《中国环境报》专题报道兰友科技数智化土壤监测设备创新研发成果

近日，中国环境APP产经频道特开设《突破“卡脖子”系列》，北京兰友科技有限公司创始人、总经理马放均接受专访，分享关键核心技术突破过程中的心得体会。

以下为采访正文，一起来看看吧~

一家专精特新企业，历经7年成功研发出国际首台套全自动土壤、沉积物样品制备系统，与传统手工制样方式相比，原来5~10个人需要10多天才能完成制备的样品，现在一个人操作一台设备即可在两个多小时内完成；原来只能靠人手工记录数据，摄像头辅助质控，现在可以一键导出全部原始数据，实现全流程可追溯。企业为何要选这个方向研发，中国环境报记者为此前往北京兰友科技有限公司，进行深入采访。

土壤样品制备过程既费时又费力，70%的时间、60%的成本以及80%以上的误差都源于此

记者了解到，土壤生态环境监测工作是摸清我国土壤质量基本状况的重要依据。土壤监测包括土壤样品采集、制备流转与保存、检测分析三个环节，其中60%成本、70%时间和80%误差来自采样及制样环节。通俗的说，就是土壤样品的制备过程既费时又费力，误差概率也大。

目前土壤样品的制备工作主要还是依靠人工。人工制样怎么做，为什么难？记者了解到，土壤样品采集之后进入实验室，会经历这样的一个过程：一间大的自然风干室摆满了待干燥的样品，每个样品摊开，不能加风扇吹，更不能加热鼓风，操作人员必须经常翻拌样品，把下面湿的样品翻上来，大块的样品掰成小的，把叶子、植物根茎、砂石等非土壤物质挑拣并收集起来。样品全部干了之后，被转移至制样实验室，5—10个人进行研磨、筛分、四分、装瓶、塑封、称量、记录、清洁等，这些工序或是流水线式作业，或是两人一组负责一个样品。一个流程下来，大致需要10天半个月的时间，如果在南方梅雨季节，时间会更长。

北京兰友科技有限公司创始人、总经理马放均介绍说，人工制样的痛点是，我磨的土你磨的土，没法验证、没法溯源；做完了，好不好，不知道，也不可比。此外，样品的一致性比较差，制样效率非常低，如果严格按照国家标准去做，一个人一天最多做3-5个样品，而且交叉污染严重，综合成本高，有损害制样人员健康的风险。

这种落后的工作方式，严重制约了国家对土壤环境监测的迫切需求，急需用标准化的智能制样设备来代替，确保样品制备在冬天、夏天一个样，海南、东北一个样——这正是马放均带领团队7年前开始创业的背景。

我国对样品制备的标准、技术规范要求非常严格，但手工制样过程中很难得到贯彻实施

土壤样品制备环节直接决定着土壤环境监测的准确性和可靠性。但是，马放均及其团队在大量走访和调研中发现，由于土壤样品制备环节不直接出实验数据和结果，耗费大量时间和人力，因此经常被忽略，有些实验室甚至发生跳过样品制备环节，在样品采集回来之后，直接抓取部分颗粒进行消解的严重违规现象；很多实验室缺乏专业的样品制备部门，人员和场地也很难满足要求。

马放均介绍说，各项标准规范中关于制样的描述并不多，但是他们的团队拜访了多位行业内知名专家，对相关标准规范逐字逐句进行剖析和解读，发现每一个字的背后都有大量实验验证作为支撑。例如关于样品粗磨，对两公斤左右的鲜样，标准要求先用圆棍轻轻擀一遍，不能擀太细，擀完了再过2mm（10目）的筛子，一直重复这一动作直至样品全部过筛。理想的10目样品是类似板蓝根颗粒那样粗的颗粒度，研磨的过程应该保持土壤的团粒结构而不被破坏，这时候做阳离子交换、pH值、有效态等指标的检测才准确。有些实验室老师甚至对研磨工具使用桃木还是杨木，都非常严谨，就是为了找到软硬度适中，既能破碎土块，又不过度破坏土壤晶格结构；10目样品留样后，把剩下的样品再用同样的方法研磨至全部过0.25mm（60目）、0.15mm（100目），甚至有的还要到0.075mm（200目），为不同的指标分析提供相应粒度的样品。

粗磨成品样（完美的板蓝根颗粒）

可见，我国对样品制备的标准、技术规范等要求非常科学，但这些标准和规范在手工制样过程中很难得到贯彻实施，迫切需要通过智能化、全自动化的制样设备来实现。

下决心做土壤检测智能实验室，在中国科学仪器领域开创了一个全新的品类

2017年，马放均首次提出“土壤环境智能监测”，下决心做土壤检测智能实验室，希望用智能化设备跟现有的仪器形成联用，真正解放实验室分析工作人员。马放均接受中国环境报记者采访时说，7年前提出这个想法时没人信，但团队愣是摸着石头过河，做正向研发。

2019年，兰友科技全自动土壤样品制备系统正式商业化发布，在中国科学仪器领域开创了一个全新的品类，引起了业界的广泛关注。环境样品采样、制样、前处理的规范性很重要，目前这方面存在的问题也是确保数据质量的最大瓶颈，兰友科技在这方面取得了重大突破。

图为兰友科技研发生产的全自动土壤/沉积物样品制备系统在北京市地质工程设计研究院/北京市土壤样品库密云分站投入使用。

马放均介绍说：“这套全自动制样系统，不仅模拟人手实现了土壤样品制备全流程中的十多个步骤的自动化集成，还建立了可追溯的质量控制体系，解决了传统人工制样方法只能靠摄像头记录的质控问题。”

土壤样品制备是复杂的系统性工作，涉及到十多个步骤，每个步骤都有不同的精细化要求。马放均介绍说，他们在研发设备过程中总共整理研究了105个涉及土壤、固废、森林土壤、底泥沉积物等相关的国家、行业标准，解决一个又一个棘手的问题。比如针对土壤三普的粗磨要求，兰友科技研发的自动粗磨专用制备仪能在10分钟内完成一个3公斤土壤干样的自动粗磨、筛分、称重、装样和清洁，制备出来的样品形似板蓝根颗粒，制样效率比人工提高数倍，且不会研磨过细，保留了10目样品应有的颗粒度，确保阳离子交换、速效养分等指标检测结果的真实性。

现在，兰友科技的一台全自动样品制备系统可以替代5-10个人工，实现全流程智能化、自动化完成扫码、干燥、粗磨、精磨、混匀、筛分、称量、四分分样、装样、清洁等10个步骤，可视化、温度、湿度、压力、重量、时间、操作人等实验条件都能数字化记录，结合视频监控全流程可追溯，报表自动生成，避免人工造假干燥及混匀期间硬件隔离，顺序制样彻底清洁，解决交叉污染，保证制样质量；全流程制备不接触任何待测金属元素，杜绝制样过程外源性污染；研磨采用悬浮敲击，避免摩擦生热；低温制备，防止样品损失改善实验室环境；无接触样品，避免操作人员受到粉尘、有害物质的伤害。兰友科技这些独创的核心技术，首次为土壤样品制备提供了科学的质量控制方法。

目前，该系统获得科学仪器行业的最高奖BCEIA金奖（全球四大科学仪器博览会奖项之一）、朱良漪创新成果奖、中国优秀工业设计奖等多项大奖；成功获得“北京市、浙江省首台（套）产品证书”，产品的创新性和先进性得到行业的高度认可，目前这套制备系统已经成功装备至全国22个省、市、自治区的环境监测、地矿、农业农村等政府单位和检测机构。

业内人士评价说，国家急需集干燥-研磨-称量-分样-质控于一体的自动化检测设备，兰友科技弥补了这个空白。

“这个领域没有前人，你是开拓者”，一个一个解决困扰行业的大问题

土壤中混杂的石子、杂质怎么挑选出来？记者了解到，这么不起眼的小问题却是困扰行业的大问题。马放均介绍说，关键是要把国家标准吃透，兰友科技在干燥罐、研磨、筛分等各个部件上都有巧妙的构思，能自动挑拣出石子等杂质，而且分拣得很干净。有专家用户看到兰友科技做完的实际样品之后评价说，“这是我们目前看到的最好的方式。”

自动筛选出的杂质

 “手工制样中10多个类似这样困扰行业检测的问题，我们一个一个全都解决了。比如如何解决交叉污染问题，在干燥的时候，一个样品一个罐子，样品跑不出来它就不会交叉污染；制样的过程中，上一个样品制完，系统彻底清洁，扫-吹-吸三步法解决交叉污染问题；如何解决外源性污染问题、干燥温度问题等，类似这些问题都是靠自动化设备、用流程保证，而不是靠人，这样就能保证制样的质量和效率”。

“如何研磨土壤？我们选用了氧化锆这种硬度仅次于金刚石的材料，使用了好几年，仍然光洁如玉，一点划痕和残留都没有。此外，包括如何筛分、如何称量、如何装瓶、如何清洁等都一一解决。”

“类似这样的故事太多，这个领域没人，你就得做开拓者，这是我们做创新的艰难。”马放均如是说。

推动实验室智能化，扩展到矿样、中药、水泥等诸多领域

全自动制样的应用场景是怎样的？把土壤样品往里面一塞，几分钟后全部指标就都出来了。装备了这套系统后，实现全链条、全流程、全自动制样，所有的动作人都不用干预，直接装进去，等制样完成拿出来即可。

国家环境分析测试中心主任、《水和废水分析方法》标准制定者董亮主任专程考察兰友时评价说，土壤（底泥沉积物）污染普查中周期最长、最费人工的工作就是样品制备，兰友科技做了开创性的工作，解决了行业难题。

北京矿冶研究总院检测中心主任冯先进老师认为，国外有独立的采制样标准化体系，与检测标准并存，而我国引进时把它们混在一起了。土壤（底泥沉积物）制样自动化、智能化是未来趋势，兰友产品固体制样平台完全能扩展到矿样、中药、水泥等诸多领域。

智能实验室是未来的发展的趋势，这是马放均一直坚持的判断，他认为，仪器设备终归会替代实验室手工操作，把人从繁复的劳动中解放出来，让人工作得更加安全、体面。兰友科技致力于深耕样品前处理领域，研发智能化实验室设备，跟现有常规仪器形成联用，形成完整的智能实验室解决方案。7年前他们创业时就这么想，7年来从没变过。