與科研相伴 與時代同行
——記中國計量科學(xué)研究院化學(xué)計量技術(shù)應(yīng)用研究室主任周濤

王靜娟

周濤在國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)論壇上作純度測量技術(shù)報告

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，科學(xué)界的各大領(lǐng)域從理論研究到實際應(yīng)用大抵都需要經(jīng)歷科學(xué)—技術(shù)—生產(chǎn)力的過程，這是科研成果轉(zhuǎn)化的規(guī)律。社會的發(fā)展進(jìn)步呼喚科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科研成果的價值取決于對時代發(fā)展貢獻(xiàn)的大小，這是對科學(xué)研究的方向性指引。中國計量科學(xué)研究院化學(xué)計量技術(shù)應(yīng)用研究室主任周濤用實際行動做出了對科研的詮釋。多年來，他致力于關(guān)于無機(jī)質(zhì)譜的應(yīng)用研究，在高純金屬純度計量、同位素豐度與原子量測量和同位素稀釋質(zhì)譜法領(lǐng)域做出了突出貢獻(xiàn)。“我們的科研成果不能懸在空中，應(yīng)該讓它落地為社會做出更多貢獻(xiàn)。”他如此說道。

潛心科研，追求卓越

周濤的研究生涯始于中國原子能科學(xué)研究院。24年前，剛剛從北京大學(xué)化學(xué)系本科畢業(yè)的周濤來到中國原子能科學(xué)研究院繼續(xù)深造，開啟他在同位素豐度和原子量測量方面的科研探索。

一直以來，元素同位素都因其特有的性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)科學(xué)、核科學(xué)等領(lǐng)域，周濤的碩士論文就是關(guān)于鋰同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研究。在此期間，他接觸到了同位素質(zhì)譜和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，“標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在測量物質(zhì)或材料特性、評價分析測量方法等方面起著不可或缺的作用，一個測量實驗室的水平高低只要看它使用和存放標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的數(shù)量就可知曉。”科研前輩這樣向周濤解釋標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的重要性。

在攻讀博士期間，周濤在中國計量科學(xué)研究院趙墨田研究員的指導(dǎo)下開展釹原子量測量新技術(shù)的研究。“在化學(xué)學(xué)科中，原子量作為基本常數(shù)，一切化學(xué)反應(yīng)、分析等都要用原子量進(jìn)行計算，而原子量則是通過測量元素同位素豐度得到的。”周濤向記者介紹道。現(xiàn)代的原子量測量通常采用沿用了數(shù)十年的熱電離質(zhì)譜絕對測量法，其優(yōu)點是理論研究成熟，系統(tǒng)偏差小，但也存在測量周期長，多個樣品測量重復(fù)性的控制技術(shù)難度大的缺點。而作為2000年后才發(fā)展起來的多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS），雖然也具備了高精密度同位素測量能力，但由于系統(tǒng)偏差相比熱電離質(zhì)譜有量級上的差別，國內(nèi)外質(zhì)譜界普遍認(rèn)為其只能用于相對測量，無法用于原子量測量和同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制等具有高準(zhǔn)確度需求的研究。在這種情況下，2004年，趙墨田研究員提出建立MC-ICP-MS絕對測量法并得到了國家自然科學(xué)基金委的資助。在研究過程中，周濤精心設(shè)計實驗，經(jīng)過一步步的探索，再結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)的調(diào)研，最終建立了高準(zhǔn)確度的MC-ICP-MS同位素豐度絕對測量方法。“當(dāng)時立題還是冒著很大風(fēng)險的，一旦不成功，博士論文再改題肯定要延期畢業(yè)，慶幸的是我們成功了，建立的新方法與傳統(tǒng)的熱電離質(zhì)譜絕對測量法在準(zhǔn)確度上沒有差別，而測量周期至少縮短了十倍。”周濤娓娓道來。

隨后，他們將該方法用于釹原子量的測量，結(jié)果與傳統(tǒng)的熱電離質(zhì)譜絕對測量值相吻合。“新的釹原子量測量值144.242（3）通過了IUPAC-CIAAW的審查并被確定為國際新標(biāo)準(zhǔn)，相比舊的量值在準(zhǔn)確度上提高了一個量級。”周濤頗為自豪地介紹道。研究成果在分析化學(xué)和同位素測量領(lǐng)域產(chǎn)生了良好反響，周濤先后收到來自澳大利亞和印度同行開展技術(shù)交流的請求，而兩年后，德國、瑞士和比利時等國的科學(xué)家，也先后采用了該方法進(jìn)行元素原子量的測量。新的測量方法為原子量測量和同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制開辟了新途徑，標(biāo)志著我國在質(zhì)譜測量方法研究方面已經(jīng)走到了世界前列。在中國計量科學(xué)研究院，周濤憑借原子量測量和同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制成果先后獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎1項和質(zhì)檢總局科技興檢獎一等獎3項。

厚積薄發(fā)，勇于開拓

經(jīng)過數(shù)年的化學(xué)計量研究，周濤逐漸意識到高純物質(zhì)純度對于研制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的重要性。“在化學(xué)量值溯源鏈中，處于溯源頂層的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)絕大多數(shù)是采用高純物質(zhì)制備而成，因此高純物質(zhì)的純度直接影響著標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量值的準(zhǔn)確度。”周濤進(jìn)一步向記者介紹道，“但我國一直沒有建立起化學(xué)量值溯源的源頭——純度基準(zhǔn)。”基于對化學(xué)計量事業(yè)的使命感，周濤決心大力發(fā)展我國高純金屬純度基標(biāo)準(zhǔn)的測量能力。高純金屬由于純度高，主含量直接測量無法滿足對準(zhǔn)確度的要求，現(xiàn)行的通用方法是雜質(zhì)元素扣除法。然而，通常情況下，工業(yè)產(chǎn)品的純度只是扣除部分雜質(zhì)元素，忽略了非金屬元素和其他雜質(zhì)元素，只有減去盡可能多的雜質(zhì)元素才能得到計量學(xué)意義上該元素“真正”的化學(xué)純度量值。

了解情況后，周濤開始大刀闊斧地進(jìn)行高純金屬純度基標(biāo)準(zhǔn)研制基本條件的搭建，陸續(xù)購買了輝光放電質(zhì)譜儀、高分辨等離子體質(zhì)譜儀、碳硫分析儀等必要儀器，同時設(shè)計改造了超凈實驗室。當(dāng)硬件設(shè)施齊備之后，周濤開始著力于實驗技術(shù)的提升。“當(dāng)時，在高純金屬的純度測量方面，德國聯(lián)邦材料測試研究院（BAM）的技術(shù)是業(yè)內(nèi)公認(rèn)最高的。”周濤向記者介紹道。因此，2012年周濤作為訪問學(xué)者前往德國BAM進(jìn)行高純銀純度測定的合作研究。經(jīng)過多年的準(zhǔn)備和研究，周濤終于集齊了在高純金屬純度測量方面所有的硬件條件及軟實力。2013年，周濤主持了“十二五”科技支撐計劃課題“無機(jī)純物質(zhì)純度溯源研究與基標(biāo)準(zhǔn)研制”。對于該項目的研究目的，周濤很明確，就是要構(gòu)建無機(jī)純物質(zhì)純度測量高準(zhǔn)確度溯源技術(shù)方法。

在研究過程中，周濤及其團(tuán)隊建立了全雜質(zhì)元素扣除法，對高純金屬中90余種雜質(zhì)元素含量分別進(jìn)行了測量，涵蓋了元素周期表中所有自然界存在的元素種類，從而達(dá)到了計量學(xué)意義上的純度目標(biāo)。他還采用建立的方法，研制出具有國際領(lǐng)先水平的高純銅、高純硅等純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，隨后繼續(xù)在“十三五”國家重點研發(fā)計劃重點專項課題“貴金屬與金屬氧化物純度計量技術(shù)研究”中，成功研制高純金、高純銀、高純鉑和高純銦純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，在化學(xué)計量溯源體系建設(shè)中實現(xiàn)了零的突破。“高純金屬純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的純度量值均超過99.999%，相比國際同類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，定值水平提高了1個量級。”談及于此，周濤略顯興奮。

高純金屬純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制，彌補(bǔ)了化學(xué)計量溯源體系中缺乏頂級溯源的純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，強(qiáng)化了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溯源性的要求，明確了元素校準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的溯源途徑，同時為我國化學(xué)純度計量基準(zhǔn)的建立提供了必不可少的技術(shù)方法和實物標(biāo)準(zhǔn)，其中全雜質(zhì)元素扣除原則的推廣和應(yīng)用將促進(jìn)我國高純金屬材料生產(chǎn)和檢測水平的提升。

技術(shù)應(yīng)用團(tuán)隊合影

不忘初心，牢記使命

2019年，亞太地區(qū)化學(xué)計量技術(shù)委員會主席作為國際同行評審專家來到中國科學(xué)計量研究院，對中國在高純金屬純度測量方面的工作給予高度贊揚(yáng)，并且肯定了周濤及其團(tuán)隊在計量領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。但周濤不滿足于此，他有更深層次的考慮，“科學(xué)研究要頂天立地，既要力爭國際領(lǐng)先的地位，更要提升服務(wù)國家發(fā)展的能力”。因此，他帶領(lǐng)著團(tuán)隊，繼續(xù)開始了新的征程。這次，他們要將技術(shù)研究轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，解決我國科技發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)中的實際問題。

將目前已掌握的科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，服務(wù)于社會，這是周濤從事科研工作的初衷。他帶領(lǐng)研究團(tuán)隊一方面開展與紫金礦業(yè)股份有限公司和廣東先導(dǎo)集團(tuán)等在高純金屬產(chǎn)品研發(fā)方面有較高需求的企業(yè)的合作，另一方面，他也在航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵高溫合金材料方面不斷探索與航空材料研究院、鋼鐵研究總院的合作模式，力圖解決新形勢下“卡脖子”的技術(shù)難題。

如今，距離周濤最初進(jìn)入中國原子能科學(xué)研究院已經(jīng)過去了24個年頭。在這24年里，他與科研相伴，與時代同行，從同位素測量到化學(xué)計量溯源技術(shù)再到將研究成果轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用，每一項研究工作都建立在對國家在計量領(lǐng)域發(fā)展需求的考量上。在未來的研究道路上，他仍將潛心鉆研，不斷挑戰(zhàn)一個又一個的科研高峰，為國家貢獻(xiàn)自己的力量。