相伴同行

66科學(xué)中國(guó)人2020年12月

創(chuàng)新之路WayofInnovation

與科研相伴與時(shí)代同行

——記中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院化學(xué)計(jì)量技術(shù)應(yīng)用研究室主任周濤

王靜娟

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(shí)際應(yīng)用大抵都需要

經(jīng)歷科學(xué)—技術(shù)—生產(chǎn)力的過(guò)程，這是科

研成果轉(zhuǎn)化的規(guī)律。社會(huì)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(jià)值取決于

對(duì)時(shí)代發(fā)展貢獻(xiàn)的大小，這是對(duì)科學(xué)研究

的方向性指引。中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院化學(xué)

計(jì)量技術(shù)應(yīng)用研究室主任周濤用實(shí)際行動(dòng)

做出了對(duì)科研的詮釋。多年來(lái)，他致力于

關(guān)于無(wú)機(jī)質(zhì)譜的應(yīng)用研究，在高純金屬純

度計(jì)量、同位素豐度與原子量測(cè)量和同位

素稀釋質(zhì)譜法領(lǐng)域做出了突出貢獻(xiàn)?！拔?/p>

們的科研成果不能懸在空中，應(yīng)該讓它落

地為社會(huì)做出更多貢獻(xiàn)?！彼绱苏f(shuō)道。

潛心科研，追求卓越

周濤的研究生涯始于中國(guó)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(lái)到中國(guó)原子能科學(xué)研究

院繼續(xù)深造，開(kāi)啟他在同位素豐度和原子

量測(cè)量方面的科研探索。

一直以來(lái)，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(cè)量

物質(zhì)或材料特性、評(píng)價(jià)分析測(cè)量方法等方

面起著不可或缺的作用，一個(gè)測(cè)量實(shí)驗(yàn)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?！笨蒲星拜呥@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(guó)計(jì)量

科學(xué)研究院趙墨田研究員的指導(dǎo)下開(kāi)展釹

原子量測(cè)量新技術(shù)的研究?！霸诨瘜W(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(jì)算，而原

子量則是通過(guò)測(cè)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(cè)量通常采用沿用了數(shù)十年的熱電離質(zhì)譜

絕對(duì)測(cè)量法，其優(yōu)點(diǎn)是理論研究成熟，系

統(tǒng)偏差小，但也存在測(cè)量周期長(zhǎng)，多個(gè)樣

品測(cè)量重復(fù)性的控制技術(shù)難度大的缺點(diǎn)。

而作為2000年后才發(fā)展起來(lái)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(cè)量能力，

但由于系統(tǒng)偏差相比熱電離質(zhì)譜有量級(jí)上

的差別，國(guó)內(nèi)外質(zhì)譜界普遍認(rèn)為其只能用

于相對(duì)測(cè)量，無(wú)法用于原子量測(cè)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(duì)測(cè)量法并得

到了國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助。在研究

過(guò)程中，周濤精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)一步步

的探索，再結(jié)合國(guó)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(duì)測(cè)量方法?！爱?dāng)時(shí)立題還是冒著很

大風(fēng)險(xiǎn)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(duì)測(cè)

量法在準(zhǔn)確度上沒(méi)有差別，而測(cè)量周期至

少縮短了十倍?！敝軡告傅纴?lái)。

隨后，他們將該方法用于釹原子量

的測(cè)量，結(jié)果與傳統(tǒng)的熱電離質(zhì)譜絕對(duì)

測(cè)量值相吻合。“新的釹原子量測(cè)量值

144.242（3）通過(guò)了IUPAC-CIAAW的

審查并被確定為國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)，相比舊的量

值在準(zhǔn)確度上提高了一個(gè)量級(jí)。”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(cè)量領(lǐng)域產(chǎn)生了良好反響，周濤先

后收到來(lái)自澳大利亞和印度同行開(kāi)展技術(shù)

交流的請(qǐng)求，而兩年后，德國(guó)、瑞士和比

利時(shí)等國(guó)的科學(xué)家，也先后采用了該方法

進(jìn)行元素原子量的測(cè)量。新的測(cè)量方法為

原子量測(cè)量和同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制開(kāi)辟

了新途徑，標(biāo)志著我國(guó)在質(zhì)譜測(cè)量方法研

究方面已經(jīng)走到了世界前列。在中國(guó)計(jì)量

科學(xué)研究院，周濤憑借原子量測(cè)量和同位

周濤在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)論壇上作純度測(cè)量

技術(shù)報(bào)告

2020年12月科學(xué)中國(guó)人67

素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制成果先后獲得國(guó)家科技

進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)和質(zhì)檢總局科技興檢獎(jiǎng)

一等獎(jiǎng)3項(xiàng)。

厚積薄發(fā)，勇于開(kāi)拓

經(jīng)過(guò)數(shù)年的化學(xué)計(jì)量研究，周濤逐漸

意識(shí)到高純物質(zhì)純度對(duì)于研制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的

重要性?！霸诨瘜W(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?！敝軡M(jìn)一

步向記者介紹道，“但我國(guó)一直沒(méi)有建立

起化學(xué)量值溯源的源頭——純度基準(zhǔn)。”

基于對(duì)化學(xué)計(jì)量事業(yè)的使命感，周濤決

心大力發(fā)展我國(guó)高純金屬純度基標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)

量能力。高純金屬由于純度高，主含量直

接測(cè)量無(wú)法滿足對(duì)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(jì)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(kāi)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(gòu)買(mǎi)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(shí)設(shè)計(jì)改造了超凈實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)硬

件設(shè)施齊備之后，周濤開(kāi)始著力于實(shí)驗(yàn)

技術(shù)的提升?！爱?dāng)時(shí)，在高純金屬的純

度測(cè)量方面，德國(guó)聯(lián)邦材料測(cè)試研究院

（BAM）的技術(shù)是業(yè)內(nèi)公認(rèn)最高的?！?/p>

周濤向記者介紹道。因此，2012年周濤作

為訪問(wèn)學(xué)者前往德國(guó)BAM進(jìn)行高純銀純

度測(cè)定的合作研究。經(jīng)過(guò)多年的準(zhǔn)備和研

究，周濤終于集齊了在高純金屬純度測(cè)量

方面所有的硬件條件及軟實(shí)力。2013年，

周濤主持了“十二五”科技支撐計(jì)劃課題

“無(wú)機(jī)純物質(zhì)純度溯源研

究與基標(biāo)準(zhǔn)研制”。對(duì)于

該項(xiàng)目的研究目的，周濤

很明確，就是要構(gòu)建無(wú)機(jī)

純物質(zhì)純度測(cè)量高準(zhǔn)確度

溯源技術(shù)方法。

在研究過(guò)程中，周濤

及其團(tuán)隊(duì)建立了全雜質(zhì)元

素扣除法，對(duì)高純金屬中

90余種雜質(zhì)元素含量分別

進(jìn)行了測(cè)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(jì)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(guó)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重

點(diǎn)專項(xiàng)課題“貴金屬與金屬氧化物純度計(jì)

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(jì)量溯源體系建設(shè)中實(shí)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(guò)99.999%，相比國(guó)際同類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，定

值水平提高了1個(gè)量級(jí)?！闭劶坝诖?，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(jì)量溯源體系中缺乏頂級(jí)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(shí)為我國(guó)化學(xué)純度計(jì)量基準(zhǔn)的

建立提供了必不可少的技術(shù)方法和實(shí)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(guó)高純金屬材料生產(chǎn)和檢測(cè)水

平的提升。

不忘初心，牢記使命

2019年，亞太地區(qū)化學(xué)計(jì)量技術(shù)委

員會(huì)主席作為國(guó)際同行評(píng)審專家來(lái)到中國(guó)

科學(xué)計(jì)量研究院，對(duì)中國(guó)在高純金屬純度

測(cè)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(duì)在計(jì)量領(lǐng)域的國(guó)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(zhēng)

國(guó)際領(lǐng)先的地位，更要提升服務(wù)國(guó)家發(fā)展

的能力”。因此，他帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)，繼續(xù)開(kāi)

始了新的征程。這次，他們要將技術(shù)研究

轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，解決我國(guó)科技發(fā)展和工

業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)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(huì)，這是周濤從事科研工作

的初衷。他帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)一方面開(kāi)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(dòng)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(shì)下“卡脖子”的技術(shù)難題。

如今，距離周濤最初進(jìn)入中國(guó)原子能

科學(xué)研究院已經(jīng)過(guò)去了24個(gè)年頭。在這24

年里，他與科研相伴，與時(shí)代同行，從同

位素測(cè)量到化學(xué)計(jì)量溯源技術(shù)再到將研究

成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，每一項(xiàng)研究工作都

建立在對(duì)國(guó)家在計(jì)量領(lǐng)域發(fā)展需求的考量

上。在未來(lái)的研究道路上，他仍將潛心鉆

研，不斷挑戰(zhàn)一個(gè)又一個(gè)的科研高峰，為

國(guó)家貢獻(xiàn)自己的力量?？?/p>

技術(shù)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)合影