTIR技術、幾種環(huán)境監(jiān)測技術性能進行了比較。此外，他還特別介紹了光學發(fā)展與諾貝爾物理獎之間的淵源，尤其是近幾年來以光學成就獲獎的幾位科學家。
談及目前所在單位研發(fā)的技術成果，劉院士列舉了主/被動差分光學吸收光譜學(DOAS)、主/被動傅里葉變換紅外光譜學(FTIR)、半導體激光光譜學(TDLAS)、環(huán)境監(jiān)測激光雷達(LIDAR、Raman)、光與激光散射和吸收(LiSA)、激光誘導熒光光譜學(LIFS)、激光擊穿光譜學(LIBS)等一系列大氣環(huán)境污染現(xiàn)場監(jiān)測技術，以及在線現(xiàn)場監(jiān)測、地基平臺監(jiān)測、機載平臺監(jiān)測、球載平臺監(jiān)測、星載平臺監(jiān)測等應用領域。
不過就目前而言，大氣氧化性測量相關儀器還存在一些科學問題。劉院士談到，自由基對大氣氧化性的貢獻在90%以上。由于自由基化學活性高、壽命短，而且時空變化劇烈，濃度極低，因此自由基的準確場測量是大氣化學領域最富挑戰(zhàn)性的研究工作之一。他隨后列舉了目前的三大OH自由基探測技術——FAGE(氣體擴張激光誘導熒光)、DOAS(激光差分吸收光譜)和CIMS(化學電離質(zhì)譜)，并分別介紹了三者在探測限分子、時間、精度和性能上的差異。
關于OH氣體擴張激光誘導熒光，他詳細介紹了技術原理和一些關鍵技術，包括高效低損耗采樣(超音速射流設計)、激光波長穩(wěn)頻技術(參考池)、高效熒光收集技術、PMT門控熒光探測以及定標技術。談及OH自由基標定、系統(tǒng)性能，劉院士提出采用同時光解水汽、氧氣來產(chǎn)生OH自由基進行標定，并介紹了FAGE-HOx系統(tǒng)外場測試方面的研究。
報告會現(xiàn)場
劉院士提出，傅里葉紅外干涉儀有著廣泛的實際應用價值，可以彌補目前例行業(yè)務監(jiān)測手段、內(nèi)容和范圍的不足。目前的實際應用已經(jīng)包括危險化學品泄露遙測系統(tǒng)、便攜式VOCs多組份分析儀、污染源排放車載遙測、固定源VOCs在線分析儀、開放光路VOCs現(xiàn)場監(jiān)測等等。
就具體的應用案例而言，劉院士介紹了園區(qū)全方位、網(wǎng)格化在線監(jiān)測;甘肅慶陽石化園區(qū)對VOC排放實施的預警性監(jiān)測;采取天地空一體化大氣環(huán)境綜合觀測技術，針對大氣重污染成因與治理進行攻關;掌握污染狀況和變化規(guī)律;在高分五號衛(wèi)星方面的應用等等。
最后，劉院長談到了環(huán)境監(jiān)測中光譜學技術的發(fā)展思路。他從環(huán)境技術的國家需求出發(fā)，點明了未來的幾大重點發(fā)展方向：
影響國家環(huán)境安全，涉及重大國際環(huán)境問題與履約等環(huán)境戰(zhàn)略，國家急需用監(jiān)測數(shù)據(jù)來說明問題但還沒有手段的大氣環(huán)境監(jiān)測技術和儀器設備研發(fā);影響生態(tài)環(huán)境改善，危害人體健康，進而影響國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施的環(huán)境問題中涉及的環(huán)境監(jiān)測技術和系統(tǒng)研發(fā);基于地基(點源、面源、移動源、無組織源)、機載、球載和星載平臺的新型環(huán)境監(jiān)測技術與系統(tǒng)研發(fā)。此外，還有推進互聯(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。
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