摘  要 在線分析工程技術取得“數量”的發展之后，在快速增長的現實市場中正迎來歷史性新機遇，而傳統的技術觀念和技術思維卻是本專業健康發展的嚴重障礙。本文在深入分析討論在線分析工程技術時，重新定義“樣氣處理系統”、“在線分析系統”、“在線分析工程技術”，倡導創建“在線分析工程技術”新專業 的理論初創。將“樣氣處理系統”提升到“在線分析工程技術的核心和關鍵技術”的新高度，以樣氣處理系統取代使用數十年的“取樣預處理系統”具有顛覆性的重要意義。

儀器儀表是信息工業的源頭，作為精密儀器的科學儀器（核心是分析儀器）更不待言，在線分析系統堪稱科學儀器皇冠上的明珠，在開發資源、節約能源和防治環境污染等重要領域 為人類社會來斷創造出新的生產力，持續地推進人類社會的發展。任何技術的高速發展，都必須以理論創新為導向。從21世紀前沿技太的*視角，去探詢和考量此前未被深入觸及的領域 或疑難問題，試圖領悟和探索進而把握住在線分析工程技術理論初創和質量發展的契機。

關鍵詞  樣氣處理系統   在線分析器  在線分析系統  在線分析工程技術  質量發展  分析準確度  大趨勢理論  核心觀念

1   在線分析工程技術的發展進程

1.1 *發展周期概況

我國的分析儀器行業已經走過了艱辛歷程序52年（1956～2008）。我國zui早的在線分析器是上海某公司合營廠1956年生產的電廠CO2勢導分析 器。1956年5月16日南京分析儀器廠創建，標志我國分析儀器產業的發端，1959年10月6日，北分建廠，長期是行業的*，1968年8月30日，川分由南分部分遷建重慶。至1985年大致屬于原始發展階段，普遍水平低，也算不上專業。此間學習前蘇聯，大化肥、石化成套設備的引進，起了很大的推動作用。

八十年代開始的技術引進，為分析儀器行業帶來了新的活力，引進技術國產化的部分成功，八十年代末才姍姍來遲。1985年5月8日，以專業化開展在線分析器工程應用為目的的川分“成套科”成立，由于與德國H&B公司技術引進合作的便利，當時依據的技術概念和技術方案都受到H&B*技術的直接啟發和影響，存在很強的模仿趨向。

1992年1月4日我國*個在線分析工程部（當時稱過程分析成套部）在川分組建，時任部長的金義忠，首倡在線分析工程技術新專業，定義在線分析系統（當時稱過程分析成套系統），研發PS1000系統在線分析系統，后來成為*火炬項目和*新產品，列機電部推薦的國家重點扶持發展的八個產品*。成為我國在線分析工程技術zui早的科研成果。

從1992年至2007年的16年間，我國的在線分析系統產業，形成開放競爭的市場格局，2007年估計超過12億元，專業隊伍迅速壯大，年產值2000萬元的企業，可能有20家。但令人遺憾的是，專業理論幾乎空白，第二屆在線分析器應用及發展論壇也沒有涉及理論問題，受到會議代表的質疑。工程項目招標中的價格戰，嚴重挫傷了發展質量和提高技術水平的積極性，這一隱憂的改觀，需要等待“禪機”。

1.2 “論壇”引發歷史性轉折

2007年11月6日，作為我國分析儀器行業旗幟的朱良漪，親自策劃、組織和主持的第二屆在線分析儀器應用與發展論壇在北京召開，朱老的主旨報告是“21世紀的前沿技術：分析技術與自動化的系統集成”^[1] ，還提出了“21世紀的世界危機”公式。這次論壇可算是我國分析儀器行業52年發展*zui重要的歷史性事件，為分析儀器行業一次“解放思想”的機會，這將引發一系列具有“顛覆性”特征的核心觀念轉變，決定和主導未來我國在線分析工程技術的發展方向?；?ldquo;大趨勢理念”，有必要強調這些頗具技術前瞻性的核心觀念。

（1）“分析技術與自動化的系統集成是21世紀的前沿技術”的學術思想（朱良漪）。

（2）“在線分析系統要有15年壽命周期”的工程設計新理念（黃步余）。

（3）“樣氣處理系統技術是在線分析分析系統的核心和關鍵技術”的專業技術新概念（金義忠）。

本專業這三個核心觀念對其他傳統觀念和技術概念造成極大沖擊，在線分析工程技術的發展到了需要重新定位的關鍵時刻。

2   在線分析工程技術的發展趨勢

2.1 發展在線分析工程技術的“大趨勢理念”

從zui樸素的思維出發，即從將來社會、人類zui需要什么，來確定科學技術未來的發展方向，未來的挑戰必然是能源、環境、城市化、健康等。朱老基于戰略性思維、歷史性思維和性思維的綜合性大趨勢視野，提出 “21世紀的世界性危機”^１〕的公式：

                           能源     資源

 （Gain真實收入）＝-------------------------------×f（科技、社會正面提升能力）

                    人口   污染     浪費     天災   

在線分析工程技術從本質上講，他的*定位應該是“保障人類和地球的健康”（朱良漪）。這一定義雖然很不具體，卻無撥高之嫌。在線分析系統的基本內涵是將過去分析儀器離線測量的靜態觀察，改變為在線連續測量的實時動態觀察，使得物質成分量的計量、監測以及信息傳輸與應用產生突破性飛躍，在解決重大工程問題和環境問題方面也會發揮特殊作用。所以，在線分析工程技術在迎接未來的挑戰中，必將鑄就成永遠的朝陽產業。這種大趨勢就是我們從事在線分析技術的責任與光榮、決心和底氣之所在。

2.2 在線分析工程技術發展的強勁動力

（1）開放的﹑持續穩定增長市場的強勁牽引

2007年我國儀器儀表銷售收入增長29%，利潤同比增長35%，在線分析系統的增長幅度應高出許多，按銷售收入增長達到35%的保守估計，2007年的12億在3年后的2010年將可能達到29.5億元（增長146%）。

（2）國家長期產業導向的強勁牽引 

“提高生產效率，節約能源資源，防止﹑減少并積極治理污染等，開辟可持續發展的新能源和新物質，保障人類和地球的健康”等，^〔３〕都*符合國家堅定不移的長期產業導向，因此將鑄就和誕生“永遠的朝陽產業”。

（3）中國對人類和地球健康的莊嚴承諾

去年印尼巴厘島會議上，我國政府在《京都議定書》上簽了字，向社會莊嚴承諾節能減排、防治污染、保護環境等方面的性責任。

今年分析儀器單機和在線分析系統產品銷售特別火爆（近乎翻番），政策支持力度也特別大，這一背景能夠令人信服地解釋其本質原因。

（4）分析儀器及樣氣處理系統技術進步的推動

國外分析儀器及樣氣處理系統技術進步的速度遠快于國內，作為在線分析樣氣處理系統技術基礎的樣氣處理部件，其理論研究深入，專業化生產程度也非常高。國內這方面情況也將得到有效的改善，例如重慶凌卡公司的自吹洗綜合過濾器產品，就有自身鮮明特色并接近*水平。

2.3 在線分析工程技術正進入新的發展時期

以2007年11月“論壇”為標志，在線分析工程技術正進入新的發展時期，將發生深刻的歷史性變化：

（1）在線分析工程技術將進入專業理論的初創期

任何一個專業或一項技術，要實現長期穩定的高速發展，如果沒有相對站得住腳的專業理論指導，是不可能的。

在線分析系統在在線分析儀器面前，顯現出相對的“獨立性”、嚴密性、體系性和規范性，特殊的工程屬性，自我激勵的創造性。在線分析系統直接面對和滿足工程應用的苛刻要求，并直接競標進入市場，已經成為不可逆轉的技術潮流，這是本專業zui為本質的技術規律。H＆B公司早在1993年，其單機直接銷售比例僅為1/3，國內主流廠商的單機直接銷售比例近幾年已成明顯的單向下降趨勢。

2008年，出現了這篇拋磚引玉的“在線分析工程技術導論”。

（2）在線分析工程系統的技術設計將走向深入

業內資深專家們的技術觀將起到一定的引導作用：

企業及技術的戰略發展，是創新決定成??；

產品技術設計，是結構和工藝決定成敗

在線分析系統設計，是規范的專業化、針對性設計決定成敗；

工程應用：是在線分析系統投運技術的細節決定成??；

生產經營：是主導產品支撐的營銷決定成敗。

（3）在線分析系統的品質將得到很大的提高

朱良漪絕筆論文zui后說“我所想到的難點和閃點：取樣系統  可靠性  少維護   軟件技術。” ^〔１〕

在線分析系統的質量和品質很難用技術指標來衡量，但是可以借用朱老所提倡的4個尺度來評審，只能通過深化技術設計和技術創新來保障和提高。

 （4）更關注在線分析工程技術的體系性整合

以樣氣處理系統技術為核心和關鍵技術的在線分析工程技術，對其進行有效整合，準確、深入地認識和駕馭并不容易，因為它漫無邊界，高深莫測，對工程用戶的設備、工藝、取樣及應用要求的了解和交流更是永無止境，這才特別需要對在線分析系統進行規范的專業化、針對性設計和管理：對在線分析系統要進行體系性的研究和表達，對千差萬別的樣氣處理系統進行分類歸納，爭取實現相對固定的典型（分類）設計。

對在線分析工程技術的結構、體系性整合集成和規范表達，是在線分析工程技術相對成熟的必經之路。

2008年是我國在線分析工程技術處于新飛躍的起始年，正進入新的發展時期，三個核心觀念的轉變將引發本專業技術思想的革故鼎新。

《分析儀器》雜志開辟《在線分析工程技術》專欄，它是本專業理論初創的寶貴實踐。

北京北分麥哈克分析儀器有限公司于2008年5月8日重新組建系統工程部，決心在技術創新和規范的專業化方面取得快速突破。

現時的進展只能是相對的，以2008年為新起點的在線分析工程技術的發展，將更加朝氣蓬勃和富有成效。

3  在線分析工程技術的新定義

氣體分析儀器（ Gas Analyzer）

輸出信號為氣體混合物中一種或多種組分的濃度、分壓、露點溫度的單調函數的分析器。

在線分析器（在線分析儀器）（On-line Analyzer）

是在工業生產工藝過程和環境監測中，對物質化學成分及有關物理性質*自動地長期連續分析和測量的分析器。也習慣稱過程分析儀表或在線分析 儀表。

在線分析系統（On-line Analysis System）

是在線分析器與樣氣處理系統通過針對現場應用條件和樣氣條件規范的專業化分析系統設計，所實現的合理匹配與完善組合，能長期連續穩定、準確可靠，近于免維護地協調運行的成套設備。也習慣稱過程分析（成套）系統。它至少包括一臺在線分析器和一個樣氣處理系統。

在線分析工程技術（On-line  Analysis  engineering）

是以工業生產和環保領域的在線分析工程項目為中心，研發出連續穩定、準確可靠、近于免維護的樣氣處理系統，進而確保在線分析系統能夠高準確度、連續穩定地檢測分析，適時監控物質成分量的工程技術。

4  重新界定樣氣處理系統的地位功能

樣氣處理系統（sample gas  handing  system）

試樣處理系統分為氣體試樣處理系統（即：樣氣處理系統）、液體試樣處理系統以及固定試樣處理系統，雖然液體試樣處理系統技術及應用發展也很快，本文于討論樣氣處理系統技術，切勿誤會樣氣處理系統就是試樣處理系統或樣品處理系統。

本文所述的樣氣處理系統，過去卻長期稱為“取樣預處理裝置”，是在線分析器的附加部分或不得已的延申，早期甚至直接組合在分析器機箱上，后來地位有所提高，也就是到“預處理”止步，始終是分析器附帶著“預處理”。

“JB/T　6854—1993在線分析器試樣處理系統性能表示”的行業標準，已上升為國家標準GB/T　19768—2005，早就經取消了預處理系統之前的“預”字，對于氣體分析，從中必然引申出“樣氣處理部件 ”和“樣氣處理系統”的技術概念和專業名詞。十多年來，人們（甚至包括專業人士）對此卻視而不見，致使名詞術語的使用十分混亂。

本文為樣氣預處理系統取消了“預”字，以系統取代“裝置”，足可以證明其自身的獨立性、系統性、嚴密性。PLC的自控功能及其軟件技術就是證明。H＆B公司的60號干法高溫取樣探頭系統曾在中國賣過135萬元的高價是另一個證明。樣氣處理系統完夠強有力促進在線分析器的工程應用。

在線分析面對諸多十分艱巨復雜的技術難題，使得樣氣處理系統技術成為在線分析系統的核心和關鍵技術^〔２〕。技術觀和方法論都是推動技術發展的強勁動力，我們期待樣氣處理系統從此走上健康發展的軌道。

5  在線分析器工程應用的癥結和*途徑 

5.1　在線分析器的工程應用長期存在三大癥結

（1）在線分析的連續自動取樣和樣氣處理技術，要求樣氣不中斷、不失真和快速傳輸；

（2）在線分析的有效抗干擾：對于各種干擾和影響誤差的認知，必須要有理論根據和定量分析，排除或降低可能出現的系統誤差，以保證必要的檢測準確度；

（3）分析系統長期連續運行的協調性、可靠性和易維護性（或少維護）。

5.2　在線分析器工程應用的*途徑

（1）采用規范的專業化、針對性系統設計的型在線分析系統；

（2）實踐工程學指導下的全過程技術服務，兌現“100%工程應用投運成功率”的承諾。

6  在線分析系統的組成

6.1　分析系統的硬件部件

一般由在線分析器，取樣系統（取樣探頭和壓縮空氣反吹單元等），后級樣氣處理系統（樣氣輸送、伴熱和冷卻、冷凝和排放冷凝液、抽吸或壓力調節、粉塵過濾和除液霧、流量控制、氣路切換、旁路流控制、尾氣和冷凝液的集管安全排放、各種報警等），PLC自控單元，信號輸出單元，儀表盤和標準氣等。

6.2  分析系統的軟件部分（主要指軟技術）

 一般包括選型及應用咨詢、確定技術方案和系統配置、各種自動控制與報警的程序設計，分析系統的針對性設計與制造、現場調試和操作人員培訓、備品備件供應和應用整改等，應提供富有工程實踐經驗的全過程技術服務，向工程用戶提供在線分析系統的整體性技術轉移。

7  在線分析系統的應用指南

對于完善的在線（氣體）分析系統，zui關鍵的是在線分析器和樣氣處理系統以及其它自動化技術的系統集成，才能予以保證。

樣氣處理系統與樣氣條件及應用條件的合理匹配，只有通過 規范的專業化、針對性的型在線分析系統設計才能予以實現。

對在線分析系統檢測分析結果的所有懷疑，只有正確地使用標準氣，對分析器的零點和量程進行定期的嚴密校準，才能予以確認。

為了提高過程氣體分析的準確度，除了在線分析器的合理選型外，還應特別關注可能出現的干擾誤差和影響誤差，有時進行系統誤差校正是十分必要的，此時專業供應商的經驗和咨詢建議尤其值得重視。

8  在線分析系統的技術對策

8.1  過程氣體分析面對的困難和問題：

（1）高溫或低溫、高粉塵、高水分或液霧、高壓或負壓、腐蝕性或爆炸性等惡劣樣氣條件；

（2）高可靠性，去年“論壇”，提出的“在線分析系統要有15年壽命”的工程設計新理念，值得高度重視和積極應對。

（3）較高的自動化程度，少維護量甚至免維護；

（4）防塵、防濺、防腐和防爆等方面十分苛刻的防護要求；

（5）較快的反應速度，系統總滯后時間一般不允許超過60秒；

（6）保證必要的檢測分析準確度（即高準確度應用）。

8.2  干法取樣技術的必要性

干法樣氣處理系統能有效地保證必要的檢測準確度，可達到與在線分析器單機準確度相近的水平，干法取樣技術當今已成為的主流技術，也是相對成熟的技術。

強調以實踐工程學為導向，強調綜合、協調的技術措施，以確保zui終應用效果為目標。

8.3  高粉塵取樣的綜合技術措施示例

（1）高溫、高粉塵、防堵塞連續取樣技術已經是十分成熟的技術，其硬件是帶外過濾器的干法取樣探頭；

（2）高精度過濾，探頭外過濾器對于＞0.3um粉塵的過濾精度可達到99%；

（3）采用壓縮空氣反吹單元，由PLC程控實現內外吹掃過濾器，有完善的反吹程序，反吹周期按需要設定，可能短至15分鐘；

（4）過濾器及樣氣傳輸管線伴熱，避免出現樣氣冷凝，以及在傳輸管道中出現積液；

（5）后級高精度綜合過濾器，過濾＞0.05µｍ粉塵 ，液霧的精度99%；

（6）嚴格而富有實踐經驗的現場安裝施工及調試投運技術。

9  深入開展在線分析系統的工程應用

深入調研工程項目的工藝過程，由定性深入到定量，由靜態深入到動態非常必要。

堅持“有效改進、技術創新”理念，盡快提高樣氣處理系統的針對性、可靠性、技術水平和產品質量。

切實加強制造商、工程用戶和設計院之間的緊密合作與交流互動。

加快在線分析系統設計技術、應用技術的創新和發展，迫切需要質量和品質檔次高的產品，重視新應用領域型分析系統的研發。

做好全過程技術服務，真正兌現“100%工程應用投運成功率”的承諾。

10  在線分析系統的質量管理體系

ISO9000系列的質量體系認證很重要，對在線分析系統同樣很必要。由于在線分析系統的設計與生產有特殊性，就是客觀存在的規范性、針對性設計和柔性生產有太多的不確定性，應采取特殊措施應對現實困難和預防潛在的問題。

分析系統的制造不需要大的設備投入，使用模具也很少；現場應用中不斷加深對工藝過程的認識之后，會發現現有產品的不足之處，這些使在線分析系統的持續改進有了現實的可操作性，即所謂“糾錯機制很靈活”。這就是“有效改進、持續創新”的理念。

在線分析系統使制造商和工程用戶有更深的合作和交流互動，超過其他任何儀器儀表產業。因此推行“有效質量管理（EQM）”的質量管理模式具有現實的可操作性，就是實行真正意義的一切行動上的質量*和用戶至上。

11  在線分析系統的技術標準

與在線分析系統直接有關的技術標準，僅見GB/T 19768－2005 《在線分析器器試樣處理系統性能表示》。在線分析系統并無行業或國家標準，這就影響了在線分析工程技術zui基本的規范和健康發展。

由于在線分析器及其在線分析系統特殊的專業性，又因對GB/T19768—2005標準的關注和宣貫很不夠，一些有實力的企業，曾組織編寫和實施過在線分析系統企業標準?，F在正醞釀編寫在線分析系統 的行業標準。

12  應用在線分析系統的本質目的

12.1　在線分析系統的計量準確度

應用在線分析系統的目的，普遍認為是為了實現優化控制、節能、環保、安全防爆以及保障質量、提高產量等，這當然也對。由于分析儀器是計量儀器，在線分析系統只不過是延伸、擴大了的分析儀器，總離不開計量準確度，這也是所有計量儀器決無例外的本色，所以追求計量準確度才是應用在線分析系統的本質目的。如果計量不準確，其他所有應用目的都有可能落空，zui終是工程應用的失敗。

12.2  高深莫測的技術課題

分析器與生俱來的弱點就是計量準確度低，長期連續運行的在線分析器可能將本來就比較大的誤差放大幾倍也很常見。主要影響因素分析如下：

（1）分析器的原理選擇、結構設計、制造調試方面：如果穩定性能達到±1%FS/7d應是受歡迎的；±2%/3d和±5%/1d,就很難被接受了。

（2）分析器校準用標準氣不是想象中的令人放心的“標準”，某些常量標準氣的水平只能達到≤0.5%，而微量標準氣達到2%都很困難。

（3）工業生產現場的儀表工程師校準儀器的操做可能不規范，使儀器并未運行在*狀態。

（4）樣氣處理系統設計不良或維護不到位，出現漏氣甚至相變，或者取樣點的選擇并無真正的代表性等原因，使檢測結果嚴重偏離樣氣中被測組分的真實含量。

（5）樣氣處理之后的各種直觀、微觀變化，如含塵量、水價、溫度的變化，物理、化學特性的變化，都有相關的理論和實踐根據，證明會對測量結構帶來確定的或不確定的影響，很多情況是因為無能為力或怕麻煩“繞”過去了。

（6）非測量組分的干擾誤差有時會大得出乎意外。例如合成氨甲烷化分析微量CO，準確度十分關鍵，而其中甲烷的干擾就會造成很大的負向誤差。又如CEMS系統中的SO2 測量，假如紅外分析器的設計并未采取特殊的抗干擾措施或在應用中采用校正系統誤差的措施，那么CO2 也會造成很大的負值干擾誤差。這種類型的干擾誤差或“系統誤差“，可采取有深度的技術設計來減小。

12.3  在線分析系統的高準確度應用仍然可期

在線分析系統的高準確度應用雖然面對諸多困難，由于客觀的迫切需要，就應付出加倍的努力去實現。我們能做的無外乎是深入分析，實驗證明，定量把關，分段治理，綜合處置，一般都能收到較好的效果。筆者的理論分析和工程實踐證明，在線分析系統在工程應用中的zui高準確度可以達到優于 0.5% 的良好水平。

九年前金義忠曾撰寫論文“論在線分析器表的高精度應用”，被*大型文獻《中國科學技術文庫》收錄。

13　發展在線分析工程技術需要堅實的技術基礎

和任何專業的科學技術一樣，僅有方向和決心是遠遠不夠的，還必須有堅實的技術基礎和堅持技術創新。

13.1　在線分析工程技術的基礎技術課題

    取樣系統

    樣氣“除塵”——即粉塵過濾

    樣氣“除水”——即冷凝和排放冷凝液

    反應速度

    分析的準確度

    可靠性和安全性

    工程應用

在初選的以上七項之中（在線分析器暫除外），樣氣的“除塵”和“除水”有時很棘手。

13.2　基礎技術問題要有新的有效解決方案

2007年11月“論壇”之后，已有重慶凌卡分析儀器有限公司和北京北分麥哈克分析儀器有限公司回應“在線分析系統要有十五年壽命周期”的工程設計新理念，將其分析系統新產品定名為LKS 1500和 BM1500。聯合在《分析儀器》雜志上開辟《在線分析工程技術》專欄，這是他們為在線分析工程技術專業理論的初創所作的努力和大膽嘗試。

重慶凌卡分析儀器有限公司對技術創新有很高的激情和不俗的表現，2008年新申請發明和實用型，都是針對樣氣處理系統技術中的難題。其中自吹洗綜合過濾器在*“除塵”和“除水”兩大頑癥方面，有突破性進展。該過濾器采用具有納米特性的*膜元件，能同時過濾粉塵和各種液霧的精度達到0.05um  99%,加入*水平的行列，而且抗張強度高，氣疏阻力很小，可以在線維護（在線更換過濾膜片）。

如果每個基礎技術課題，都有全新的有效解決方案，在線分析系統規范的專業化、針對性設計，就不會像過去那樣困難重重，舉步維艱了。

我們關注今天的科技現實和社會環境現實，為的是能承擔起“保障人類和地球健康”的歷史責任，能找準和鎖定全新的定位和全新的發展方向，在全新的產業和技術格局上，專注和致力于創造和技術創新，那么在線分析工程技術這個前途無量新專業的理論初創、質量發展、水平的提高、總規模的進一步擴大都將毫無疑問，我們期待這種全新發展成果的實現，讓我們共同參與和行動吧。

參考文獻

1　朱良漪.21世紀的前沿技術“分析技術”與“自動化”的系統集成.第二屆在線分析儀器應用及發展論壇論文集，2007：4-6

2　金義忠.在線分析儀器樣品處理系統技術的應用及發展.第二屆在線分析儀器應用發展論壇論文集，2007:210-216

3　朱良漪.分析儀器，2007（3）,67