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《中國環(huán)境報》專題報道蘭友科技數(shù)智化土壤監(jiān)測設備創(chuàng)新研發(fā)成果
閱讀：1230 發(fā)布時間：2024-10-10近日,，中國環(huán)境APP產(chǎn)經(jīng)頻道特開設《突破“卡脖子"系列》,，北京蘭友科技有限公司創(chuàng)始人、總經(jīng)理馬放均接受專訪,，分享關鍵核心技術突破過程中的心得體會,。
以下為采訪正文，一起來看看吧~
一家專精特新企業(yè),，歷經(jīng)7年成功研發(fā)出國際全自動土壤,、沉積物樣品制備系統(tǒng)，與傳統(tǒng)手工制樣方式相比,，原來5~10個人需要10多天才能完成制備的樣品,，現(xiàn)在一個人操作一臺設備即可在兩個多小時內(nèi)完成；原來只能靠人手工記錄數(shù)據(jù),，攝像頭輔助質(zhì)控,，現(xiàn)在可以一鍵導出全部原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全流程可追溯,。企業(yè)為何要選這個方向研發(fā),，中國環(huán)境報記者為此前往北京蘭友科技有限公司,，進行深入采訪,。
土壤樣品制備過程既費時又費力，70%的時間,、60%的成本以及80%以上的誤差都源于此
記者了解到,，土壤生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作是摸清我國土壤質(zhì)量基本狀況的重要依據(jù)。土壤監(jiān)測包括土壤樣品采集,、制備流轉(zhuǎn)與保存,、檢測分析三個環(huán)節(jié)，其中60%成本,、70%時間和80%誤差來自采樣及制樣環(huán)節(jié),。通俗的說，就是土壤樣品的制備過程既費時又費力,，誤差概率也大,。
目前土壤樣品的制備工作主要還是依靠人工。人工制樣怎么做,，為什么難,？記者了解到，土壤樣品采集之后進入實驗室,，會經(jīng)歷這樣的一個過程：一間大的自然風干室擺滿了待干燥的樣品,，每個樣品攤開，不能加風扇吹，更不能加熱鼓風,，操作人員必須經(jīng)常翻拌樣品,，把下面濕的樣品翻上來，大塊的樣品掰成小的,，把葉子,、植物根莖、砂石等非土壤物質(zhì)挑揀并收集起來,。樣品全部干了之后,，被轉(zhuǎn)移至制樣實驗室，5—10個人進行研磨,、篩分,、四分、裝瓶,、塑封,、稱量、記錄,、清潔等,，這些工序或是流水線式作業(yè)，或是兩人一組負責一個樣品,。一個流程下來,，大致需要10天半個月的時間，如果在南方梅雨季節(jié),，時間會更長,。
北京蘭友科技有限公司創(chuàng)始人、總經(jīng)理馬放均介紹說,，人工制樣的痛點是,，我磨的土你磨的土，沒法驗證,、沒法溯源,；做完了，好不好,，不知道,，也不可比。此外,，樣品的一致性比較差,，制樣效率非常低，如果嚴格按照國家標準去做,，一個人一天最多做3-5個樣品,，而且交叉污染嚴重,，綜合成本高，有損害制樣人員健康的風險,。
這種落后的工作方式,，嚴重制約了國家對土壤環(huán)境監(jiān)測的迫切需求，急需用標準化的智能制樣設備來代替,，確保樣品制備在冬天,、夏天一個樣，海南,、東北一個樣——這正是馬放均帶領團隊7年前開始創(chuàng)業(yè)的背景,。
我國對樣品制備的標準、技術規(guī)范要求非常嚴格,，但手工制樣過程中很難得到貫徹實施
土壤樣品制備環(huán)節(jié)直接決定著土壤環(huán)境監(jiān)測的準確性和可靠性,。但是，馬放均及其團隊在大量走訪和調(diào)研中發(fā)現(xiàn),，由于土壤樣品制備環(huán)節(jié)不直接出實驗數(shù)據(jù)和結果,，耗費大量時間和人力，因此經(jīng)常被忽略,，有些實驗室甚至發(fā)生跳過樣品制備環(huán)節(jié),，在樣品采集回來之后，直接抓取部分顆粒進行消解的嚴重違規(guī)現(xiàn)象,；很多實驗室缺乏專業(yè)的樣品制備部門,，人員和場地也很難滿足要求。
馬放均介紹說,，各項標準規(guī)范中關于制樣的描述并不多,，但是他們的團隊拜訪了多位行業(yè)內(nèi)專家,，對相關標準規(guī)范逐字逐句進行剖析和解讀,，發(fā)現(xiàn)每一個字的背后都有大量實驗驗證作為支撐。例如關于樣品粗磨,，對兩公斤左右的鮮樣,，標準要求先用圓棍輕輕搟一遍，不能搟太細,，搟完了再過2mm（10目）的篩子,，一直重復這一動作直至樣品全部過篩。理想的10目樣品是類似板藍根顆粒那樣粗的顆粒度,，研磨的過程應該保持土壤的團粒結構而不被破壞,，這時候做陽離子交換、pH值,、有效態(tài)等指標的檢測才準確,。有些實驗室老師甚至對研磨工具使用桃木還是楊木，都非常嚴謹，就是為了找到軟硬度適中,，既能破碎土塊,，又不過度破壞土壤晶格結構；10目樣品留樣后,，把剩下的樣品再用同樣的方法研磨至全部過0.25mm（60目）,、0.15mm（100目），甚至有的還要到0.075mm（200目）,，為不同的指標分析提供相應粒度的樣品,。
粗磨成品樣（板藍根顆粒）
可見，我國對樣品制備的標準,、技術規(guī)范等要求非?？茖W，但這些標準和規(guī)范在手工制樣過程中很難得到貫徹實施,，迫切需要通過智能化,、全自動化的制樣設備來實現(xiàn)。
下決心做土壤檢測智能實驗室,，在中國科學儀器領域開創(chuàng)了一個全新的品類
2017年,，馬放均提出“土壤環(huán)境智能監(jiān)測"，下決心做土壤檢測智能實驗室,，希望用智能化設備跟現(xiàn)有的儀器形成聯(lián)用,，真正解放實驗室分析工作人員。馬放均接受中國環(huán)境報記者采訪時說,，7年前提出這個想法時沒人信,，但團隊愣是摸著石頭過河，做正向研發(fā),。
2019年,，蘭友科技全自動土壤樣品制備系統(tǒng)正式商業(yè)化發(fā)布，在中國科學儀器領域開創(chuàng)了一個全新的品類,，引起了業(yè)界的廣泛關注,。環(huán)境樣品采樣、制樣,、前處理的規(guī)范性很重要,，目前這方面存在的問題也是確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的最大瓶頸，蘭友科技在這方面取得了重大突破,。
圖為蘭友科技研發(fā)生產(chǎn)的全自動土壤/沉積物樣品制備系統(tǒng)在北京市地質(zhì)工程設計研究院/北京市土壤樣品庫密云分站投入使用,。
馬放均介紹說：“這套全自動制樣系統(tǒng)，不僅模擬人手實現(xiàn)了土壤樣品制備全流程中的十多個步驟的自動化集成,，還建立了可追溯的質(zhì)量控制體系,，解決了傳統(tǒng)人工制樣方法只能靠攝像頭記錄的質(zhì)控問題,。"
土壤樣品制備是復雜的系統(tǒng)性工作，涉及到十多個步驟,，每個步驟都有不同的精細化要求,。馬放均介紹說，他們在研發(fā)設備過程中總共整理研究了105個涉及土壤,、固廢,、森林土壤、底泥沉積物等相關的國家,、行業(yè)標準,，解決一個又一個棘手的問題。比如針對土壤三普的粗磨要求,，蘭友科技研發(fā)的自動粗磨專用制備儀能在10分鐘內(nèi)完成一個3公斤土壤干樣的自動粗磨,、篩分、稱重,、裝樣和清潔,，制備出來的樣品形似板藍根顆粒，制樣效率比人工提高數(shù)倍,，且不會研磨過細,，保留了10目樣品應有的顆粒度，確保陽離子交換,、速效養(yǎng)分等指標檢測結果的真實性,。
現(xiàn)在，蘭友科技的一臺全自動樣品制備系統(tǒng)可以替代5-10個人工,，實現(xiàn)全流程智能化,、自動化完成掃碼、干燥,、粗磨,、精磨、混勻,、篩分,、稱量、四分分樣,、裝樣、清潔等10個步驟,，可視化,、溫度、濕度,、壓力,、重量,、時間、操作人等實驗條件都能數(shù)字化記錄,，結合視頻監(jiān)控全流程可追溯,，報表自動生成，避免人工造假干燥及混勻期間硬件隔離,，順序制樣清潔,，解決交叉污染，保證制樣質(zhì)量,；全流程制備不接觸任何待測金屬元素,，杜絕制樣過程外源性污染；研磨采用懸浮敲擊,，避免摩擦生熱,；低溫制備，防止樣品損失改善實驗室環(huán)境,；無接觸樣品,，避免操作人員受到粉塵、有害物質(zhì)的傷害,。蘭友科技這些核心技術,，為土壤樣品制備提供了科學的質(zhì)量控制方法。
目前,，該系統(tǒng)獲得科學儀器行業(yè)的最高獎BCEIA金獎（全球四大科學儀器博覽會獎項之一）,、朱良漪創(chuàng)新成果獎、中國優(yōu)秀工業(yè)設計獎等多項大獎,；成功獲得北京市,、浙江省各種證書，產(chǎn)品的創(chuàng)新性和先進性得到行業(yè)的高度認可,，目前這套制備系統(tǒng)已經(jīng)成功裝備至全國22個省,、市、自治區(qū)的環(huán)境監(jiān)測,、地礦,、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等政府單位和檢測機構。
業(yè)內(nèi)人士評價說,，國家急需集干燥-研磨-稱量-分樣-質(zhì)控于一體的自動化檢測設備,，蘭友科技彌補了這個空白。
“這個領域沒有前人,，你是第一人",，一個一個解決困擾行業(yè)的大問題
土壤中混雜的石子、雜質(zhì)怎么挑選出來,？記者了解到,，這么不起眼的小問題卻是困擾行業(yè)的大問題,。馬放均介紹說，關鍵是要把國家標準吃透,，蘭友科技在干燥罐,、研磨、篩分等各個部件上都有巧妙的構思,，能自動挑揀出石子等雜質(zhì),，而且分揀得很干凈。有專家用戶看到蘭友科技做完的實際樣品之后評價說,，“這是我們目前看到的很好的方式,。"
自動篩選出的雜質(zhì)
“手工制樣中10多個類似這樣困擾行業(yè)檢測的問題，我們一個一個全都解決了,。比如如何解決交叉污染問題,，在干燥的時候，一個樣品一個罐子,，樣品跑不出來它就不會交叉污染,；制樣的過程中，上一個樣品制完,，系統(tǒng)清潔,，掃-吹-吸三步法解決交叉污染問題；如何解決外源性污染問題,、干燥溫度問題等,，類似這些問題都是靠自動化設備、用流程保證,，而不是靠人,，這樣就能保證制樣的質(zhì)量和效率"。
“如何研磨土壤,？我們選用了氧化鋯這種硬度僅次于金剛石的材料,，使用了好幾年，仍然光潔如玉,，一點劃痕和殘留都沒有,。此外，包括如何篩分,、如何稱量,、如何裝瓶、如何清潔等都一一解決,。"
“類似這樣的故事太多,，這個領域沒人，你就得做第一個人,，這是我們做創(chuàng)新的艱難,。"馬放均如是說。
推動實驗室智能化,，擴展到礦樣,、中藥、水泥等諸多領域
全自動制樣的應用場景是怎樣的,？把土壤樣品往里面一塞,，幾分鐘后全部指標就都出來了。裝備了這套系統(tǒng)后,，實現(xiàn)全鏈條,、全流程、全自動制樣,，所有的動作人都不用干預,，直接裝進去，等制樣完成拿出來即可,。
國家環(huán)境分析測試中心主任,、《水和廢水分析方法》標準制定者董亮主任專程考察蘭友時評價說，土壤（底泥沉積物）污染普查中周期最長,、最費人工的工作就是樣品制備,，蘭友科技做了開創(chuàng)性的工作，解決了行業(yè)難題,。
北京礦冶研究總院檢測中心主任馮先進老師認為,，國外有獨立的采制樣標準化體系，與檢測標準并存,，而我國引進時把它們混在一起了,。土壤（底泥沉積物）制樣自動化、智能化是未來趨勢,，蘭友產(chǎn)品固體制樣平臺能擴展到礦樣,、中藥、水泥等諸多領域,。
智能實驗室是未來的發(fā)展的趨勢,，這是馬放均一直堅持的判斷，他認為,，儀器設備終歸會替代實驗室手工操作,，把人從繁復的勞動中解放出來，讓人工作得更加安全,、體面,。蘭友科技致力于深耕樣品前處理領域，研發(fā)智能化實驗室設備,，跟現(xiàn)有常規(guī)儀器形成聯(lián)用,，形成完整的智能實驗室解決方案,。7年前他們創(chuàng)業(yè)時就這么想，7年來從沒變過,。
