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

王靜娟

周濤在國際標準物質(zhì)論壇上作純度測量技術(shù)報告

科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，科學界的各大領(lǐng)域從理論研究到實際應用大抵都需要經(jīng)歷科學—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)展進步呼喚科學技術(shù)的進步，科研成果的價值取決于對時代發(fā)展貢獻的大小，這是對科學研究的方向性指引。中國計量科學研究院化學計量技術(shù)應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)于無機質(zhì)譜的應用研究，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。“我們的科研成果不能懸在空中，應該讓它落地為社會做出更多貢獻。”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研究院。24年前，剛剛從北京大學化學系本科畢業(yè)的周濤來到中國原子能科學研究院繼續(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)被廣泛應用于地質(zhì)科學、核科學等領(lǐng)域，周濤的碩士論文就是關(guān)于鋰同位素標準物質(zhì)的研究。在此期間，他接觸到了同位素質(zhì)譜和標準物質(zhì)，“標準物質(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準物質(zhì)的數(shù)量就可知曉。”科研前輩這樣向周濤解釋標準物質(zhì)的重要性。

在攻讀博士期間，周濤在中國計量科學研究院趙墨田研究員的指導下開展釹原子量測量新技術(shù)的研究。“在化學學科中，原子量作為基本常數(shù)，一切化學反應、分析等都要用原子量進行計算，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)譜界普遍認為其只能用于相對測量，無法用于原子量測量和同位素標準物質(zhì)研制等具有高準確度需求的研究。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)外文獻的調(diào)研，最終建立了高準確度的MC-ICP-MS同位素豐度絕對測量方法。“當時立題還是冒著很大風險的，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準，相比舊的量值在準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家，也先后采用了該方法進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準物質(zhì)的研制開辟了新途徑，標志著我國在質(zhì)譜測量方法研究方面已經(jīng)走到了世界前列。在中國計量科學研究院，周濤憑借原子量測量和同位素標準物質(zhì)的研制成果先后獲得國家科技進步獎二等獎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)年的化學計量研究，周濤逐漸意識到高純物質(zhì)純度對于研制標準物質(zhì)的重要性。“在化學量值溯源鏈中，處于溯源頂層的標準物質(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準物質(zhì)量值的準確度。”周濤進一步向記者介紹道，“但我國一直沒有建立起化學量值溯源的源頭——純度基準。”基于對化學計量事業(yè)的使命感，周濤決心大力發(fā)展我國高純金屬純度基標準的測量能力。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意義上該元素“真正”的化學純度量值。

了解情況后，周濤開始大刀闊斧地進行高純金屬純度基標準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)公認最高的。”周濤向記者介紹道。因此，2012年周濤作為訪問學者前往德國BAM進行高純銀純度測定的合作研究。經(jīng)過多年的準備和研究，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“無機純物質(zhì)純度溯源研究與基標準研制”。對于該項目的研究目的，周濤很明確，就是要構(gòu)建無機純物質(zhì)純度測量高準確度溯源技術(shù)方法。

在研究過程中，周濤及其團隊建立了全雜質(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，從而達到了計量學意義上的純度目標。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、高純硅等純度標準物質(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準物質(zhì)，在化學計量溯源體系建設(shè)中實現(xiàn)了零的突破。“高純金屬純度標準物質(zhì)的純度量值均超過99.999%，相比國際同類標準物質(zhì)，定值水平提高了1個量級。”談及于此，周濤略顯興奮。

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

技術(shù)應用團隊合影

不忘初心，牢記使命

2019年，亞太地區(qū)化學計量技術(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，并且肯定了周濤及其團隊在計量領(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，更要提升服務國家發(fā)展的能力”。因此，他帶領(lǐng)著團隊，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，服務于社會，這是周濤從事科研工作的初衷。他帶領(lǐng)研究團隊一方面開展與紫金礦業(yè)股份有限公司和廣東先導集團等在高純金屬產(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，距離周濤最初進入中國原子能科學研究院已經(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計量溯源技術(shù)再到將研究成果轉(zhuǎn)化為實際應用，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，為國家貢獻自己的力量。