自动化+智能化驱动水质监测创新 中广测破局水质监测"卡脖子"难题！

近年来，随着国控、省控等各级水质自动监测站点的广泛部署，传统设备在指标覆盖不全、数据质量不稳定、运维效率低下等核心问题上日益凸显。针对这些行业痛点，中广测团队牵头联合合作单位完成的《水质智能自动监测与智慧诊断关键技术研发及应用》项目，通过多项技术创新实现了突破性进展。

“我们要像保护自己的眼睛一样保护生态环境”，习近平总书记在2019年中国北京世界园艺博览会开幕式上的殷切嘱托，正通过具体技术路径落地生根。生态环境部《关于加快建立现代化生态环境监测体系的实施意见》提出的"两化三高"战略目标，将监测技术数智化转型推至国家战略高度。在提升监测支撑能力、提高监测数据质量以及加速监测技术数智化转型的过程中，自动化与智能化监测装备及其关键部件的国产化水平和供给能力是核心关键。自动在线监测技术作为水环境“天空地”一体化监测体系中地面监测的主要手段，其重要性不言而喻。

水质监测的智能化突破与协同创新

2024年，中广测牵头联合合作单位自主完成的《水质智能自动监测与智慧诊断关键技术研发及应用》项目荣获广东省环境技术进步一等奖。该项目聚焦"自动化+智能化"创新，成功解决了传统水质监测设备存在的指标覆盖不足、数据质量保障较难、运维管理效能较低三大痛点，为构建现代化生态环境监测体系提供了专业的解决方案。

《水质智能自动监测与智慧诊断关键技术研发及应用》项目并非单点突破式发展、分散式独立开发，而是多个关键环节的系统性协同创新。项目不仅聚焦于自动在线监测技术、关键部件和设备创制，而且深耕于精准控制、智能感知和智慧诊断软件系统开发。

项目通过与广东省生态环境监测中心、广州伊创科技股份有限公司和广东省地质建设工程勘察院的合作，形成了强大的研发应用合力。借助这种“研产用”深度结合的合作模式，各方能够在关键部件和模块、仪器设备系统和智能控制技术等方面持续进行技术创新和突破。在关键部件和模块方面，通过研发超高精度进液泵、高稳定性多光源测量装置等核心部件，在国产化替代方面取得显著成效；在仪器设备系统方面，项目研发的自动在线监测系统采用微波等离子体发射光谱法，不仅是利用了发射光谱多指标、高稳定性的检测能力，而且以氮气作为工作气体，成本低且可现场通过氮发产生；在监测智能化控制方面，开发液位感知、液体传输感知、关键部件状态感知等来实现对关键和模块的状态诊断，通过数据动态关联和远程自动质控技术来实现对整机运行状态智能化监测。这一系列的创新成果相互支撑，构成了项目成果的核心竞争力。

技术突破：破解监测"三大难题"

目前水质自动监测主要存在以下三大难题，一是监测指标覆盖不足，现有自动监测技术和设备聚焦于常规参数，难以满足智慧水务对多维度水质评估的需求；二是数据质量较难保障，受限于关键部件精度、环境干扰等问题，部分指标干扰无法消除，与手工监测结果比对差异大；三是运维管理效能低下，由于缺乏智能化的远程诊断和预测性维护系统，难以准确知悉设备的健康状态，故障排查时间长，人工现场运维效率低、响应慢，导致自动监测设备运维成本较高，这些问题共同制约着水质自动监测行业的发展。

针对问题一，项目组通过研发连续流动消解、多路富集、样品基体自调控及光谱多指标同时检测等关键技术，国内外首创了基于微波等离子体发射光谱（MP-AES）法的水质重金属在线自动监测技术及仪器，单台机器即可实现水中20多种金属的多指标、同时、快速、稳定、连续、准确、自动监测，检测能力达到Ⅰ类、II 类水质限值要求，仪器以空气/氮气运行，实现了水质重金属低检出限、宽检测范围、高稳定性、低运行成本、多指标同时自动在线监测。同时，项目组开发了高稳定性多光源测量装置，通过紧凑的多通道设计、可安装多光源的光路结构，解决了多光源技术中光源不稳定与干扰难题，单台仪器便能同时比色测定2-5个监测因子。

图1 Online 5100 MP多参数重金属在线分析仪

针对问题二，项目组突破微量体积的精准计量与控制技术，开发了高精度注射泵、高稳定性多光谱测量装置。通过感知高精度位移传感器反馈信号，利用自主研发的算法控制软件，对硬件误差进行自动补偿，精准控制并识别注射泵活塞位置，显著提升了多个量程注射泵的准确度与精密度，实现微量体积液体的精准计量，解决了常用的光电定量管、注射泵在输送微量液体时准确度、稳定性欠佳的问题，确保水质自动监测数据的可靠性。

图2 水质综合指标系列在线分析仪

针对问题三，项目组分别研发了关键部件状态的实时监控与自诊断技术、远程自动质控技术、部件参数与监测数据的动态关联技术，实现水质自动监测设备的远程智能质控和远程健康状态诊断，解决监测仪器运维效率低、运维成本高、数据质量存疑的问题，提升了水质自动监测仪器智慧化水平。通过持续的研发创新与推广应用，支撑了水质自动监测数智化加速转型。

图3 远程智能质控和远程健康状态诊断

这些技术突破，破解了抗水样基质干扰弱、仪器适应性差等难题，为水质监测领域注入新活力，助力环保事业迈向新高度。

智能技术的应用：降低管理成本与提高管理效能

支撑监管部门提高管理效能。在监测仪器实际运维过程中，该技术成果在设备状态智能感知、感知数据智能分析、分析结果智慧诊断等方面发挥了至关重要的作用。以山东某市智慧园区为例，应用该水质自动监测系统后，通过远程自动质控和全过程智能监控，设备能够实时对监测数据进行智能分析，自动研判设备健康状态，及时报告监测设备和监测数据问题。与传统监测方式相比，运维人员无需频繁进行现场人工检查和维护，大大提高了运维效率和降低了运维成本，同时提升了监管部门的管理效能。

助力企业生产精准质量控制。在半导体芯片制造行业，该技术成果在关键组分监测方面，也取得了显著成效。例如，在广东某电子电路基材制造行业龙头企业中，设备能够对沉铜产线槽液中的多种组分进行实时监测，根据分析结果自动调节投料。与传统工业过程分析技术相比，该技术成果实现了对产线金属离子及重要监控目标物的实时监控和精准调控，减小了槽液成分浓度的波动，不仅为企业节省了大量的人力物力，还提高了产品良率和质量，提升了产品核心竞争力。同时，通过优化生产工艺和减少物料浪费，也为企业实现节能减排做出了贡献。

图4 智慧检测分析系统现场应用

未来展望：技术成果的广泛推广与应用

为了确保水质智能自动监测技术的广泛应用和推广，项目团队将进一步加强与相关行业标准的协同。一方面，积极推进相关技术标准的申报和制订。以项目团队制订的《GB/T 43861 - 2024微波等离子体原子发射光谱方法通则》国家标准为基础，进一步拓展水质自动在线监测领域的应用类标准。

除了在传统环境监测领域继续深耕，项目团队还将目光投向了更多的新兴业态和行业。在半导体行业，随着芯片制造工艺的不断提高，对水质的要求也愈发严格。项目团队将与半导体企业合作，将其技术成果应用于芯片制造过程中的超纯水监测和废水处理监测，确保生产过程中水质的稳定和环保。在电镀行业，针对电镀废水成分复杂、处理难度大的特点，项目团队将为电镀企业提供定制化的监测解决方案，实时监控电镀废水的水质变化，为企业节能减排和环保达标提供有力支持。

在当前环境监测需求日益多样化的背景下，车载移动实验室的应用越来越广泛。项目团队计划开展水质重金属自动在线监测成果在车载移动实验室的应用工作，实现水质重金属自动在线的移动监测能力。通过配备先进的监测设备和智能分析系统，车载移动实验室可以在不同的区域和环境中快速、灵活地开展水质监测工作，为环境突发事件应急监测、突发水质污染调查等提供及时、准确的数据支持，进一步提升环境监测的时效性和灵活性。

在这场关于水质监测的"科技革命"中，中广测交出的答卷不仅是奖励证书，更是自主创新守护碧水蓝天的责任与担当。其未来的推广应用也将为行业发展和环境保护带来更为广阔的前景。

中广测简介：

广东省科学院测试分析研究所（中国广州分析测试中心）（简称中广测）是广东省科学院管理的事业单位，是以理化分析测试为重点的综合性研究和服务机构，是国家级分析测试中心。

依托中广测建有1个国家级质检中心、1个省重点实验室、3个科研条件平台、9个技术研究中心、2个省级质检站、1个省检定站和2个人才平台。中广测是第三方检测、校准实验室和A类检验机构，通过国家级检验检测机构资质认定（CMA）和实验室认可（CNAS），出具的数据结果可获得国际互认。连续多年获评我要测网“最具影响力十大第三方检测机构”。

中广测技术服务涵盖医药健康、食品农产品、资源环境、安全评价、材料化工、轻工纺织、精密仪器、司法鉴定等八大领域板块，多年来在分析测试标准、方法、技术和装备的研究等方面取得了200多项重要的科研成果，为构建现代产业体系、服务社会民生和助推企业创新提供了强有力的分析测试共性技术支撑。