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环境监测仪器稳步发展 传感器技术不可小视

2015-09-16 17:53
科技潮人
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  随着我国经济的不断发展,城市化规模快速扩大,生态环境的恶化也随之而来。据报道,人类生产与生活中排放到环境里的有害化学物质已超过50多万种,使传统的环境水质分析技术面临巨大挑战。今年公布的《第一次全国水利普查公报》指出,我国约38%工业用水和70%农业用水还未监测计量,50%的水功能区尚无监测手段,52%的省界断面未开展水质监测,也显示我国在水质监测上有着很大的缺口,要满足水环境管理和治理仍有困难,水质监测技术及设备有着巨大的需求。

  2012年11月立项,并于2013年1月启动的国家重大科学仪器设备开发专项水中有毒污染物多指标快速检测仪器项目,引发业界关注,这一技术及设备与传统的水质分析方法有何不同,将为我们的水质分析工作和行业带来什么改变?近日,仪器信息网探访了清华大学环境学院,采访了国家重大科学仪器设备开发专项水中有毒污染物多指标快速检测仪器项目(以下简称该项目)的项目负责人、安恒环境科技(北京)股份有限公司总经理万众华,及项目技术负责人、清华大学施汉昌教授。

  据了解,该项目的核心技术是基于以抗体和功能基因为敏感材料的生物传感器技术,研发出的仪器可对多种污染物同时进行快速检测。在施汉昌担任负责人的清华大学现代环境监测技术研究组的实验室中,我们看到有一间实验室用于生物敏感材料的研究与制备,另一间实验室正在进行仪器和检测方法的研究与开发。

  在实验室中,一位博士生正在使用仪器进行铅的检测,这是项目早期的一台单指标的便携式仪器样机,其光纤传感器置于流动池内,生物材料修饰在光纤前端的表面上,由激光激发荧光物质,对污染物进行检测,再经过光电转换,生成数据。

  另一台正在进行检测的实验室型多指标分析仪已经比较接近成品,该仪器在玻片上固定生物材料,使用时将玻片装入仪器内,激光由斜面进入玻片并进行数次反射,对8个固定点上的标记了荧光染料的生物材料进行激发,同时检测多种污染物。另据介绍,在线型仪器的研究成果也已经发表。

  施汉昌表示,该项目的相关研究其实已有十多年的历史。现在很多高新技术均来源于上世纪90年代后期的一批新技术领域,如基因工程和新型材料等。为了把这些高新技术引入到环境领域中,研究团队做了两年多的调研,研究环境中哪个领域适合引入这些新技术,而调研的结论是,在环境监测领域中开展新型仪器研究是引入和整合高新技术的最佳方向。当时,研究团队确定开展这方面的应用基础研究,如生物检测的敏感材料及其修饰技术等。当时正是1999年,在此之前,清华大学环境工程系(清华大学环境学院的前身)还从未做过仪器的研发,相关研究的进行开拓了一个新的研究方向,也是在这一年,环境工程系招收了第一个以环境监测仪器为研究方向的博士生。

  由于是全新的研究方向,研究工作刚起步时,还不为人知,也缺少经费,在研究开展了三四年之后才获得了学校的第一笔研究基金。随后研究工作获得了两个863课题的支持,研究的进度加速,并不断与实际应用结合,明确了污染物监测仪器的发展方向。到2005年,仪器已有了雏形,比较接近实际样机。在此基础上,研究团队与安恒环境科技(北京)股份有限公司合作申请了国家重大仪器专项。

  回顾这些年来的研究,施汉昌认为,其他领域的一些研究成果,比如电子信息、生物材料这些其他学科的技术,如果想要在环境领域中得到应用,就需要与环境领域的现实问题相结合,产生新的手段,来解决环境领域的问题,这也是团队的主要创新思路之一。仪器是高度集成的系统,是应用生物技术和材料非常好的载体,而环境监测方法与环境监测仪器,是重要的结合方向。

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