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《中國(guó)環(huán)境報(bào)》專題報(bào)道蘭友科技數(shù)智化土壤監(jiān)測(cè)設(shè)備創(chuàng)新研發(fā)成果
閱讀：1290 發(fā)布時(shí)間：2024-10-10近日，中國(guó)環(huán)境APP產(chǎn)經(jīng)頻道特開設(shè)《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(guān)鍵核心技術(shù)突破過(guò)程中的心得體會(huì),。
以下為采訪正文，一起來(lái)看看吧~
一家專精特新企業(yè),，歷經(jīng)7年成功研發(fā)出國(guó)際全自動(dòng)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(lái)5~10個(gè)人需要10多天才能完成制備的樣品,，現(xiàn)在一個(gè)人操作一臺(tái)設(shè)備即可在兩個(gè)多小時(shí)內(nèi)完成,；原來(lái)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(dǎo)出全部原始數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)全流程可追溯。企業(yè)為何要選這個(gè)方向研發(fā),，中國(guó)環(huán)境報(bào)記者為此前往北京蘭友科技有限公司,，進(jìn)行深入采訪。
土壤樣品制備過(guò)程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力,，70%的時(shí)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(cè)工作是摸清我國(guó)土壤質(zhì)量基本狀況的重要依據(jù),。土壤監(jiān)測(cè)包括土壤樣品采集,、制備流轉(zhuǎn)與保存、檢測(cè)分析三個(gè)環(huán)節(jié),，其中60%成本、70%時(shí)間和80%誤差來(lái)自采樣及制樣環(huán)節(jié),。通俗的說(shuō),，就是土壤樣品的制備過(guò)程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)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(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，會(huì)經(jīng)歷這樣的一個(gè)過(guò)程：一間大的自然風(fēng)干室擺滿了待干燥的樣品,，每個(gè)樣品攤開,，不能加風(fēng)扇吹，更不能加熱鼓風(fēng),，操作人員必須經(jīng)常翻拌樣品,，把下面濕的樣品翻上來(lái)，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(lái),。樣品全部干了之后,，被轉(zhuǎn)移至制樣實(shí)驗(yàn)室，5—10個(gè)人進(jìn)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(fù)責(zé)一個(gè)樣品。一個(gè)流程下來(lái),，大致需要10天半個(gè)月的時(shí)間,，如果在南方梅雨季節(jié)，時(shí)間會(huì)更長(zhǎng),。
北京蘭友科技有限公司創(chuàng)始人,、總經(jīng)理馬放均介紹說(shuō)，人工制樣的痛點(diǎn)是,，我磨的土你磨的土,，沒(méi)法驗(yàn)證、沒(méi)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(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)去做，一個(gè)人一天最多做3-5個(gè)樣品,，而且交叉污染嚴(yán)重,，綜合成本高，有損害制樣人員健康的風(fēng)險(xiǎn),。
這種落后的工作方式,，嚴(yán)重制約了國(guó)家對(duì)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的迫切需求，急需用標(biāo)準(zhǔn)化的智能制樣設(shè)備來(lái)代替,，確保樣品制備在冬天,、夏天一個(gè)樣，海南,、東北一個(gè)樣——這正是馬放均帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)7年前開始創(chuàng)業(yè)的背景,。
我國(guó)對(duì)樣品制備的標(biāo)準(zhǔn),、技術(shù)規(guī)范要求非常嚴(yán)格，但手工制樣過(guò)程中很難得到貫徹實(shí)施
土壤樣品制備環(huán)節(jié)直接決定著土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性,。但是,，馬放均及其團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果,，耗費(fèi)大量時(shí)間和人力,，因此經(jīng)常被忽略，有些實(shí)驗(yàn)室甚至發(fā)生跳過(guò)樣品制備環(huán)節(jié),，在樣品采集回來(lái)之后,，直接抓取部分顆粒進(jìn)行消解的嚴(yán)重違規(guī)現(xiàn)象；很多實(shí)驗(yàn)室缺乏專業(yè)的樣品制備部門,，人員和場(chǎng)地也很難滿足要求,。
馬放均介紹說(shuō)，各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中關(guān)于制樣的描述并不多,，但是他們的團(tuán)隊(duì)拜訪了多位行業(yè)內(nèi)專家,，對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范逐字逐句進(jìn)行剖析和解讀，發(fā)現(xiàn)每一個(gè)字的背后都有大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證作為支撐,。例如關(guān)于樣品粗磨,，對(duì)兩公斤左右的鮮樣,，標(biāo)準(zhǔn)要求先用圓棍輕輕搟一遍,，不能搟太細(xì)，搟完了再過(guò)2mm（10目）的篩子,，一直重復(fù)這一動(dòng)作直至樣品全部過(guò)篩。理想的10目樣品是類似板藍(lán)根顆粒那樣粗的顆粒度,，研磨的過(guò)程應(yīng)該保持土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)而不被破壞,，這時(shí)候做陽(yáng)離子交換、pH值,、有效態(tài)等指標(biāo)的檢測(cè)才準(zhǔn)確,。有些實(shí)驗(yàn)室老師甚至對(duì)研磨工具使用桃木還是楊木，都非常嚴(yán)謹(jǐn),，就是為了找到軟硬度適中,，既能破碎土塊，又不過(guò)度破壞土壤晶格結(jié)構(gòu),；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(guò)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(biāo)分析提供相應(yīng)粒度的樣品。
粗磨成品樣（板藍(lán)根顆粒）
可見,，我國(guó)對(duì)樣品制備的標(biāo)準(zhǔn),、技術(shù)規(guī)范等要求非常科學(xué),，但這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范在手工制樣過(guò)程中很難得到貫徹實(shí)施,，迫切需要通過(guò)智能化、全自動(dòng)化的制樣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn),。
下決心做土壤檢測(cè)智能實(shí)驗(yàn)室,，在中國(guó)科學(xué)儀器領(lǐng)域開創(chuàng)了一個(gè)全新的品類
2017年,，馬放均提出“土壤環(huán)境智能監(jiān)測(cè)"，下決心做土壤檢測(cè)智能實(shí)驗(yàn)室,，希望用智能化設(shè)備跟現(xiàn)有的儀器形成聯(lián)用,，真正解放實(shí)驗(yàn)室分析工作人員。馬放均接受中國(guó)環(huán)境報(bào)記者采訪時(shí)說(shuō),，7年前提出這個(gè)想法時(shí)沒(méi)人信,，但團(tuán)隊(duì)愣是摸著石頭過(guò)河，做正向研發(fā),。
2019年,，蘭友科技全自動(dòng)土壤樣品制備系統(tǒng)正式商業(yè)化發(fā)布，在中國(guó)科學(xué)儀器領(lǐng)域開創(chuàng)了一個(gè)全新的品類,，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)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(wèn)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(dòng)土壤/沉積物樣品制備系統(tǒng)在北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院/北京市土壤樣品庫(kù)密云分站投入使用。
馬放均介紹說(shuō)：“這套全自動(dòng)制樣系統(tǒng),，不僅模擬人手實(shí)現(xiàn)了土壤樣品制備全流程中的十多個(gè)步驟的自動(dòng)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(wèn)題,。"
土壤樣品制備是復(fù)雜的系統(tǒng)性工作,，涉及到十多個(gè)步驟,，每個(gè)步驟都有不同的精細(xì)化要求。馬放均介紹說(shuō),，他們?cè)谘邪l(fā)設(shè)備過(guò)程中總共整理研究了105個(gè)涉及土壤,、固廢、森林土壤,、底泥沉積物等相關(guān)的國(guó)家,、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，解決一個(gè)又一個(gè)棘手的問(wèn)題,。比如針對(duì)土壤三普的粗磨要求,，蘭友科技研發(fā)的自動(dòng)粗磨專用制備儀能在10分鐘內(nèi)完成一個(gè)3公斤土壤干樣的自動(dòng)粗磨、篩分,、稱重,、裝樣和清潔，制備出來(lái)的樣品形似板藍(lán)根顆粒,，制樣效率比人工提高數(shù)倍,，且不會(huì)研磨過(guò)細(xì)，保留了10目樣品應(yīng)有的顆粒度,，確保陽(yáng)離子交換,、速效養(yǎng)分等指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性。
現(xiàn)在,，蘭友科技的一臺(tái)全自動(dòng)樣品制備系統(tǒng)可以替代5-10個(gè)人工,，實(shí)現(xiàn)全流程智能化、自動(dòng)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(gè)步驟,，可視化、溫度,、濕度,、壓力、重量,、時(shí)間,、操作人等實(shí)驗(yàn)條件都能數(shù)字化記錄,，結(jié)合視頻監(jiān)控全流程可追溯，報(bào)表自動(dòng)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(cè)金屬元素，杜絕制樣過(guò)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(shí)驗(yàn)室環(huán)境,；無(wú)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(shù)，為土壤樣品制備提供了科學(xué)的質(zhì)量控制方法,。
目前,，該系統(tǒng)獲得科學(xué)儀器行業(yè)的最高獎(jiǎng)BCEIA金獎(jiǎng)（全球四大科學(xué)儀器博覽會(huì)獎(jiǎng)項(xiàng)之一）、朱良漪創(chuàng)新成果獎(jiǎng),、中國(guó)優(yōu)秀工業(yè)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)等多項(xiàng)大獎(jiǎng),；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(jìn)性得到行業(yè)的高度認(rèn)可,，目前這套制備系統(tǒng)已經(jīng)成功裝備至全國(guó)22個(gè)省、市,、自治區(qū)的環(huán)境監(jiān)測(cè),、地礦、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等政府單位和檢測(cè)機(jī)構(gòu),。
業(yè)內(nèi)人士評(píng)價(jià)說(shuō),，國(guó)家急需集干燥-研磨-稱量-分樣-質(zhì)控于一體的自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備，蘭友科技彌補(bǔ)了這個(gè)空白,。
“這個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有前人,，你是第一人"，一個(gè)一個(gè)解決困擾行業(yè)的大問(wèn)題
土壤中混雜的石子,、雜質(zhì)怎么挑選出來(lái),？記者了解到，這么不起眼的小問(wèn)題卻是困擾行業(yè)的大問(wèn)題,。馬放均介紹說(shuō),，關(guān)鍵是要把國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)吃透,，蘭友科技在干燥罐、研磨,、篩分等各個(gè)部件上都有巧妙的構(gòu)思,，能自動(dòng)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(shí)際樣品之后評(píng)價(jià)說(shuō),，“這是我們目前看到的很好的方式。"
自動(dòng)篩選出的雜質(zhì)
“手工制樣中10多個(gè)類似這樣困擾行業(yè)檢測(cè)的問(wèn)題,，我們一個(gè)一個(gè)全都解決了,。比如如何解決交叉污染問(wèn)題，在干燥的時(shí)候,，一個(gè)樣品一個(gè)罐子,，樣品跑不出來(lái)它就不會(huì)交叉污染；制樣的過(guò)程中,，上一個(gè)樣品制完,，系統(tǒng)清潔，掃-吹-吸三步法解決交叉污染問(wèn)題,；如何解決外源性污染問(wèn)題,、干燥溫度問(wèn)題等，類似這些問(wèn)題都是靠自動(dòng)化設(shè)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(diǎn)劃痕和殘留都沒(méi)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(gè)領(lǐng)域沒(méi)人,，你就得做第一個(gè)人，這是我們做創(chuàng)新的艱難,。"馬放均如是說(shuō),。
推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室智能化,，擴(kuò)展到礦樣、中藥,、水泥等諸多領(lǐng)域
全自動(dòng)制樣的應(yīng)用場(chǎng)景是怎樣的,？把土壤樣品往里面一塞，幾分鐘后全部指標(biāo)就都出來(lái)了,。裝備了這套系統(tǒng)后,，實(shí)現(xiàn)全鏈條、全流程,、全自動(dòng)制樣,，所有的動(dòng)作人都不用干預(yù)，直接裝進(jìn)去,，等制樣完成拿出來(lái)即可,。
國(guó)家環(huán)境分析測(cè)試中心主任、《水和廢水分析方法》標(biāo)準(zhǔn)制定者董亮主任專程考察蘭友時(shí)評(píng)價(jià)說(shuō),，土壤（底泥沉積物）污染普查中周期最長(zhǎng),、最費(fèi)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(cè)中心主任馮先進(jìn)老師認(rèn)為，國(guó)外有獨(dú)立的采制樣標(biāo)準(zhǔn)化體系,，與檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)并存,，而我國(guó)引進(jìn)時(shí)把它們混在一起了。土壤（底泥沉積物）制樣自動(dòng)化,、智能化是未來(lái)趨勢(shì),，蘭友產(chǎn)品固體制樣平臺(tái)能擴(kuò)展到礦樣、中藥,、水泥等諸多領(lǐng)域,。
智能實(shí)驗(yàn)室是未來(lái)的發(fā)展的趨勢(shì)，這是馬放均一直堅(jiān)持的判斷,，他認(rèn)為,，儀器設(shè)備終歸會(huì)替代實(shí)驗(yàn)室手工操作，把人從繁復(fù)的勞動(dòng)中解放出來(lái),，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(lǐng)域,，研發(fā)智能化實(shí)驗(yàn)室設(shè)備,，跟現(xiàn)有常規(guī)儀器形成聯(lián)用，形成完整的智能實(shí)驗(yàn)室解決方案,。7年前他們創(chuàng)業(yè)時(shí)就這么想,，7年來(lái)從沒(méi)變過(guò),。
