车载飞行时间质谱VOCs走航监测系统关键技术与应用

周振

（广州禾信仪器股份有限公司，广州 215311）

本项目在国家863 计划、国家重点领域研发计划等专项支持下，突破质谱移动在线监测与系统集成、可视化决策平台、业务标准化等难题，实现VOCs 在线监测、预警、溯源，并可实时可视化展示，相关成果授权取得发明专利20 余件，发表论文近30 篇。为打赢蓝天保卫战和环境应急监测提供精准科学的技术指导和管控支撑。

1 项目取得的创新突破

1.1 大气VOCs 秒级多组分走航监测系统

针对传统的VOCs 检测技术存在的采样及样品前处理复杂、检测周期长的问题，突破选择特异性膜进样、补偿式真空紫外光电离技术以及离子筛选式“长寿命”离子探测器技术，研制出基于在线质谱技术的在线VOCs 高时空分辨率走航监测系统，通过多设备集成、多参数数据融合，可对300 多种VOCs 成分在线进样、移动式原位检测、高稳定性长周期连续高时空分辨率在线精准监测，解决了传统检测方案时效性差、污染源排查难以及污染溯源难等问题。

1.2 监测结果智能可视化展示与决策支持平台

针对海量数据利用率低、业务开展效率低、决策研判能力不足等问题，本项目团队研发了VOCs 走航监测系统的溯源模型算法，建立了本地化特异性污染物谱图指纹库，融合物联网技术、大数据算法、工作流引擎、地图可视化组件、数据可视化图表库等计算机高新技术，整合外部环境本底信息、环境技术标准、空气质量监测数据等多源环境数据，开发出监测可视化数据展示与决策支持平台，该平台可实现自动预警溯源、任务工单作战、异常点空间查询、自动化报告等创新功能，提升信息传达效率、挖掘更多数据价值、增强业务监管能力，实现管理决策“早、高、省、准”，支撑大气VOCs 的精准化、精细化管控。

1.3 走航监测规范化、业务化

项目团队制定了《环境空气 挥发性有机物测定 车载式单光子电离-飞行时间质谱法（试行）》《移动污染源挥发性有机物（VOCs）测量方法》，辐射带动多项政策法规出台，实现了以高时空分辨率飞行时间质谱走航为基础的挥发性有机物测定方式有法可依，并持续拓展应用场景，确定了六大工作模式，满足保障、排查、应急三大环境管理需求，实现了大气VOCs 走航监测场景全覆盖，保障国家级重大活动空气质量，为打赢蓝天保卫战和环境应急监测提供精准、科学的管理支撑，取得了较好的应用效果。

2 技术及应用水平

本项目入选《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》，项目团队先后制定了《环境空气 挥发性有机物的测定 车载式单光子电离-飞行时间质谱法（试行）》《长三角生态绿色一体化发展示范区挥发性有机物走航监测技术规范》《移动污染源挥发性有机物（VOCs）测量方法》等标准，推动了《重点行业挥发性有机物综合治理方案》《关于开展夏季挥发性有机物走航监测的通知》《关于组织开展夏季臭氧污染防治强化监督帮扶工作的通知》《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》中将VOCs 走航监测列入重点推荐手段，助力成果市场化推广。

项目成果应用于北京冬奥会等50 多场重大体育赛事活动期间的空气质量保障工作，参与了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极地科考。本项目的成功应用实现了国产质谱仪器完全自主研发，打破了国外高端质谱环境监测类产品垄断，培养了一批高端环保装备研发及应用人才。

3 意义及作用

本项目通过产学研用紧密结合的方式，深挖市场“痛点”，由终端用户提出需求及总体方案设想，企业、高校负责具体技术。通过解决差异化需求实现项目成果在环境监测领域的广泛应用，打破了我国高端质谱仪器、环境监测领域核心技术匮乏，高端产品严重依赖进口的尴尬局面，实现了国产质谱仪器研发、应用，并根据用户反馈意见不断改进的良性循环，对于促进国产质谱仪器升级迭代，促进国内质谱技术进步具有重要作用。

4 经济和环境效益

4.1 打破国外垄断，实现进口替代，解决质谱“卡脖子”问题

我国高端环境监测设备市场，大多被外资企业占领。本项目成果的成功产业化，打破我国高端质谱仪器在环境监测领域核心技术匮乏、产品严重依赖进口的尴尬局面，实现进口替代。本项目团队编制了《移动污染源挥发性有机物（VOCs）测量方法》团体标准，为我国移动污染源排放环境监管提供了有力的技术支撑。

4.2 助力打赢蓝天保卫战，服务经济高质量发展

本项目成果已在300 多个城市进行推广和应用，助力VOCs、臭氧污染明显改善，帮助100 多个园区追溯到恶臭异味来源。本项目成果结合应用在线单颗粒质谱仪，可实现臭氧与细颗粒物协调防控，实现精准管控，创造的间接经济效益近百亿元，支撑了区域污染因子、特征分布、成因及影响分析研究，促进了多项政策指导文件的发布，完善了全国VOCs 走航监测技术和能力建设。

本项目的实施，对提高PM2.5和臭氧污染协同防控精细化管理水平、区域污染排放预警溯源和突发环境事件应变能力，提升重大活动赛事空气质量保障能力，具有重要意义。