相伴同行

66科学中国人2020年12月

创新之路WayofInnovation

与科研相伴与时代同行

——记中国计量科学研究院化学计量技术应用研究室主任周涛

王静娟

科学技术是第一生产力，科学界的各

大领域从理论研究到实际应用大抵都需要

经历科学—技术—生产力的过程，这是科

研成果转化的规律。社会的发展进步呼唤

科学技术的进步，科研成果的价值取决于

对时代发展贡献的大小，这是对科学研究

的方向性指引。中国计量科学研究院化学

计量技术应用研究室主任周涛用实际行动

做出了对科研的诠释。多年来，他致力于

关于无机质谱的应用研究，在高纯金属纯

度计量、同位素丰度与原子量测量和同位

素稀释质谱法领域做出了突出贡献。“我

们的科研成果不能悬在空中，应该让它落

地为社会做出更多贡献。”他如此说道。

潜心科研，追求卓越

周涛的研究生涯始于中国原子能科学

研究院。24年前，刚刚从北京大学化学系

本科毕业的周涛来到中国原子能科学研究

院继续深造，开启他在同位素丰度和原子

量测量方面的科研探索。

一直以来，元素同位素都因其特有的

性质被广泛应用于地质科学、核科学等领

域，周涛的硕士论文就是关于锂同位素标

准物质的研究。在此期间，他接触到了同

位素质谱和标准物质，“标准物质在测量

物质或材料特性、评价分析测量方法等方

面起着不可或缺的作用，一个测量实验室

的水平高低只要看它使用和存放标准物质

的数量就可知晓。”科研前辈这样向周涛

解释标准物质的重要性。

在攻读博士期间，周涛在中国计量

科学研究院赵墨田研究员的指导下开展钕

原子量测量新技术的研究。“在化学学

科中，原子量作为基本常数，一切化学反

应、分析等都要用原子量进行计算，而原

子量则是通过测量元素同位素丰度得到

的。”周涛向记者介绍道。现代的原子量

测量通常采用沿用了数十年的热电离质谱

绝对测量法，其优点是理论研究成熟，系

统偏差小，但也存在测量周期长，多个样

品测量重复性的控制技术难度大的缺点。

而作为2000年后才发展起来的多接收电感

耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS），

虽然也具备了高精密度同位素测量能力，

但由于系统偏差相比热电离质谱有量级上

的差别，国内外质谱界普遍认为其只能用

于相对测量，无法用于原子量测量和同位

素标准物质研制等具有高准确度需求的研

究。在这种情况下，2004年，赵墨田研究

员提出建立MC-ICP-MS绝对测量法并得

到了国家自然科学基金委的资助。在研究

过程中，周涛精心设计实验，经过一步步

的探索，再结合国内外文献的调研，最终

建立了高准确度的MC-ICP-MS同位素丰

度绝对测量方法。“当时立题还是冒着很

大风险的，一旦不成功，博士论文再改题

肯定要延期毕业，庆幸的是我们成功了，

建立的新方法与传统的热电离质谱绝对测

量法在准确度上没有差别，而测量周期至

少缩短了十倍。”周涛娓娓道来。

随后，他们将该方法用于钕原子量

的测量，结果与传统的热电离质谱绝对

测量值相吻合。“新的钕原子量测量值

144.242（3）通过了IUPAC-CIAAW的

审查并被确定为国际新标准，相比旧的量

值在准确度上提高了一个量级。”周涛颇

为自豪地介绍道。研究成果在分析化学和

同位素测量领域产生了良好反响，周涛先

后收到来自澳大利亚和印度同行开展技术

交流的请求，而两年后，德国、瑞士和比

利时等国的科学家，也先后采用了该方法

进行元素原子量的测量。新的测量方法为

原子量测量和同位素标准物质的研制开辟

了新途径，标志着我国在质谱测量方法研

究方面已经走到了世界前列。在中国计量

科学研究院，周涛凭借原子量测量和同位

周涛在国际标准物质论坛上作纯度测量

技术报告

2020年12月科学中国人67

素标准物质的研制成果先后获得国家科技

进步奖二等奖1项和质检总局科技兴检奖

一等奖3项。

厚积薄发，勇于开拓

经过数年的化学计量研究，周涛逐渐

意识到高纯物质纯度对于研制标准物质的

重要性。“在化学量值溯源链中，处于溯

源顶层的标准物质绝大多数是采用高纯物

质制备而成，因此高纯物质的纯度直接影

响着标准物质量值的准确度。”周涛进一

步向记者介绍道，“但我国一直没有建立

起化学量值溯源的源头——纯度基准。”

基于对化学计量事业的使命感，周涛决

心大力发展我国高纯金属纯度基标准的测

量能力。高纯金属由于纯度高，主含量直

接测量无法满足对准确度的要求，现行的

通用方法是杂质元素扣除法。然而，通常

情况下，工业产品的纯度只是扣除部分杂

质元素，忽略了非金属元素和其他杂质元

素，只有减去尽可能多的杂质元素才能得

到计量学意义上该元素“真正”的化学纯

度量值。

了解情况后，周涛开始大刀阔斧地

进行高纯金属纯度基标准研制基本条件的

搭建，陆续购买了辉光放电质谱仪、高

分辨等离子体质谱仪、碳硫分析仪等必要

仪器，同时设计改造了超净实验室。当硬

件设施齐备之后，周涛开始着力于实验

技术的提升。“当时，在高纯金属的纯

度测量方面，德国联邦材料测试研究院

（BAM）的技术是业内公认最高的。”

周涛向记者介绍道。因此，2012年周涛作

为访问学者前往德国BAM进行高纯银纯

度测定的合作研究。经过多年的准备和研

究，周涛终于集齐了在高纯金属纯度测量

方面所有的硬件条件及软实力。2013年，

周涛主持了“十二五”科技支撑计划课题

“无机纯物质纯度溯源研

究与基标准研制”。对于

该项目的研究目的，周涛

很明确，就是要构建无机

纯物质纯度测量高准确度

溯源技术方法。

在研究过程中，周涛

及其团队建立了全杂质元

素扣除法，对高纯金属中

90余种杂质元素含量分别

进行了测量，涵盖了元素

周期表中所有自然界存在的元素种类，从

而达到了计量学意义上的纯度目标。他还

采用建立的方法，研制出具有国际领先水

平的高纯铜、高纯硅等纯度标准物质，随

后继续在“十三五”国家重点研发计划重

点专项课题“贵金属与金属氧化物纯度计

量技术研究”中，成功研制高纯金、高纯

银、高纯铂和高纯铟纯度标准物质，在化

学计量溯源体系建设中实现了零的突破。

“高纯金属纯度标准物质的纯度量值均超

过99.999%，相比国际同类标准物质，定

值水平提高了1个量级。”谈及于此，周

涛略显兴奋。

高纯金属纯度标准物质的研制，弥

补了化学计量溯源体系中缺乏顶级溯源的

纯度标准物质，强化了标准物质溯源性的

要求，明确了元素校准溶液标准物质的溯

源途径，同时为我国化学纯度计量基准的

建立提供了必不可少的技术方法和实物标

准，其中全杂质元素扣除原则的推广和应

用将促进我国高纯金属材料生产和检测水

平的提升。

不忘初心，牢记使命

2019年，亚太地区化学计量技术委

员会主席作为国际同行评审专家来到中国

科学计量研究院，对中国在高纯金属纯度

测量方面的工作给予高度赞扬，并且肯定

了周涛及其团队在计量领域的国际领先地

位。但周涛不满足于此，他有更深层次的

考虑，“科学研究要顶天立地，既要力争

国际领先的地位，更要提升服务国家发展

的能力”。因此，他带领着团队，继续开

始了新的征程。这次，他们要将技术研究

转化为实际应用，解决我国科技发展和工

业生产中的实际问题。

将目前已掌握的科技成果转化为生产

力，服务于社会，这是周涛从事科研工作

的初衷。他带领研究团队一方面开展与紫

金矿业股份有限公司和广东先导集团等在

高纯金属产品研发方面有较高需求的企业

的合作，另一方面，他也在航空发动机关

键高温合金材料方面不断探索与航空材料

研究院、钢铁研究总院的合作模式，力图

解决新形势下“卡脖子”的技术难题。

如今，距离周涛最初进入中国原子能

科学研究院已经过去了24个年头。在这24

年里，他与科研相伴，与时代同行，从同

位素测量到化学计量溯源技术再到将研究

成果转化为实际应用，每一项研究工作都

建立在对国家在计量领域发展需求的考量

上。在未来的研究道路上，他仍将潜心钻

研，不断挑战一个又一个的科研高峰，为

国家贡献自己的力量。科

技术应用团队合影