气相分子吸收光谱的前世今生 --访上海北裕

2016年9月，上海北裕分析仪器股份有限公司（以下简称“北裕仪器”在全国中小企业股份转让系统(俗称“新三板”)成功挂牌。作为全球为数不多的，致力于发展气相分子吸收光谱法的企业之一，北裕仪器能够挂牌新三板，与其多年来坚持对气相分子吸收光谱的推广，并且在气相分子吸收光谱领域占有较大的市场份额有密不可分的关系。什么是气相分子吸收光谱？它如何发展起来？北裕仪器做了哪些工作？近日，分析测试百科网采访了北裕仪器总经理陈凡。

上海北裕分析仪器股份有限公司总经理陈凡

气相分子吸收光谱的前世今生

气相分子吸收光谱法的理论基础是郎伯-比尔定律。气体分子在不受外界影响的情况下，通常处于相对稳定的状态，称之为基态气体分子。如果这些气体分子接受到特定波长的光辐射时，很容易产生相应的分子振动。依照上述理论，在测定时，通过特定的化学反应，将被测成分转化为对应的某种气体，选择合适的波长，气态分子对该特征波长的分子振动吸收与浓度成正比，从而得出被测成分的含量。

理论上来说，气相分子吸收光谱法即是把待测成分转化为气体，再进行测定。以水中的氨氮测定为例，目前的环境保护标准有水杨酸分光光度法、纳氏试剂分光光度法以及气相分子吸收光谱法等。与气相分子吸收光谱法相比，其它方法存在受干扰较多、使用的试剂毒性较大、方法繁琐等问题。因此，在环境水的测定中，气相分子吸收光谱法具有很明显的优势。

上世纪70年代，该理论在国外被提起；但该方法并未引起国外仪器企业的注意，仅停留于理论层面。

陈凡介绍，上世纪80年代，吉林大学教授张寒奇等学者开始气相分子吸收光谱法的研究。20世纪90年代后期，上海分析仪器厂组织吴洪池等人在1999年设计出了第一代气相分子吸收光谱仪样机，并委托上海自立仪器厂代工生产，自此诞生了世界上第一台商用的气相分子吸收光谱仪gma2000。由于没有标准的支持，市场没有打开，上海分析仪器厂中止了该项目。

2005年，上海宝钢环境监测站向国家环保总局申请制定“气相分子吸收光谱法”测定氨氮、总氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮那、凯氏氮、硫化物等6项标准，在时任宝钢监测站站长白凌的全力推动下，该项目得以立项实施，于2006年1月1日执行。

从检测到仪器再到技术创新完善产品

同济大学环境科学专业硕士毕业之后，陈凡进入了宝钢环境监测站。在全世界首先使用并推广气相分子吸收光谱仪的“大本营”，陈凡认为气相分子吸收光谱法有其独到的方法优势，虽然和该方法配套的仪器在使用上不方便，但是如果重新开发设计配套的仪器，应该可以推动这个细分行业的发展。受到该技术的吸引，2007年，陈凡辞职准备与人合伙创业。

创业并不容易，合作谈判未成。经历了许多波折，陈凡自己投入到气相分子吸收光谱仪的研发中。陈凡介绍，在宝钢环境监测站的工作经历使他对气相分子吸收光谱的工作原理非常了解，但同时，也发现了当时的商品化仪器存在前处理麻烦、自动化程度低、容易漏气、测量结果不稳定等问题。陈凡不懂电子、不懂机械，从零开始，困难重重。但因在宝钢期间接触过多种世界领先的各类仪器，意识到可通过借鉴国外现有先进成技术，结合气相分子吸收光谱法，创造出全新一代的自动化气相分子吸收光谱仪。陈凡把自已的设想，请专业人士协助开发，经无数实验，几经改进，终开发出了属于自己的第一台气相分子吸收光谱仪，并申请了发明专利，“北裕环保”得以成立。

北裕仪器气相分子吸收光谱仪发明专利证书

北裕仪器持续在研发上加大投入，逐个技术攻破，坚持创新。经过多次重大技术突破后，气相分子吸收光谱仪逐步实现仪器的自动化和高效率等功能。期间北裕仪器获得近20项专利技术和独有技术，其中包含气相分子细分行业中仅有的2项发明专利（《一种气相分子吸收光谱仪》专利号为200910049814.5，《一种氨氮快速氧化方法及其装置》专利号为201210086892.2），20余项实用新型专利、2项软件著作权等。

北裕仪器推出系列产品

北裕仪器先后推出了32xx系列和33xx系列的气相分子吸收光谱仪，目前北裕仪器主推33xx系列产品，有3370型、3376型、3386m型和3386t型等4款气相分子吸收光谱仪，其中3370型采用氘灯为光源，3376型、3386m、及3386t型采用空心阴极灯作为光源，配合自动灯架，可以实现转灯位置自动切换，并自动微调空气阴极灯对焦。其中3386m型、3386t型是在原3386型的基础上分别增加了高锰酸盐指数（气相分子吸收光谱仪法原理）和土壤中三氮的检测功能；同时推出了cgm800高锰酸盐指数分析仪（气相分子吸收光谱仪法原理）及trn1500土壤中三氮分析仪等两款专用分析仪。

为了丰富北裕仪器的产品生产线，2017年6月，北裕仪器隆重推出不同于气相分子吸收光谱法原理的两款全新产品：

新品一：全自动高锰酸盐指数分析仪（滴定法原理），型号为cgm400，该产品完全按照gb11892和gb5750.7中操作步骤设计，该产品采用了独创的仿生学颜色识别技术判断滴定终点，模拟人眼对颜色变化的识别；同时采用了独创的智能机械手臂抓取技术，完全模拟人的操作；该产品填补了国内外空白，首次将该国标方法中手动滴定实现了仪器自动化，解决了批量样品分析因人手不够的难题。

新品二：全自动电化学分析仪，型号为eca200，该产品不仅可以全自动测定水样中的ph值、电导率和溶解氧等，还可以同时完成3个参数的分析，整个分析过程由仪器自动完成。

高锰酸指数和电化学分析的应用范围远远大于气相分子吸收光谱仪，这两款新产品的推出将迅速扩大北裕仪器市场范围，快速做大企业规模，最终实现做强的目标。

气相分子吸收光谱仪

高锰酸盐指数分析仪

行业重大贡献

北裕仪器在气相分子细分行业发展中敢于创新，勇于进取，为该细分行业的发展作出了巨大贡献：

重大贡献一：北裕仪器首次将流动注射进样技术引入到气相分子吸收光谱仪中，实现了气相分子吸收光谱仪由原来手动进样变成仪器完全自动进样，实现了仪器全自动化分析。

重大贡献二：北裕仪器成功研发出利用半导体制冷技术的除水装置，改变了十几年来一直采用无水高氯酸镁作为干燥剂干燥技术，由于干燥材料在做完20个左右的样品时就需要更换，干燥剂更换起来非常不方便，更换后会影响仪器气路的气密性，因此半导体制冷技术的应用，大大提高了仪器操作的方便、简单、快速、自动化等优点。

重大贡献三：北裕仪器获得发明专利的氨氮快速在线氧化技术，氧化时间由原来的半小时变成了瞬间，极大提高了样品分析效率；该技术的应用极大推动了气相分子吸收光谱仪在环保行业的推广使用。该项贡献意义深远，大部分用户购置气相分子主要还是用来测定氨氮，以前的设备氨氮测定过于麻烦，一个样需要30分钟以上，而选用快速氧化技术，可以将单个样品的测定时间缩短为3~4min，效率提升了10倍左右，可以说这个贡献挽救了摇摇欲坠的气相分子细分行业，并发扬光大。

重大贡献四：北裕仪器联合上海市计量院、浙江省计量院等单位，建立了《气相分子吸收光谱仪校准规范》，从此该仪器在计量时可以出具《校准证书》，这个意义对于专业实验室影响很大，专业实验室都要求计量仪器在使用前必须得到第三方机构出具检定报告或者校准证书。而在此之前，要么不能出具报告，要么只能出具效力不高的《检测报告》。该项标准的出，使得气相分子吸收光谱仪在环保监测、第三方检测等行业迅被速推广。

重大贡献五：全国近20个省级环境监测中心（站）采购使用了北裕仪器生产的气相分子吸收光谱仪，省级监测中心（站）的普及使用极大推动了气相分子吸收光谱仪在全国地级市、县级市环境监测站的推广使用，并带动在水文水利局等行业推广使用。在气相分子行业，北裕仪器引领气相分子行业向前快速发展。自己也在发展中得到很多受益，市场占有率约90%。

抓住机会拓展领域

谈到未来的规划，陈凡介绍，北裕仪器未来的市场战略是形成6-7个核心产品，能够在国内市场甚至世界市场内排到前3位。北裕仪器会坚持专注于分析检测仪器的研发、生产和制造。也因此，原先的北裕环保更名为北裕仪器，北裕仪器将把视野从环保拓展到其他领域，如医疗、疾控、物性测试等。

【记者观察】气相分子吸收光谱技术，是我国的原创性仪器品种，其意义不亚于原子荧光。但该技术目前仅在环境行业得到推广，在其它需要水质监测的行业还没有得到推广和应用。如果您是其它行业的专家、学者，笔者呼吁您认真地了解和认识这项技术，帮助这项技术打开更广阔的应用天地。因为，它是我国的原创分析仪器；它还可以解决很多水质分析的难题。

　　如果大家读过《源创新》，我们可以这样类比，臧平安先生、上分、更早的学者们，在气相分子吸收光谱中发挥了“始创新”的作用。而陈凡和北裕仪器，在气相分子吸收光谱中发挥了“源创新”的作用。陈凡是应用出身，他深爱这项技术，渴望把这项技术真正发扬光大。他不断从应用角度出发，反复解决应用的难题，终于在环境行业打开了一条光明的道路。

　　我国的又一项分析仪器技术，是国际原创的，这令我们每个分析测试和科学仪器行业的从业者非常振奋。衷心祝愿北裕仪器和其它推广气相分子吸收光谱的企业，更多的科学工作者，能够团结在一起，把这项中国原创的分析仪器品类，继续发扬光大。