大气VOCs秒级多组份走航监测系统

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单位简介

广州禾信仪器股份有限公司（股票代码：688622）成立于2004年，海外归国高层次人才创业企业，国家火炬计划重点高新技术企业，集质谱仪器研发、制造、销售及技术服务于一体的规模化自主研发的专业质谱仪器企业。

禾信仪器面向环境监测、生物医药、食品安全、工业生产等领域，提供多种质谱产品及技术服务解决方案。提出空气污染在线来源解析监测方法，小时级别精准锁定污染源，助力国家打赢“蓝天保卫战”。

案例概述

本系统可对300多种VOCs气体进行秒级实时走航监测，可实时获取不同物种浓度分布和变化规律。能够快速、深入了解区域污染物分布情况，锁定关键物种，实时追溯污染物来源，精确判定污染区域、行业，甚至是污染企业，为实施空气VOCs污染精细化管理提供技术支撑。本系统已在全国30多个省级行政区，300多个地市开展推广应用，参与了几乎所有国家重大赛事、活动的空气质量监测及保障工作，包括北京冬奥会、杭州G20峰会、全国两会、青岛上合峰会、2018-2021年四届上海进博会、武汉军运会等50多场国家重大赛事/活动期间空气质量保障，以及3.12响水爆炸、11.28张家口燃爆、8·12天津滨海新区爆炸、桑吉轮碰撞燃爆等多场突发事件的应急监测，并作为“雪龙号”上唯一的国产高端质谱仪器参与南北极科考。

技术原理

样品无需前处理，样品气体经过PDMS膜导入反应室，进行杂质过滤及样品富集浓缩，经真空紫外灯（10.6eV）软电离，生产各自特征的分子离子，各分子离子在相同路径的真空飞行时间质量分析器中飞行，质荷比小的先到达终点，质荷比大的后到达终点，从而根据到达终点飞行时间的先后实现对不同物质进行定性定量分析。
其中涉及关键技术主要如下：
1、选择特异性膜进样及富集技术：采用聚二甲基硅氧烷膜作为VOCs样品的进样介质，对VOCs有高度选择性富集作用，实现高通量进样，检出限达到ppt水平，将检出限由ppm提升ppt 水平，总体性能指标达到了国际先进水平。
2、选择离子筛除技术：发明了筛选式“长寿命”离子探测器，在保证各离子飞行区域电场均匀前提下，既提高目标离子通过效率，又减少不必要离子对离子检测器的损耗，解决质谱图背景干扰和检测器损耗难题，有效延长了检测器的寿命，解决了仪器在线原位测量的长期稳定性差的技术瓶颈，为质谱技术应用于车载在线检测提供关键保障。
3、高时空分辨率走航监测技术：建立城市或者区域VOCs 污染画像，获得污染物的浓度、种类、来源及其空间分布、排放规律等，从VOCs 污染画像中获得异常点位的分布情况，首次实现高端质谱仪器车载移动实时监测，实现VOCs“边走边测”，创新VOCs监测工作模式。
4、大尺度区域污染物快速可视化技术：构建了VOCs走航监测信息化平台，实现快速图形化直观地展示不同VOCs 因子浓度、峰面积、相对峰面积等的变化趋势以及地理位置信息等多维数据特征。

适用范围

本系统可对300多种VOCs气体进行秒级实时走航监测，可实时应用于以下场景：
1、整体摸排：全面、精准诊断VOCs污染的整体分布情况，锁定重点污染区域。
2、行业诊断：构建企业VOCs排放特征，指导制定管控对策。
3、异味溯源：锁定异味来源，有效管控风险源，减少当地居民环境污染投诉。
4、臭氧防控：建立常态化监管机制，实现企业分级管控，助力臭氧削减。
5、应急监测：实时反映现场污染物浓度水平，评估污染扩散范围，掌握污染变化情况。

工艺流程及说明

仪器生产主要包括领料、机械加工、装配、整机集成、性能检测等环节，通过线切割、车铣复合数控机床等智能加工设备对仪器零部件进行高精度加工；精加工后按照规定的技术要求，将各个零件、成组件和部件等进行组装；组装后的产品进行电路板焊接，做线，机箱装配、测试及整机布线；组装完毕后进行软件、硬件的各元器件或整机进行调试和测试，达到企业标准的出厂要求后出厂。

主要技术参数

1、可检测物质种类：烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、卤代烃等多种物质；
2、质量检测范围：1-959 amu；
3、质量分辨率：912FWHM；
4、质量准确性：-0.02amu；
5、检测限：0.097ppbv（甲苯，1s）；
6、动态检测范围：4个数量级（R2>0.999）；
7、响应时间：≤6秒；
8、检测速度：≥100谱/秒，且为瞬态分子离子峰全谱；
9、数据分析频率：可实现单次30μs内瞬态全谱检测1~500amu；
10、重复性：1.1%，稳定性：3.4%；
11、载气：无需载气，不得采用任何高压气瓶或气体发生器。

经济指标

直接经济效益方面，本系统目前已在全国300多个城市中实现应用， 2019-2022年累计实现销售收入近6亿元，已产生直接重大经济效益。
间接经济效益方面，本系统可为我国VOCs污染监测、治理措施及效果评估提供精准的数据，支撑相关部门精准施策，通过避免环境治理“一刀切”，减少工厂停工时间，降低因停工造成的经济损失；通过进口替代，与同类型的进口商品形成竞争，降低同类型的进口商品仪器价格，为国家节省外汇，间接经济效益巨大。

工程示范及应用情况

1、广州市各区重点区域，2019年11月至2020年10月，进行常规走航、应急走航、企业诊断，共捕捉761个异常点位，整改率超90%。
2、山西省重点城市，2020年8月至2020年10月，累计巡查山西省6市，针对894家重点涉VOCs行业企业开展了专项监督监测及高值点位复查。
3、河北省邢台市走航监测，2020年7月至2021年7月，走航282天，发现各类VOCs问题104处，出具各种专项报告、综合报告65份，排查异常企业672家次，高效协助当地政府执法部门进行整治工作。

推广前景

《“十四五”生态环境监测规划》明确指出，重点强化石化、化工、工业涂装、包装印刷等行业VOCs在线监测和无组织排放监测，“十四五”时期是实现工业绿色低碳转型的关键时期，因此VOCs监测仪器行业被看好，预计2026年全球质谱仪市场规模将达到112亿美元，发展迅猛。本产品能实时获取不同物种的浓度分析和变化规律，克服了传统仪器无法摸清VOCs排放底数的问题，具有广阔前景。

获奖情况

1、专利
（1）发明专利：一种用于质谱仪的膜加热进样装置（ZL201210347044.2）
（2）发明专利：筛选式飞行时间质谱仪探测器及离子筛选方法（ZL201410055999.X）
（3）发明专利：提高质谱分辨率的方法和装置（ZL201810149729.3）
（4）发明专利：大气压离子源飞行时间质谱仪的离子源富集引入装置及方法（ZL201410108444.7）
（5）发明专利：漂移时间离子迁移谱装置（ZL201511032152.0）
2、奖励
（1）2022年环境技术进步奖一等奖；
（2）2020年中国仪器仪表科学技术奖一等奖；
（3）2022年广东省环境保护科学技术奖一等奖。
3、荣誉资质
（1）2020年中国环境保护产品；
（2）2021年广东省名优高新技术产品；