在线粒径检测仪

2012年5月新推出GRIMM EDM系列气溶胶粒径谱仪/在线环境颗粒物监测仪（德国GRIMM气溶胶技术公司研制生产）。该系列监测仪采用激光散射原理，可同时获得环境大气中PM10、PM2.5、PM1的质量浓度值，并可下载0.25 ~ 32 um范围的31个粒径通道数浓度值。EDM180型在线环境颗粒物/气溶胶粒径谱仪，符合欧洲标准EN 12341 (PM10) 和EN 14907 (PM2.5)，并获得美国EPA认证(PM2.5，认证号：EQPM-0311-195)。EDM180型粒径谱仪是目前唯一通过按重量参考认证的光学系统的环境颗粒物监测仪（PM10和PM2.5）。并成为仅有的一款通过认证的能够同时在线监测PM10和PM2.5的分析仪。

p 　　 strong 编者按 /strong ：让PM2.5无所遁形的颗粒粒径检测技术，已被广泛应用于工业、化学、环境安全等诸多领域。本文作者利用中国专利文摘数据库(CNABS)和德温特世界专利索引数据库(DWPI)，采用分类号G01N与关键词对2017年7月12日之前的专利申请文献进行了检索，并对颗粒粒径检测方法的各技术分支的发展状况进行了分析和综述，以期对该领域的进一步研究提供一些参考。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/8421654c-8b9f-40df-adeb-ff1dbf5948e4.jpg" title=" 00.jpg" / /p p 　　2011年底，美国驻华大使馆在新浪微博的官方账号发出一条微博：“北京空气质量指数439，PM2.5细颗粒浓度408.0，空气有毒害??”该微博随即在国内引发了对PM2.5(细颗粒物)的强烈关注，最终PM2.5被纳入到常规空气质量监测体系中。事实上，让PM2.5无所遁形的就是颗粒粒径检测技术，其已被广泛应用于工业、化学、环境安全等诸多领域。笔者利用中国专利文摘数据库(CNABS)和德温特世界专利索引数据库(DWPI)，采用分类号 G01N与关键词对2017年7月12日之前的专利申请文献进行了检索，并对颗粒粒径检测方法的各技术分支的发展状况进行了分析和综述，以期对该领域的进一步研究提供一些参考。 /p p 　　 strong 各项技术并行发展 /strong /p p 　　颗粒粒径或粒度分布的检测方法种类繁多，按照测量原理主要有7类技术分支，包括：筛分法、沉降法、显微图像法、光散射法、电阻法、静电法和超声法。笔者对各技术分支的专利申请量进行统计发现，光散射法的专利申请量最高，其早在20世纪70年代就进入人们的视线，是目前最先进、应用最广的一种颗粒测量技术。此外，排名第二的是显微镜法，尤其是电子显微镜图像分析技术是当前比较流行的分析手段，该方法优势明显，除了可得到颗粒的粒径，还可以对颗粒的结构、形状和表面形貌有一定的直观认识和了解。然后分别是沉降法和筛分法，这两种方法是测量颗粒粒径的传统方法，工艺过程简单、成本较低，且操作便捷、装置结构简单。 /p p 　　在颗粒粒径检测技术演进的过程中，主要的发展趋势有2个方面：检测精确度的提高及检测对象的扩展。上世纪 40年代以前，业内主要是采用筛分法、沉降法和显微镜法。其中筛分法最早的专利出现在1933年，公开号为GB402402A 沉降法则是基于 Stokes重力沉降公式来测定粒径，沉降法的专利早期以国外专利申请为主。显微镜法是唯一可直接观测单个或混合颗粒形状、粒度和分布的方法，早期国内相关专利申请较少，从2010年才开始出现激增态势。此外，将显微镜法和其他粒度测试方法结合于一体的装置，是当前显微镜法的研究热点，如上海理工大学公开号为CN102207443A、CN102207444A的专利申请，就是利用传感器件将多种颗粒粒度测量方法融合在一起。 /p p 　　随着计算机、电子和激光等技术的快速发展，20世纪70年代起，颗粒粒径检测逐渐开始实现检测对象的多元化，光散射颗粒粒度测量仪受到市场欢迎。光散射技术的思想最早由前苏联学者Mandelshtam于1926年提出，随后其应用逐步扩展至界面和胶体科学等领域，并开发出了荧光相关光谱法、X射线光子相关光谱法、动态光散射显微术等。近年来，对动态光散射仪器的应用需求明显增长，相关技术研究主要集中在对动态光散射仪器的局部结构改进和采用各种新技术改造传统装置以扩展新应用等方面。 /p p 　　对于电阻法和基于电阻法发展起来的静电法和超声法，其理论基础的发展目前已趋于成熟。其中电阻法最早为美国Coulter公司创始人Wallace H. Coulter于1953年发明，随后Coulter公司将其商品化，开发出库尔特计数器，Coulter公司此后不断对电阻法进行深入研究，其生产的 Multisizer I全自动粒度分析仪仍是目前较为先进的颗粒测量多功能仪器。而其他公司和个人对于电阻法、静电法和超声法的研究，在1980年之后得到迅速发展，大量相关的专利都是基于Coulter公司技术的改进而来。 /p p 　　总体而言，虽然不同检测方法均有其各自的特点和适应的颗粒类型，各技术之间呈现并行发展的趋势，但整体上呈现出向更快速、更准确以及更加便捷检测的方向发展，各分支的专利申请量也均呈现出上升趋势。 /p p 　 strong 　两家公司平分秋色 /strong /p p 　　笔者分析了排名靠前的主要申请人的核心专利数量和企业综合实力，发现在颗粒粒径检测领域， a style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " title=" " target=" _self" href=" http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100646/" span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 英国马尔文仪器有限公司 /span /a (下称马尔文公司)和 a style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " title=" " target=" _self" href=" http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100336/" span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 美国贝克曼库尔特公司 /span /a span style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " ( /span 下称贝克曼公司)呈现平分秋色的竞争态势。 /p p 　　马尔文公司成立于1963年，早在20世纪80年代，该公司便进行了颗粒粒径测量仪器的技术研发，其最早的研究方向是基于激光技术测定颗粒粒径。随后，该公司研发了利用超声法测量颗粒粒径的相关技术，相关专利包括US5121629A、GB9801667D0、WO2010/041082A2等。在 1980年到2010年间，马尔文公司在颗粒粒径检测的几个主要技术分支上均保持了稳定的专利申请量，在光散射法和超声法检测两个分支的专利申请量最大。 /p p 　　马尔文公司在超声测量方面的主要产品为Ultrasizer MSV超声测量仪，该仪器可根据颗粒粒径与声波衰减之间的关系计算出颗粒粒度分布，同时还可以测出体系的固含量。随后，该公司在初代产品的基础上进行改进，开发出了探头式超声粒度测量仪。近年来，马尔文公司发展迅速，从专利申请分布来看，自2010年至今，该公司提交了50余件关于激光粒度分析的专利申请，这表明该公司可能欲向高精密仪器方向转型。 /p p 　　贝克曼公司于1997年成立，现已成为世界最大的颗粒分析仪器公司，其于1953年制造出了世界上第一台颗粒粒度分析仪，并于1965年对该产品提交了专利申请NL6505468A。 /p p 　　1983年贝克曼公司就进入了中国市场，并在北京、上海等地设立了代表处，此后不断完善专利战略，迅速占领了国内外市场。2000年之后，贝克曼公司进入超声颗粒测量领域，获得了一系列专利权，如公开号为WO0057774A1、US2006001875A1等。2000年至2012年，贝克曼公司在颗粒粒度检测的四个主要分支领域均进行了专利布局，其开发了基于电阻原理的Multisizer 3系列粒度分析仪，基于光脉冲原理的HIAC系列液体颗粒检测仪，基于光脉冲和库尔特原理的Multisizer 4e系列粒度分析仪，以及融合了超声与光散射原理的DelsaMax Pro粒径分析仪和DelsaMax CORE系列产品。其最新的DelsaMax Pro系列产品与马尔文公司的Zetasizer Nano系列产品采用的技术都结合了声学和光学颗粒检测技术，可见两家公司在该领域的竞争态势比较激烈。 /p p 　　笔者认为，今后颗粒粒径检测领域的技术发展将更注重提高测量精度和对颗粒特性的多方面测定等方面，将不同颗粒粒径检测技术进行融合以提高检测性能将成为未来专利布局的热点。(詹雪) /p p （本文仅代表作者个人观点） /p

2021年，生态环境部发布《“十四五”全国细颗粒物与臭氧协同控制监测网络能力建设方案》（环办监测函[2021]218号），该方案强调：“十四五”期间将按照“国家负责统一规范和联网、地方负责建设和运维”的模式，进一步加强细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）协同控制监测能力建设。同时，方案中特别提到，要“以交通、工业园区和排污单位为重点开展污染源专项监测，组建和完善全国协同控制监测网络，掌握PM2.5与O3的主要来源、浓度水平、生成机理、传输规律等，更好支撑多污染物协同控制和区域协同治理。”可以说，对颗粒物进行全天候、全方位、全粒径的监测溯源是后续精准治理必不可少的步骤。仪器信息网获悉，河北先河环保科技股份有限公司（以下简称：先河环保）推出颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统，该系统可有效支撑颗粒物与臭氧协同控制。本次第二十一届中国国际环保展览会（CIEPEC2023）上，先河环保携颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统亮相。展会期间，先河环保总裁助理、生态环境物联网与大数据应用技术国家地方联合工程研究中心主任潘本锋接受了仪器信息网的独家采访。先河环保总裁助理、生态环境物联网与大数据应用技术国家地方联合工程研究中心主任潘本锋仪器信息网：从2022年各地区陆续发布“十四五”时期生态环境保护规划中几乎都提到：要加强协同控制PM2.5和臭氧污染。针对该热点，先河环保在产品层面有的解决方案？潘本锋：目前，颗粒物和臭氧是影响大气环境质量的主要污染物，也是目前大气环境治理的重点与难点。而国家提出的加强细颗粒物和臭氧协同控制具体来说，就是要落实“问题、时间、区域、对象、措施”五个精准要求，进而实现污染物的精准监测及溯源解析，为制定城市大气污染控制对策提供必要的科学依据。因此，围绕大气颗粒物污染的精准溯源、科学研判、依法治理，先河环保推出了颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统，该系统可有效支撑颗粒物与臭氧协同控制。图解颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统仪器信息网：该产品（颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统）与传统的空气监测类产品有何不同？在研发设计与技术创新上，有何亮点和突破？潘本锋：颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统是对颗粒物进行全天候、全方位、全粒径的颗粒物监测溯源。这套系统基于颗粒物监测数据，结合源解析算法，对颗粒物分粒径进行实时源解析、及时预警和精准溯源，实现数据的统一收集、统一展示和统一分析。也就是说，这套系统能够协助我们快速确定颗粒物的来源，比如颗粒物是来自于机动车？还是工地扬尘？或是来自于生活源或工业源？类似这样的粒径溯源会为我们下一步的治理提供信息，指导各地开展精细化管控，实现精准治污、科学治污、依法治污，为国家提供可靠和技术与数据支撑。系统采取“一张网、一中心、四应用”的总体架构，布局科学合理，让人一目了然。其中，“一张网”统筹粒径监测、走航监测等各种基础数据；“一中心”集成各源各类大气环境数据资源，实现数据采集汇聚、数据计算研发、数据存储共享、数据资产管理，为数据应用提供服务；“四应用”囊括了实时监测、粒径分析、颗粒物来源解析以及粒径与空气质量关联分析四大模块，实现精准溯源，助力颗粒物污染高效、并持续地改善。目前，这套平台系统已取得软件著作权。仪器信息网：依托这套系统，先河环保能够为各地的颗粒物污染管控带来哪些具体的帮助？潘本锋：依托这一系统，可以为各地大气颗粒物污染管控提供三方面的帮助：一是帮助各地政府构建颗粒物粒径监测网。这套系统通过高精度粒径监测站与微型站的组合方式，以粒径移动监测作为固定站补充，帮助各地政府全面掌握各区域粒径分布与污染来源。粒径监测网可以覆盖环境空气质量评价点、区域预警、道路、工业园区等，实现对区域颗粒物数据的全天候、全方位、全粒径的动态立体监测与评估，为环境颗粒物监管提供数据支撑。环保展上展出高精度粒径监测站与微型站二是协助建设颗粒物粒径监测与溯源决策支持平台。通过建设智慧平台，可实时展示各监测设备状态及监测浓度，并对粒径段数据、粒径分布及变化趋势、粒径浓度变化规律进行统计分析，这便于我们掌握道路扬尘、施工扬尘、固定燃烧源、机动车和工艺过程源等对本地颗粒物污染的贡献，实现对PM10和PM2.5的实时源解析溯源。三是实现颗粒物粒径溯源分析研判服务。依托颗粒物粒径监测与溯源决策支持平台，融合大气环境监测数据及其他专业数据资源，我们提供的颗粒物粒径数据溯源分析研判服务可为政府部门提供准确、及时的数据信息和科学、高效的管控建议，以实现颗粒物污染精准溯源。仪器信息网：目前该系统是否已经进入市场应用阶段，效果怎样？潘本锋：目前，颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统已经推向市场，特别是在扬尘精细化治理领域取得了较好的管控效果。目前，先河环保已在河南、河北、山西等区域安排了试点。比如在河北某试点，我们利用粒径谱监测仪、颗粒物粒径溯源解析车等对当地PM10进行来源解析，结果显示，这座城市的扬尘源（道路尘、施工尘）为第一大贡献源，且夜间4μm—10μm大粒径段颗粒物浓度显著高于白天。为此，先河环保专家组协助政府开展常态化、高标准的扬尘源针对性管控，同时狠抓重点时段，强化夜间粗颗粒管控，提出了许多管控建议。比如，进一步强化施工工地治理、采取道路清洗湿扫、严格重点运输车辆扬尘管控等措施。经过几天的综合整治，该试点扬尘污染控制效果明显，扬尘污染数据及大粒径段污染占比下降明显。仪器信息网：立足十四五，展望未来，先河环保将在哪些领域进一步加强布局？潘本锋：步入十四五以来，先河环保紧抓“高质量发展与技术创新”，并积极布局下一步的技术创新和产业规划。我们力争将科技创新有效转变为产品创新、模式创新、应用创新，驱动公司技术和高质量发展共同进步。当前，“双碳”是各地政府关注的重点，先河环保围绕国家降碳、减污、扩绿等目标，持续推动生态环境和“双碳”全产业链业务，并将整合生态环境监测、监管和治理全产业链的创新资源，紧扣以生态大脑为核心的生态环境大数据分析、环境治理体系，加快构建生态环境的产业创新。我们将持续构建高效、精准、专业的现代化治理体系，不断推进源头治理、系统治理、综合治理业务的创新与深耕，协助区域生态环境质量持续改善和区域经济协调绿色发展，进而推动整个生态环境产业做大做强。先河环保展台后记：本次，先河环保还带来了水生态、污水治理、交通污染监测、温室气体监测等众多明星产品，覆盖了多个领域。潘本锋特别介绍到，随着大家对“双碳”愈发加大关注，先河环保在未来还会在温室气体方面加强与相关科研机构的合作，并推出新的产品。比如本次带来的XHCRDS100P高精度温室气体在线监测系统可以对大气环境中的温室气体(CO2，CO，H2O，CH4)进行精准实时监测。预知该系统详情，请持续关注仪器信息网有关环保展温室气体监测领域的后续报道。