說(shuō)起大氣監(jiān)測(cè)，公眾首先想起的是PM2.5，環(huán)境監(jiān)測(cè)從業(yè)人員可能會(huì)想到二氧化硫、氮氧化物、臭氧、一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)物等等，但是關(guān)注惡臭監(jiān)測(cè)的人員還相對(duì)較少。而據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)環(huán)境投訴中，惡臭投訴約占30%~40%，其數(shù)量?jī)H次于噪聲居第二位。

　　在投訴率如此高的情況下，為什么惡臭監(jiān)測(cè)沒(méi)有得到大家的重視?我國(guó)的惡臭監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀如何?惡臭監(jiān)測(cè)的未來(lái)需求在哪?還有哪些工作需要開(kāi)展?近日，儀器信息網(wǎng)編輯專門采訪了河北工業(yè)大學(xué)張思祥教授，張教授是國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)“惡臭自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警儀器開(kāi)發(fā)及應(yīng)用示范”中儀器研發(fā)的主要負(fù)責(zé)人，主要開(kāi)發(fā)基于傳感器原理的在線惡臭監(jiān)測(cè)儀器。

河北工業(yè)大學(xué) 張思祥教授

　　發(fā)現(xiàn)需求 專注于惡臭在線儀器開(kāi)發(fā)

　　談到為什么選擇了做惡臭監(jiān)測(cè)儀器開(kāi)發(fā)，張教授如是說(shuō)：“求學(xué)期間，我學(xué)習(xí)的是光學(xué)儀器和分析儀器專業(yè)。1999年在河北工業(yè)大學(xué)參加工作，接到的第一個(gè)任務(wù)就是研發(fā)水質(zhì)COD分析儀，研發(fā)的儀器后來(lái)成功地實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。自此以后開(kāi)始關(guān)注環(huán)境監(jiān)測(cè)類儀器，我們與天津環(huán)科院國(guó)家環(huán)境保護(hù)惡臭污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室一直有合作，后來(lái)發(fā)現(xiàn)我國(guó)的惡臭氣體檢測(cè)還有很多薄弱環(huán)節(jié)，因此開(kāi)始計(jì)劃對(duì)此領(lǐng)域進(jìn)行系統(tǒng)研究?！?p>　　目前，我國(guó)的惡臭檢測(cè)主要依賴人工嗅辨，需要人員多、耗時(shí)長(zhǎng)、對(duì)測(cè)試環(huán)境條件要求高。而我國(guó)惡臭投訴在不斷增多，人工嗅辨技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。除人工嗅辨外，基于傳感器陣列的惡臭在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是國(guó)際上比較成熟的一種惡臭在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。但在我國(guó)，這種技術(shù)的發(fā)展還不能滿足實(shí)際應(yīng)用。

　　首先是傳感器的選擇。氣體傳感器主要有金屬氧化物傳感器、電化學(xué)傳感器和PID傳感器三種，單一傳感器只能檢測(cè)特定類的氣體且對(duì)氣體的選擇性都較差。而惡臭氣體含硫化氫、氨氣、揮發(fā)性有機(jī)物等4000多種成分，單一傳感器無(wú)法滿足檢測(cè)需求，故一般都采取傳感器陣列。

　　傳感器陣列采取的是將不同傳感器集成到一個(gè)模塊上或者在一個(gè)芯片上沉積不同的傳感器材料，故基于傳感器陣列的惡臭在線監(jiān)測(cè)儀器開(kāi)發(fā)的首要任務(wù)就是開(kāi)發(fā)出合適我國(guó)的傳感器組合，滿足惡臭氣體種類和濃度的檢測(cè)需求。雖然氣體傳感器種類眾多，在食品、醫(yī)藥、安全等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但惡臭氣體的一大特點(diǎn)是氣體組分未知，這就對(duì)傳感器的選擇和組合造成了很大困難。

　　其次是惡臭氣體組分分析問(wèn)題。傳感器對(duì)氣體的選擇性較差，在混合氣檢測(cè)中，很難檢測(cè)出氣體組分。張教授就想到了色譜分離，將惡臭氣體先進(jìn)行分離再檢測(cè)。經(jīng)過(guò)慎重考慮，張教授最終選擇了微流控技術(shù)，一是微流控技術(shù)可以做成固態(tài)元件，二是可以與熱導(dǎo)檢測(cè)器、PID檢測(cè)器或電化學(xué)傳感器等集成到一個(gè)芯片上，從而便于將來(lái)進(jìn)行在線和小型化設(shè)計(jì)。

　　微流控芯片大部分是做液體分離，為了實(shí)現(xiàn)氣體分離，張教授團(tuán)隊(duì)主要進(jìn)行了兩種設(shè)計(jì)。一種是填充式，即在微流控芯片的溝道里填充吸附性物質(zhì)，如經(jīng)過(guò)修飾處理的硅藻土，利用吸附脫附原理實(shí)現(xiàn)氣體分離。另外一種是表面涂覆，涂覆之后利用毛細(xì)原理對(duì)氣體進(jìn)行溶解和析出的分離。目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)100ppb范圍內(nèi)的氣體分離，基本達(dá)到當(dāng)初預(yù)期的指標(biāo)。

　　不斷深入 建立惡臭在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

　　雖然微流控芯片與傳感器陣列的組合可以實(shí)現(xiàn)惡臭氣體成分和濃度的檢測(cè)，但是張教授認(rèn)為惡臭在線檢測(cè)系統(tǒng)要想滿足實(shí)際應(yīng)用需求，如與現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法相對(duì)應(yīng)、接到投訴后如何快速鎖定污染源等，還需要進(jìn)一步的研究。

　　首先是低嗅閾值氣體傳感器的開(kāi)發(fā)。有些惡臭氣體的嗅閾值非常低，達(dá)到亞ppb級(jí)別，但目前氣相色譜上常用傳感器對(duì)此類的檢測(cè)還存在問(wèn)題。由于張教授所在單位河北工業(yè)大學(xué)在新材料方面有很多研究，故張教授想在此基礎(chǔ)上，對(duì)傳感器材質(zhì)進(jìn)行一些研究。如碳化硼材料對(duì)氣體的吸附、富集和析出性能良好，可以考慮其在惡臭氣體的吸附和富集方面的應(yīng)用;石墨烯也是一種新型材料，可以研究一下其在提高氣體傳感器的氣敏性和精度方面的作用。

　　其次是氣體辨別模型的建立。雖然經(jīng)過(guò)了前端的分離，但是由于氣體組分過(guò)于復(fù)雜， 傳感器對(duì)特定惡臭氣體的檢測(cè)，仍可能會(huì)受到其它氣體的干擾。此時(shí)就需要增加一種傳感器，通過(guò)信息融合和數(shù)據(jù)分析(如模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析等)來(lái)排除干擾，即通過(guò)建立模型來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體辨別。

　　檢測(cè)結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)接也是一個(gè)值得研究的課題。按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，惡臭檢測(cè)的最終結(jié)果應(yīng)該為惡臭等級(jí)，而此系統(tǒng)的分析結(jié)果為惡臭成分和濃度。因此需要建立一個(gè)惡臭成分濃度與惡臭等級(jí)對(duì)應(yīng)的模型，包括單一物質(zhì)，物質(zhì)濃度與惡臭等級(jí)的關(guān)系;兩種或者多種物質(zhì)混合之后，物質(zhì)濃度和混合比例與惡臭等級(jí)的關(guān)系。最終的目標(biāo)是需要建立一個(gè)儀器檢測(cè)代替人工方法的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行惡臭評(píng)價(jià)。

　　還有一個(gè)工作就是惡臭的溯源。一個(gè)是惡臭來(lái)源區(qū)域判斷，如果檢測(cè)到惡臭濃度超標(biāo)，需要能根據(jù)風(fēng)力、風(fēng)向、大氣壓以及惡臭濃度的梯度變化等相關(guān)參數(shù)，來(lái)推斷惡臭可能的排放來(lái)源。另一個(gè)就是建立惡臭氣體指紋，根據(jù)工廠的生產(chǎn)情況調(diào)查其惡臭氣體的基本組分，當(dāng)檢測(cè)到惡臭氣體時(shí)，根據(jù)氣體成分可以快速初判出污染源。

　　把握時(shí)機(jī) 促進(jìn)國(guó)產(chǎn)儀器發(fā)展

　　儀器開(kāi)發(fā)的最終目的是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，對(duì)于惡臭儀器的產(chǎn)業(yè)化和我國(guó)惡臭監(jiān)測(cè)市場(chǎng)發(fā)展，張教授也談了自己的看法。

　　惡臭儀器產(chǎn)業(yè)化應(yīng)盡早。我國(guó)PM2.5監(jiān)測(cè)最初受到關(guān)注是某國(guó)公布了監(jiān)測(cè)結(jié)果，之后我國(guó)政府公布的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受到很多的質(zhì)疑，這是因?yàn)橄热霝橹?。因此我?guó)應(yīng)該盡早發(fā)展自己的比較權(quán)威的儀器，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)布，從而掌握主動(dòng)權(quán)。而且從儀器使用上來(lái)說(shuō)，用戶習(xí)慣一種儀器之后，再接受新的儀器就需要一個(gè)過(guò)程，這也需要我國(guó)廠商應(yīng)盡早推出有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的儀器。

　　從國(guó)產(chǎn)儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來(lái)看，目前我國(guó)的惡臭監(jiān)測(cè)還不適宜大規(guī)模推廣。全球范圍內(nèi)，法國(guó)和韓國(guó)的惡臭監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展較早，而我國(guó)的惡臭監(jiān)測(cè)儀器還不成熟。如果國(guó)家現(xiàn)在推廣惡臭監(jiān)測(cè)的話，那么市場(chǎng)上的儀器肯定是國(guó)外廠商為主，對(duì)國(guó)產(chǎn)儀器發(fā)展將是一個(gè)很大的打擊。

　　從推廣形式來(lái)看，惡臭監(jiān)測(cè)可以考慮與揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)結(jié)合來(lái)推廣。目前VOCs監(jiān)測(cè)已經(jīng)受到了國(guó)家的重視并開(kāi)始布局，而惡臭氣體包括氨氣、硫化氫和多種VOCs，因此可以在某些應(yīng)用上將惡臭監(jiān)測(cè)和VOCs監(jiān)測(cè)統(tǒng)籌考慮。而且可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合開(kāi)發(fā)特定的惡臭監(jiān)測(cè)儀器，如用于公共衛(wèi)生間的以硫化氫和氨氣檢測(cè)為主的惡臭監(jiān)測(cè)儀。

　　在采訪最后，張教授表示，非常愿意與企業(yè)合作，實(shí)現(xiàn)惡臭在線監(jiān)測(cè)預(yù)警儀器的產(chǎn)業(yè)化，為我國(guó)的惡臭監(jiān)測(cè)盡一份力。

　　后記：以前我國(guó)的環(huán)境治理以減少污染物的排放為約束性指標(biāo)，而環(huán)?！笆濉币?guī)劃以改善環(huán)境質(zhì)量為核心，更加注重公眾認(rèn)同感，從霧霾、黑臭水體等詞語(yǔ)的頻繁出現(xiàn)即可略見(jiàn)一二。就譬如惡臭問(wèn)題是與公眾感受直接相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題，可能因其局域性、瞬時(shí)性和陣發(fā)性而沒(méi)有受到廣泛關(guān)注，但是在特定區(qū)域已成為困擾居民的嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題。

　　隨著環(huán)境治理的不斷深入，惡臭受到關(guān)注僅是一個(gè)早晚的問(wèn)題，而惡臭監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)可以為惡臭治理提供很好的監(jiān)管依據(jù)。故我國(guó)惡臭監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要更多像張思祥教授這樣的專家以及儀器廠商的努力，加強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備，從而在未來(lái)的惡臭問(wèn)題中把握先機(jī)，掌握主動(dòng)權(quán)。

　　采訪編輯：李學(xué)雷

　　附錄：張思祥教授個(gè)人簡(jiǎn)介

　　河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授，機(jī)械工程學(xué)科博士生導(dǎo)師，河北工業(yè)大學(xué)國(guó)家大學(xué)科技園管理中心主任，全國(guó)高?；Q性委員會(huì)常務(wù)理事， 中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器學(xué)會(huì)常務(wù)理事。主要教育經(jīng)歷：1993/09-1996/06，天津大學(xué)，精密儀器與光電子工程學(xué)院，獲得博士學(xué)位;2010/10—2011/05，美國(guó)克萊姆森大學(xué) 訪問(wèn)學(xué)者;1990/09-1993/06，浙江大學(xué)，光學(xué)與電子科學(xué)儀器系，獲得碩士學(xué)位;1978/09-1982/06，天津大學(xué)，精密儀器系，獲得學(xué)士學(xué)位

　　主要從事機(jī)械幾何量測(cè)量理論與技術(shù)、光電檢測(cè)方法、計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)研究。主持和完成國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、河北省自然科學(xué)基金、天津市自然科學(xué)基金、河北省高教委博士科研資助基金、國(guó)家“十五”科技攻關(guān)重大項(xiàng)目子項(xiàng)、總裝備部預(yù)研項(xiàng)目等國(guó)家、省部級(jí)縱向課題。完成“污水COD在線檢測(cè)設(shè)備開(kāi)發(fā)研制”等十余項(xiàng)企事業(yè)委托的橫向課題。在國(guó)際、國(guó)內(nèi)重要學(xué)術(shù)會(huì)議和學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文100多篇。獲得河北省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、天津市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)各一項(xiàng)，各項(xiàng)專利30余項(xiàng)。目前有國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)、總裝備部預(yù)研項(xiàng)目、企業(yè)委托項(xiàng)目在研。