“宅”在环保科技领域
科研人员介绍实验室成果。晓琪摄
中科院环境光学与技术重点实验室以环境光学新原理新方法研究为基础，以先进环境光学技术与应用为重点，着力建立环境光学与技术研究平台。
本报记者 杨琪 通讯员 孙策
“这是我实验室研制的天然气输送泄露激光检测仪。”一名中国科学院合肥研究院安徽光学精密机械研究所（以下简称安徽光机所）中科院环境光学与技术重点实验室（以下简称实验室）的科研人员如数家珍般地介绍着眼前的仪器，他被三四十位前来实验室参观学习的研究生团团围住。
显然，这里造型各异的仪器与设备吸引了年轻人的眼光。在这座实验大楼的不少实验室内，摆满了各类仪器，虽然它们外观朴素，却极接“地气儿”，这些科研人员自己研发的设备，早已悄悄地走入我们的生活或生产当中。
如果将科技成果看做科研人员对社会和经济发展贡献的丰美“佳肴”，那么中科院环境光学与技术重点实验室制作“佳肴”的速度未必是最快的，却道道精致；而且，这座实验室多年来一直“宅”在环保高科技领域，研发先进技术、推出一项项好技术与产品。
明确定位 其来有自
安徽光机所如今已四十有三，这座老牌光机口的研究所以光学、光电子学为学科基础。1998年，安徽光机所进入中国科学院知识创新工程试点行列，2001年5月，她成为中国科学院合肥物质科学研究院的一部分。
跟随安徽光机所迈出的脚步，这座实验室一路发展，一路凝练定位。最初，该实验室为安徽省重点实验室，至2005年成为中科院重点实验室。
安徽光机所副所长、该实验室主任刘建国向《中国科学报》记者介绍：“实验室凝聚力量，将光学和光谱学技术应用到民用领域，着重在发展环境监测方向发力。”
实验室选择如此定位，蕴含科研人员科技报国的拳拳之心。
上世纪80年代末，随着经济快速发展，我国一些地方开始出现空气、水等环境污染的现象。要治理污染，必须首先进行检测，拿到有效数据，方能掌握污染状况。
这可难住了当时的人们—我国环境检测数据是通过人工采集，检测手段不发达，且费时又成本高昂；若要装备自动采集设备，当时国内自行研制的检测仪器种类与数量都寥寥无几，我国必须进口国外设备和仪器。
“我们瞄准的正是国际前沿动态和国家经济发展对环境问题的重大需求，开展环境监测技术新原理新方法和环境监测仪器技术集成等环境光学领域的研究工作。”刘建国说，“同时，从第一任实验室主任刘文清所长开始，我们就明确一点：实验室所出的成果必须上货架。”
因此，实验室以环境光学新原理新方法研究为基础，以先进环境光学技术与应用为重点，着力建立环境光学与技术研究平台。
实验室从此不离其宗，“无论是"863"还是"973"计划，抑或国家自然基金委员会支持的项目，我们都尝试在前期基础研究的基础上进行工程化，并通过与企业合作开展产业化。”刘建国说。
为产业注入科技源动力
“空气通过切割器进入锥形振荡管，经过加热除湿，PM2.5沉积在振荡管一端的滤膜上，根据振荡管振荡频率的变化，系统将自动计算出PM2.5的质量浓度，并显示出结果。”实验室的一名职工向记者介绍着两个方形的盒子与一段“象鼻”般的弯管。
这是安徽光机所研发的国内首台PM2.5振荡天平在线监测仪，“象鼻子”是该设备的切割器，它会自动将大于2.5微米的颗粒“屏蔽”，使2.5微米以下的颗粒通过并沉积在滤膜上。
近年来，灰霾的笼罩让人们更加关注环境保护，该仪器正是监测PM2.5的利器，而且它已走出实验室，于去年顺利产业化。
实验室科技成果转化、产业化合作的例子还有不少。
谢品华是安徽光机所的一名研究员，从最初实验室建立之时，她便是其中一员。在为期两年的德国海德堡大学环境物理所访问期间，她系统地学习了差分吸收光谱技术，回国后学以致用，将这些技术应用于大气环境监测。
例如，她带领课题组通过技术创新，实现了SO2、NO2、O3、HCHO、HONO和芳香烃有机物等多种成分的在线、实时、快速和高灵敏测量，解决了污染物反演中的交叉干扰问题以及高灵敏测量技术。
该技术通过产学研合作实现产业化。“我们与安徽蓝盾光电子股份有限公司合作，产品已占据全国同期城市空气质量监测系统产品三分之一强。”谢品华对《中国科学报》记者说。
此外，她带领团队还开展重点污染源污染气体排放的连续在线监测技术与系统研制，解决了我国污染源排放的自动连续监测问题。该系统也已走上产业化的道路，在全国15个省、市的发电厂、冶炼厂和水泥制造企业安装了400余套。
培养先进环境科技人才
据了解，目前，该实验室重点研究方向有环境光学基础研究、定量监测新方法研究和环境监测高新技术与系统集成研究。
环境光学基础研究中，实验室要在学科前沿开展环境污染过程中重要中间体的检测及光谱学和光化学污染机理研究，与大气成分相关的大气化学和物理特性研究，温室气体和气溶胶定量化表征研究。
该领域的重点是，复合污染机理和持久性有毒污染物的研究、发展环境污染优先物检测的新原理新方法与建立重要污染物光谱特征数据库。
而在定量监测新方法研究中，实验室要通过地基、移动、机载和星载等多种平台上的环境光学监测技术集成，建立国家环境监测立体平台。
科研团队需要通过对系统性、区域性和复合性污染研究和多元信息融合，推动“天地一体化环境监测体系”建设，提高国家技术原创力。
此外，为国家环境监测能力建设发展自主知识产权环境光学监测技术和系统，用于空气质量和大气污染源、水质和水污染源、以及固体废弃物和土壤的监测。同时开展安全生产环境监测以及环境事故应急快速监测技术。这是实验室科研团队正在环境监测高新技术与系统集成方面开展的研究。
实验室要在以上领域有所突破，为国家可持续发展提供有力的科学基础和技术支撑，成为国家环境监测高技术创新源头，就必须培养先进环境科技人才。为此，实验室的办法是将担子压在年轻人身上。
例如，安徽光机所承担的GF-5卫星大气成份探测载荷工程样机研制已取得阶段性成果，验收专家组对工程样机的光谱范围、光谱分辨率、信噪比、视场、辐射定标等主要参数进行了现场抽测，测试结果各项指标符合研制技术要求。
实验室通过给“70后”、“80后”科研骨干委以重任，培养出了年轻的航天载荷主任设计师，以及国家重大科学仪器开发专项、国家重点科技工程任务的负责人。担当重任之后，不少年轻人迅速成长，并成为实验室中的“老资历”。
既能在科学研究中不断占领高地，又有将科研成果用于实践的丰富经验，该实验室在我国环保高科技领域不断推陈出新。
延伸阅读
重大成果
“大气环境综合立体监测技术研发、系统应用及设备产业化”是国家“863”计划重点项目“基于光学监测技术的城市大气污染时空分布监测系统与示范”（编号2005AA641010，2005.03~2006.05）等项目研究成果。
我国环境问题已进入复合型环境污染的新阶段，从大气环境污染物的种类来看，温室气体、光化学烟雾、黑碳、气溶胶、重金属污染物、持久性有机物污染、有毒污染物及工业危险废弃物共存，具有复杂性、区域性和综合性特点，使我国面临全球最严峻、最复杂的环境问题。
但由于环境监测手段有限，无法反映出环境质量的好坏，与老百姓的感观严重不一致，也不能满足认知环境污染机制和演变过程的需求，无法为环境变化提供有效的技术支撑。
因此，我国急需发展“装备先进、标准规范、手段多样、运转高效”的先进环境监测技术和仪器设备，为环境污染监测提供有效手段，为培育环境监测仪器战略性新兴产业提供技术支撑。
项目组通过近10年的努力，建立了我国大气环境综合立体监测技术系统，并开展了大气环境污染监测综合应用示范。
该项目主要创新成果有：
1、发明了大气污染成分与颗粒物时空三维分布探测技术（地基和车载DOAS、双波长三通道激光雷达、拉曼激光雷达）、整层大气痕量成分探测方法（地基MAX-DOAS系统，太阳光谱仪）、气溶胶动力学粒径谱检测方法（0.5~20um颗粒物检测）等多种大气污染物光学监测技术和方法。自主创新研制了新型科研级高灵敏度长程差分吸收光谱仪、环境空气质量连续自动监测设备、交通污染线源排放监测设备等大气环境监测系列设备。
2、开展了具有自主知识产权的从紫外到红外多波段污染物光谱分析方法研究，创建了大气污染物光谱数据库，提出了相应污染物浓度反演算法，建立了数值解析模型。
3、利用上述自主研发的环境监测高技术系列仪器设备，建立了大气环境综合立体监测技术系统。2005年以来，在北京、上海、广州等地开展了大气环境污染监测综合技术示范，验证了监测数据的准确性。2007年“好运北京”测试赛和2008年奥运会、残奥会期间，完成了污染物浓度和空气质量滚动预报，为北京奥运空气质量保障做出了贡献。此后，该系统还用于上海世博会空气质量保障，开展上海世博会环境空气质量联合观测及保障效果跟踪评估工作。
4、项目于2006年开始与安徽省内企业合作进行批量生产，已在北京、上海、广东、内蒙、山西等8个省市自治区共安装立体监测设备100余套监测系统，实现新增产值5500万元，新增利税1800万元，为安徽地方经济发展作出贡献。系列设备为我国的空气质量管理提供了技术支撑和设备保障。
该项目已获得7项发明专利、1项实用新型专利，10项软件著作权登记，主要研究成果在国内外核心期刊、并以《大气与环境光学学报》专刊发表，拥有项目技术的全部知识产权，研制了系列环境监测高技术设备，建立了大气环境综合立体监测技术系统，并开展了外场示范应用。
该系统弥补和扩充了例行业务监测网络在监测手段、监测内容和监测范围的不足，为揭示大气污染的形成、来源和输送等提供了强有力的技术支持，用科学数据客观公正地证明了我国对奥运空气质量的承诺。项目成果为今后我国城市大气复合污染治理和环境空气质量改善提供科技支撑。
如果将科技成果看做科研人员对社会和经济发展贡献的丰美“佳肴”，那么中科院环境光学与技术重点实验室制作“佳肴”的速度未必是最快的，却道道精致；而且，这座实验室多年来一直“宅”在环保高科技领域，研发先进技术、推出一项项好技术与产品。
明确定位 其来有自
安徽光机所如今已四十有三，这座老牌光机口的研究所以光学、光电子学为学科基础。1998年，安徽光机所进入中国科学院知识创新工程试点行列，2001年5月，她成为中国科学院合肥物质科学研究院的一部分。
跟随安徽光机所迈出的脚步，这座实验室一路发展，一路凝练定位。最初，该实验室为安徽省重点实验室，至2005年成为中科院重点实验室。
安徽光机所副所长、该实验室主任刘建国向《中国科学报》记者介绍：“实验室凝聚力量，将光学和光谱学技术应用到民用领域，着重在发展环境监测方向发力。”
实验室选择如此定位，蕴含科研人员科技报国的拳拳之心。
上世纪80年代末，随着经济快速发展，我国一些地方开始出现空气、水等环境污染的现象。要治理污染，必须首先进行检测，拿到有效数据，方能掌握污染状况。
这可难住了当时的人们—我国环境检测数据是通过人工采集，检测手段不发达，且费时又成本高昂；若要装备自动采集设备，当时国内自行研制的检测仪器种类与数量都寥寥无几，我国必须进口国外设备和仪器。
“我们瞄准的正是国际前沿动态和国家经济发展对环境问题的重大需求，开展环境监测技术新原理新方法和环境监测仪器技术集成等环境光学领域的研究工作。”刘建国说，“同时，从第一任实验室主任刘文清所长开始，我们就明确一点：实验室所出的成果必须上货架。”
因此，实验室以环境光学新原理新方法研究为基础，以先进环境光学技术与应用为重点，着力建立环境光学与技术研究平台。
实验室从此不离其宗，“无论是"863"还是"973"计划，抑或国家自然基金委员会支持的项目，我们都尝试在前期基础研究的基础上进行工程化，并通过与企业合作开展产业化。”刘建国说。
为产业注入科技源动力
“空气通过切割器进入锥形振荡管，经过加热除湿，PM2.5沉积在振荡管一端的滤膜上，根据振荡管振荡频率的变化，系统将自动计算出PM2.5的质量浓度，并显示出结果。”实验室的一名职工向记者介绍着两个方形的盒子与一段“象鼻”般的弯管。
这是安徽光机所研发的国内首台PM2.5振荡天平在线监测仪，“象鼻子”是该设备的切割器，它会自动将大于2.5微米的颗粒“屏蔽”，使2.5微米以下的颗粒通过并沉积在滤膜上。
近年来，灰霾的笼罩让人们更加关注环境保护，该仪器正是监测PM2.5的利器，而且它已走出实验室，于去年顺利产业化。
实验室科技成果转化、产业化合作的例子还有不少。
谢品华是安徽光机所的一名研究员，从最初实验室建立之时，她便是其中一员。在为期两年的德国海德堡大学环境物理所访问期间，她系统地学习了差分吸收光谱技术，回国后学以致用，将这些技术应用于大气环境监测。
例如，她带领课题组通过技术创新，实现了SO2、NO2、O3、HCHO、HONO和芳香烃有机物等多种成分的在线、实时、快速和高灵敏测量，解决了污染物反演中的交叉干扰问题以及高灵敏测量技术。
该技术通过产学研合作实现产业化。“我们与安徽蓝盾光电子股份有限公司合作，产品已占据全国同期城市空气质量监测系统产品三分之一强。”谢品华对《中国科学报》记者说。
此外，她带领团队还开展重点污染源污染气体排放的连续在线监测技术与系统研制，解决了我国污染源排放的自动连续监测问题。该系统也已走上产业化的道路，在全国15个省、市的发电厂、冶炼厂和水泥制造企业安装了400余套。
培养先进环境科技人才
据了解，目前，该实验室重点研究方向有环境光学基础研究、定量监测新方法研究和环境监测高新技术与系统集成研究。
环境光学基础研究中，实验室要在学科前沿开展环境污染过程中重要中间体的检测及光谱学和光化学污染机理研究，与大气成分相关的大气化学和物理特性研究，温室气体和气溶胶定量化表征研究。
该领域的重点是，复合污染机理和持久性有毒污染物的研究、发展环境污染优先物检测的新原理新方法与建立重要污染物光谱特征数据库。
而在定量监测新方法研究中，实验室要通过地基、移动、机载和星载等多种平台上的环境光学监测技术集成，建立国家环境监测立体平台。
科研团队需要通过对系统性、区域性和复合性污染研究和多元信息融合，推动“天地一体化环境监测体系”建设，提高国家技术原创力。
此外，为国家环境监测能力建设发展自主知识产权环境光学监测技术和系统，用于空气质量和大气污染源、水质和水污染源、以及固体废弃物和土壤的监测。同时开展安全生产环境监测以及环境事故应急快速监测技术。这是实验室科研团队正在环境监测高新技术与系统集成方面开展的研究。
实验室要在以上领域有所突破，为国家可持续发展提供有力的科学基础和技术支撑，成为国家环境监测高技术创新源头，就必须培养先进环境科技人才。为此，实验室的办法是将担子压在年轻人身上。
例如，安徽光机所承担的GF-5卫星大气成份探测载荷工程样机研制已取得阶段性成果，验收专家组对工程样机的光谱范围、光谱分辨率、信噪比、视场、辐射定标等主要参数进行了现场抽测，测试结果各项指标符合研制技术要求。
实验室通过给“70后”、“80后”科研骨干委以重任，培养出了年轻的航天载荷主任设计师，以及国家重大科学仪器开发专项、国家重点科技工程任务的负责人。担当重任之后，不少年轻人迅速成长，并成为实验室中的“老资历”。
既能在科学研究中不断占领高地，又有将科研成果用于实践的丰富经验，该实验室在我国环保高科技领域不断推陈出新。
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重大成果
“大气环境综合立体监测技术研发、系统应用及设备产业化”是国家“863”计划重点项目“基于光学监测技术的城市大气污染时空分布监测系统与示范”（编号2005AA641010，2005.03~2006.05）等项目研究成果。
我国环境问题已进入复合型环境污染的新阶段，从大气环境污染物的种类来看，温室气体、光化学烟雾、黑碳、气溶胶、重金属污染物、持久性有机物污染、有毒污染物及工业危险废弃物共存，具有复杂性、区域性和综合性特点，使我国面临全球最严峻、最复杂的环境问题。
但由于环境监测手段有限，无法反映出环境质量的好坏，与老百姓的感观严重不一致，也不能满足认知环境污染机制和演变过程的需求，无法为环境变化提供有效的技术支撑。
因此，我国急需发展“装备先进、标准规范、手段多样、运转高效”的先进环境监测技术和仪器设备，为环境污染监测提供有效手段，为培育环境监测仪器战略性新兴产业提供技术支撑。
项目组通过近10年的努力，建立了我国大气环境综合立体监测技术系统，并开展了大气环境污染监测综合应用示范。
该项目主要创新成果有：
1、发明了大气污染成分与颗粒物时空三维分布探测技术（地基和车载DOAS、双波长三通道激光雷达、拉曼激光雷达）、整层大气痕量成分探测方法（地基MAX-DOAS系统，太阳光谱仪）、气溶胶动力学粒径谱检测方法（0.5~20um颗粒物检测）等多种大气污染物光学监测技术和方法。自主创新研制了新型科研级高灵敏度长程差分吸收光谱仪、环境空气质量连续自动监测设备、交通污染线源排放监测设备等大气环境监测系列设备。
2、开展了具有自主知识产权的从紫外到红外多波段污染物光谱分析方法研究，创建了大气污染物光谱数据库，提出了相应污染物浓度反演算法，建立了数值解析模型。
3、利用上述自主研发的环境监测高技术系列仪器设备，建立了大气环境综合立体监测技术系统。2005年以来，在北京、上海、广州等地开展了大气环境污染监测综合技术示范，验证了监测数据的准确性。2007年“好运北京”测试赛和2008年奥运会、残奥会期间，完成了污染物浓度和空气质量滚动预报，为北京奥运空气质量保障做出了贡献。此后，该系统还用于上海世博会空气质量保障，开展上海世博会环境空气质量联合观测及保障效果跟踪评估工作。
4、项目于2006年开始与安徽省内企业合作进行批量生产，已在北京、上海、广东、内蒙、山西等8个省市自治区共安装立体监测设备100余套监测系统，实现新增产值5500万元，新增利税1800万元，为安徽地方经济发展作出贡献。系列设备为我国的空气质量管理提供了技术支撑和设备保障。
该项目已获得7项发明专利、1项实用新型专利，10项软件著作权登记，主要研究成果在国内外核心期刊、并以《大气与环境光学学报》专刊发表，拥有项目技术的全部知识产权，研制了系列环境监测高技术设备，建立了大气环境综合立体监测技术系统，并开展了外场示范应用。
该系统弥补和扩充了例行业务监测网络在监测手段、监测内容和监测范围的不足，为揭示大气污染的形成、来源和输送等提供了强有力的技术支持，用科学数据客观公正地证明了我国对奥运空气质量的承诺。项目成果为今后我国城市大气复合污染治理和环境空气质量改善提供科技支撑。
责任编辑：ahaoxie
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