中国环境光学仪器正在崛起——访中科院安徽光机所所长刘文清研究员

 引言

目前，环境监测仪器市场已成为我国环保产业新的增长点，据不完全统计，预计2010年国内该市场容量将增至110亿元，国家环境保护部科技标准司日前也明确表示，环境监测仪器和技术是未来我国环保产业重点发展的四大领域之一。但长期以来，我国环境监测仪器的研发和应用却严重滞后：上世纪80年代才开始从国外引进一些仪器设备，90年代出现仿制、或部分研制的国产仪器，而成套在线监测设备的国产化则起步于2000年左右。

进入21世纪，中国科学院安徽光学精密机械研究所（下简称“安光所”）瞄准环境科学的国际前沿和国家对环境问题的重大需求，通过承担国家863资源环境领域、中科院知识创新工程及国家自然科学基金等课题，积极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高新技术研究，先后自主研发“机动车尾气遥测车”、“城市空气质量连续自动监测系统”、“烟气排放连续自动监测系统”、“气溶胶激光雷达”等系列环境光学监测仪器，已在激烈市场竞争中崭露头角，大有逐步替代同类进口仪器之趋势；以“城市空气质量连续自动监测系统”为例，截至目前，累计在全国25个省市区安装DOAS城市空气质量子站400余套，占据全国同类产品约2/3的市场份额，单这一项产品就为国家节省外汇数亿元。

中科院安徽光机所所长刘文清研究员

为了深入了解安光所在环境光学仪器研制方面的成功经验，2009年8月11日，仪器信息网采访了中科院安徽光机所所长刘文清研究员，其就我国环境光学技术与仪器的目前现状、产业化模式、发展趋势等方面发表了见解；采访过程中，安光所副所长刘建国研究员、环境光学监测技术研究室副主任谢品华研究员全程陪同。

安光所开启我国环境光学仪器研制的新局面

刘文清研究员说：“目前，从环境监测技术原理看，无非有光学、电化学、色谱、质谱等几类，监测方式有在线的、离线的、遥测的、车载移动的等；其中，光学监测技术，监测范围广、速度快、成本低、可实现长期动态监测，是环境监测分析仪器发展主流方向之一。估计环境光学仪器要占据整个环境仪器市场的三分之一。”

早在1998年，刘文清研究员在安光所组建技术团队，以环境光学监测技术为主要研究方向，利用安光所在光、机、电及自动控制方面的优势，重点开展高分辨光谱分析方法的研究，如激光光谱技术、差分光学吸收光谱学（DOAS）、可调谐二极管激光光谱学（TDLAS）等。在水体、大气环境和污染源监测方面，发展若干种具有自主知识产权的环境优先物高灵敏、低剂量检测方法，以及重要污染指标常规在线监测技术和激光环境探测技术。

2003年5月，安徽省委副书记张平陪同全国人大副委员长、中科院院长路甬祥视察实验室，并听取关于环境光学监测技术研究和产业化情况汇报

安光所在研发替代进口的高档常规环境监测仪器设备、开拓创新性环境监测技术方面取得了优异成绩，开发了区域大气复合污染立体监测技术系统，并在北京、广州、上海等城市开展了综合科学观测实验和系统示范，为深入探讨区域大气污染防护和治理提供了新的监测技术和手段，先后获得国家、省部级科技成果20余项、国家专利30多项，其部分科研成果成功实现产业化，初步打破了多年来我国高档环境监测仪器依赖进口的局面。

国家自主创新产品：环保机动车尾气道边监测系统

国家自主创新产品：城市空气质量连续自动监测系统

安光所两项产业化成果入选首批《国家自主创新产品目录》

烟气连续自动监测系统光谱仪系统（市场销售600余套）

在2008北京奥运与残奥会期间，安光所在中国科学院领导指挥下联合中科院兄弟单位，主持“北京及周边地区奥运大气环境监测和预警联合行动计划”项目，刘文清研究员出任该项目负责人，所采用仪器设备95%以上都是中科院研究所自主研发的，其中利用安光所自主研发的环境光学立体监测技术及设备达60余套，有效弥补了北京市大气环境例行业务在监测手段、内容和范围等方面不足，出色地完成了国家交付的这项战略任务。

2007年8月，北京市市长王岐山在中科院江绵恒副院长的陪同下，视察安徽光机所建立的大气环境立体综合监测系统，并实地考察了奥运主场馆环境监测超级站

安光所荣获“北京奥运会残奥会环境质量保障特别贡献奖”

历经十年发展，安光所已成为我国环境光学在线监测技术的创新源头单位。“针对环境光学与监测技术目标，相对国内外同行，做的比较系统和全面。在自主技术创新的同时重视重大应用突破，重视对环境污染机理、环境污染对生态和气候的影响、以及环境遥感监测等基础性研究方面深入探求并取得了国际先进水平的研究成果，并发展了一系列环境监测先进技术和新方法，适时地产品化、工程化和努力产业化。”

谈及取得出色成绩的原因时，刘文清研究员谈了如下几点：

（1）以市场需求为导向，以实现产品化为研发目标，核心技术研发是关键

 “我们强调充分调动科研人员的主观能动性，坚持把科技成果作为实现产品化的第一步，重点解决原理样机到实用化产品之间的稳定性、可靠性等关键技术和工艺问题，特别注重新研制产品的示范、试用这个环节，这也是我们作为高技术研究所与其它类型院所的区别，通过高技术研究，推动先进环境监测技术产品化、实用化。”

“‘照葫芦画瓢’，无技术创新的仿制不可能做出好仪器来。做高端仪器产品，就必须重视核心技术的研发，只有在核心技术突破之后，再去研发整机。同时，在关键元器件上不能省钱，一千元传感器与几百元传感器的性能是有区别的。”

（2）瞄准国际环境监测技术制高点，力争做到同步发展

“瞄准环境监测技术制高点，参与国际环境监测高技术竞争，作为高技术背景的中科院研究所，定位在国家环境战略高技术研发，不去做目前国内企业已经能够做和应该做的研发工作。比如说，我们正在研究的温室气体排放监测，其进度应该跟国外差不多，一旦国家在这方面有需求，我们的研究技术就能迅速产品化。”

安光所非常注重国际间科技交流与合作，目前已与二十多个国家和地区研究单位、大学和有关公司建立了合作，如与亚洲雷达观察网、亚太经合组织环境监测技术中心、DOAS环境探测技术发明人U. Platt教授研究团队（德国海德堡大学环境物理研究所）等组织或团队有着良好合作关系，密切关注国际环境监测技术发展动态和技术制高点。

（3）仪器研制，要特别注重对其技术路径的知识产权保护

 “目前，大部分仪器工作原理基本不存在知识产权问题，其核心部分往往是其分析方法与分析思路，所以研制仪器时要有自己的技术创新，并要做好专利申请，避免日后发生知识产权纠纷。我们的科技人员要有专利保护的意识。”

曾经，刘文清团队在空气监测子站研制之初，一家国外公司就质疑安光所在收发兼容望远镜设计中采用了他们的技术路线，但当刘文清团队给对方传去德国一位教授多年前对该结构的构思，以及自己对其改进后的技术路径发明专利，该公司随后便发来书面道歉函。

激光雷达（安光所是目前该系统国内唯一研发和生产单位）

新成果之一：工业有毒废气激光在线监测技术及系统（成功应用于胜利油田站场管道H₂S气体在线监测）

新成果之二：分布式无源光纤瓦斯传感器系统（已在安徽淮南矿业集团谢家集第一煤矿进行试用）

2009年初通过鉴定的安光所两项最新科研成果（综合技术性能均达到国内领先水平）

（4）应用示范、开发国产环境光学监测仪器市场

一直以来，由于稳定性和可靠性问题，用户有时宁愿花高价买国外产品，也不愿意尝试使用国产仪器，但在与国外产品的竞争中，安光所研制的环境光学监测仪器却逐渐得到用户认可。刘文清研究员认为：“一方面，我们必须先做到仪器在性能上不弱于国外同类仪器，比如在总投入3亿元以珠三角为示范区的“十一五”国家863计划资源环境技术领域“重点城市群大气复合污染综合防治技术与集成示范”重大项目，我们安光所参与其中，与国外多个研发团队同时进行的外场观测实验中，NO₃这个参数就是我们最先测出来，国外的仪器就没有测出来；另一方面，中国一些城市的大气污染较重，以及污染特点与国外也有所区别，国外仪器有时在中国市场上的环境适应性方面还存在一些问题。这就给能适合国情的国产仪器发展留下较大的市场空间。”

积极探索环境监测仪器产业化的一些做法

“十五”期间，刘文清研究员及其领导的团队争取到多项国家863和国家自然科学基金项目，先后承担“可调谐红外激光差分吸收汽车尾气道边监测技术与系统研究”、“城市空气质量自动监测系统关键技术及集成设备研制”和“基于激光技术的大气污染光学监测技术与产业化”等课题研究。

“十一五”期间，安光所又承担了国家863“连续自动环境监测技术系统与设备”和“重点污染源现场监测技术与仪器研制”等重点项目的研究工作，开展了针对饮用水源、水环境质量和水污染源，工业面源VOC和温室气体排放，以及工业源现场监测仪器的研发。

安光所在大气、水环境质量和污染源监测技术方面，先后与“安徽蓝盾”、“安徽宝龙”、“河北先河”、“武汉天虹”、“湖南力合”、“合肥金星”等企业建立长期合作，与“北京远东”、“北京仪浮”等企业开展技术成果转让合作，与“聚光科技”等企业合作承担国家课题。

安光所荣获荣誉陈列处一角

勿容置疑，安光所在科研成果产业化方面积累了丰富经验，针对如何进一步探索环境监测仪器产业化的成功道路，刘文清研究员强调：

（1）坚持走产学研结合的产业化道路，注重“优势互补”

“要坚定不移地走产学研结合的产业化之路，通过长期战略合作，实现技术转移和转化；在技术研发的过程中，不需要什么都做，要与有实力的企业合作，优势互补、强强联合；比如说，我们的光学很强，与电子、机械方面强的企业合作比较合适。技术转移和转化中企业还需要再创新，与具有相关基础的实业联手比较好。”

“我们愿意跟搞实业的企业合作。就前段时间，合肥有位做高尔夫产业的老板赚了一大笔钱，想做环境监测仪器，我谢绝了他。”

（2）让企业成为环境科技创新的主体，与企业建立长效合作机制，有助促进科研成果真正实现工程化、产业化

“作为高技术研究单位，还是希望合作的企业能把成果一次性‘接’过去，但企业也有难处，能否顺利消化、转化是个问题，同时，企业也担心研究单位今天一次性把技术转移给我了，改天又变变形式又‘转’给别的企业。所以就目前情况，就需要科研院所与企业建立一种长效的合作机制。一方面，企业比较放心，另一方面，科研人员研发的东西可以持续跟进。事实上，一个科研人员一辈子把一种仪器真正研究清楚，就已经是非常了不起。”

“我们与企业合作，一般根据具体成果及其市场前景，采用入股、转让等多种方式，但前提是真正能保证技术成果的产业化，至于合作可能产生的利益如何分配倒是第二位的。”

（3）主张“生产一代、储存一代、研发一代”的仪器研制发展思路

“为了企业长远发展，从仪器研发角度，企业应该要有‘生产一代、储存一代、研发一代’的发展思路；特别是在‘研发一代’层次上，真正搞清楚一些分析方法，做一些系统性集成创新，同时加大技术积累与基础研究，毕竟高端仪器做到最后，基础研究显的更为重要。

“但是有很多企业，特别中、小型企业，只能‘生产一代’，‘存储一代’、‘研发一代’就谈不上，这样的企业没有多大后劲。我想说，企业老板要有战略眼光，为了企业的未来发展，应该注重一些高端技术与产品的‘储存一代与研发一代’。”

（4）成立“863国家环境监测技术产业化联盟”，致力创建整个产业链

日前，由安光所牵头正在积极争取组建“863国家环境监测技术产业化联盟”，前段时间，这个国家863环境监测技术研讨会在合肥召开，有十几个企业积极参与。“国家应该进一步鼓励产学研合作、并建立技术产业化联盟，我认为，未来的环境监测仪器市场还要细分，通过这种一系列产研单位的‘联盟’，致力于把整个产业链建起来。”

刘文清研究员谈我国环境监测行业严峻态势与发展趋势

采访现场

我国环境监测技术现状与发展趋势是业内普遍关注的话题，自然是此次采访的主题之一，刘文清研究员对此发表如下见解与观点：

（1）目前我国环境监测仪器与技术的基本现状

总体来说，中国环境监测技术总体上发展比较快、潜力很大，与国外先进水平差距不断缩小，尤其在光谱类环境监测技术与仪器方面；在一些重大的国家项目中，我国自主研制的仪器也发挥越来越重要的作用。环境监测设备国产化程度在逐步提高，如：大气环境监测设备发展迅速，水环境监测设备稳步发展，土壤环境监测设备也已起步。但国产的环境监测仪器和设备中还存在着自动化程度较低、部分关键元器件仍受制于人等问题。

我国环境监测技术在时间、空间、数据可靠性、一些特殊污染物的监测手段等方面仍存在一些问题，与欧美等国有较大差距；尤其，在机载平台上的环境遥感监测技术研究开展的很少，用于星载大气痕量成份探测的专用传感器研究几乎还没有开展，支撑环境物理和环境化学研究工作的先进分析仪器设备还依赖进口。

（2）制约我国环境监测高技术产业化的主要因素

首先，我国环境监测技术自主创新不够，环境监测设备的制造水平亟待提高。国产大气和水环境污染源现场和自动监测设备在适应高温高湿等恶劣条件方面急需加强，设备的稳定性和可靠性等急需提高。

其次，发展国家先进环境技术产业缺乏工程化的科技成果。由于我国环境资源监测的业务范围、应用部门增多，监测手段、方式、项目、精度发生明显转变，对在线、连续、远距离、高灵敏、高选择性的先进环境监测技术和设备的需求比任何时候都更加迫切。这就对新仪器的适应性、工程化提出了更高的要求。

最后，支撑国家环境监测的技术体系、标准和方法亟待完善。国外环境监测已进入以人的健康为内容的环境监测，而我国仍然进行的是以主要污染物监测为内容的环境质量监测，三级国控环境监测网尚在建设中，建设国家环境监测预警系统是一项长期而艰巨的任务。

（3）环境监测技术与仪器的发展趋势

目前，环境监测技术的总体发展趋势：以现场人工采样和实验室分析为主向多参数网络在线、多功能自动化方向发展；环境样品预处理由手工单样品处理向在线自动化和批量化处理方向发展；由较窄的局部监测、单纯的地面环境监测向全方位遥感遥测相结合的方向发展；野外和现场环境监测仪器向便携式、小型化方向发展；环境监测手段向物理、化学、生物、电子、光学等技术综合应用的高技术领域发展，表现在高精度、自动化、集成化和网络化；环境监测方法的综合性、灵敏性和多功能性日益增强，检测限越来越低。

在技术研发上，将从单项监测技术研发应用转变为监测技术集成应用，从局部（点）监测转变为区域（面）监测，能够实现多参数同时测定的各种监测技术研发和仪器设备实现业务化应用、用于科学研究的高层次专用监测技术设备，将成为环境监测发展的主流 。

编者手记

随着目前国家对日趋严峻的环境与生态问题越来越重视，我国环境监测仪器行业市场因此孕育巨大商机已不言而喻，大力发展先进环境监测技术和先进监测仪器设备变得必不可少。近几年我国环境监测仪器企业虽然有了较大发展，一批骨干环境监测制造企业也在做大做强，但仍存在产品技术水平不高、种类比较单一、没有形成产品系列等问题，尤其在中、高端市场上，还很难跟国外仪器厂商全面竞争。

如何在激烈市场中迎来发展良机，进一步抢占国内中、高端环境监测仪器市场，安光所在环境光学领域的创新研究以及产业化示范，带给我们诸多启示与借鉴；也正如刘文清研究员所言，随着国家整体产学研结合机制与政策的有效实施，国内基础元器件行业的整体发展，一系列环境监测领域核心技术和关键部件的攻关与突破，以及国内用户对国产仪器“不好用”观念逐渐被事实所扭转，相信经过“十二五”的努力，我国自主研制的环境监测仪器会在中、高档市场上占据“一席之地”。

采访编辑：王海

附录1：中科院安徽光机所

http://www.aiofm.ac.cn/

附录2：刘文清研究员简介

刘文清，1954年1月出生，安徽蚌埠人，中国科学院安徽光学精密机械研究所所长，研究员、博士生导师，国家环境光学监测仪器工程技术研究中心主任。1978年毕业于中国科技大学物理系分配安徽光机所工作，其间1987～1989年意大利米兰工业大学物理系访问学者，从事生物组织激光光谱研究；1993～1995年希腊克里特大学医学院访问学者，从事激光医学诊断研究，获博士学位；1996～1998年日本千叶大学环境遥感中心博士后，从事大气探测激光雷达研究。1998年至今在安徽光机所，从事环境光学监测技术研究，系列环境监测高技术成果及其产业化应用，获得国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步一等奖2项、二等奖3项。受聘“十一五”国家863计划资源环境领域专家、安徽省“115”产业创新“环境光学监测仪器研发”团队带头人。2000年获国务院政府津贴。