质谱追光破雾行 重绘蓝天育新生

2025-10-09 16:41:21     来源:

——记暨南大学环境与气候学院李梅研究员

当今时代,随着城市化和工业化发展的持续推进,大气污染治理面临越来越复杂的挑战。颗粒物(尤其是细颗粒物)和挥发性有机物(VOCs)在不同区域和时段表现出显著的时空差异性和多源性。科学识别其来源、实现高时效动态解析,是推动精准防控、提升环境管理效率的关键环节。然而,传统的颗粒物源解析技术周期较长,通常需要数周甚至数月,难以满足应急响应和污染态势快速判断的需求。因此,提升源解析技术的实时性与智能化水平,已成为当前国际环境科学研究的重要方向。

在此背景下,暨南大学环境与气候学院博士生导师/质谱仪器与大气环境研究所所长李梅,作为我国质谱仪器在大气环境应用方法开发领域的杰出代表,长期致力于国产化质谱仪器的应用创新与成果转化。她带领团队攻克了质谱技术在环境监测中的多项核心技术难题,首次实现基于单颗粒质谱的细颗粒物在线源解析,将传统需要数天完成的污染溯源分析缩短至小时级别,从“季度报告”到“小时级”的突破,显著提升了大气污染治理的时效性。她率先推进了VOCs走航监测技术在多种场景中的应用开发,将污染防治的“被动应对”转化为“主动出击”,为VOCs污染防治攻坚战提供了关键技术支撑。

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破译大气颗粒物 创新质谱技术体系

爱因斯坦说过,“兴趣就是最好的老师”,李梅的科研之路正是源于对化学的浓厚兴趣。1999年,她在曲阜师范大学攻读化学工程与工艺专业,扎实学习专业知识并掌握实验技能,为日后的科研打下基础;2003年,李梅于扬州大学攻读物理化学硕士学位,更深入了解了物质变化的深层逻辑;2009年,获得复旦大学环境科学博士学位后,她加入上海大学环境污染与健康研究所,担任助理研究员。

2013年,李梅加入暨南大学质谱仪器与大气环境研究所,专注于质谱技术在环境中的应用方法开发,她的研究方向主要包括细颗粒物实时源解析,VOCs和臭氧来源解析,单颗粒气溶胶理化特征研究,以及区域大气污染综合观测与污染源排放颗粒物(如船舶排放)老化过程研究。从曲阜到扬州,再到上海与广州,她逐渐从“技术实践者”蜕变成为“大气环境监测领域探索者”。

“工欲善其事,必先利其器”,李梅在科研中非常注重关键技术突破。迄今为止,她主持了30余项科研项目,主要围绕质谱技术中的关键难点开展攻关。其代表性成果,是两场“时间革命”。其一,她主持研发了我国首个基于单颗粒气溶胶质谱的细颗粒物在线源解析方法,形成完整技术体系并实现成果应用转化。通过单颗粒气溶胶质谱大数据机器学习算法、源谱库构建、关键成分定量化、源解析动态模型优化等多个关键技术攻关,将细颗粒物源解析由传统依赖数周至数月采样与分析的离线模式,创新性提升为小时级在线解析,大幅提高了时效。这项技术现已在全国300多个城市推广。

其二,李梅首创了多数据融合的VOCs走航监测预警溯源方法,构建引领行业的VOCs走航七大应用场景。基于团队自主研发飞行时间质谱技术,发明了特异性膜进样及富集技术,实现VOCs直接进样和富集,将检出限由ppm提升到ppt水平;开发了补偿照射式真空紫外灯离子源装置,实现了300多种VOCs同步分析;攻克VOCs排放快速溯源等技术难题,构建了引领行业的走航模式和突发事件等“6+1”应用场景。在全国300多个城市应用,为国家级重大活动、全国多个重点区域空气质量保障提供支撑。该方法实现了污染源从发现到定位的秒级响应,在污染溯源的时效性和精准性方面迈出了关键一步,为复杂环境问题的快速研判提供了有力技术支撑。

这些成果显著提升了我国自主开发的质谱在大气环境分析领域的技术水平与国际影响力。但李梅深知,科研的价值在于服务实际需求,因此,她始终重视产学研深度融合,推动技术从实验室走向实际应用。相关成果已实现产业化应用,不仅为企业带来巨大经济效益,更在京津冀雾霾治理、重大活动/赛事等空气质量保障中创造了环境效益。她本人也屡获荣誉,包括中国产学研合作创新奖个人奖、广东省科技进步奖一等奖、中国发明专利奖优秀奖、中国科技产业化促进会科技创新奖一等奖等等,并荣获2025年度“发明创业奖人物奖”。这些荣誉,是对她“把论文写在祖国大地上”的真实写照。

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知行合一育英才 立德树人点亮未来

作为一名科研学者,李梅在质谱天地里孜孜以求,作为一名高校教师,她也肩负着教书育人、为国家培养环境人才重任。在她看来,将知识薪火相传、点亮更多年轻学子的科学梦想,是科研人员不可推卸的使命。这份“立德树人”的自觉,让她在繁忙的科研与管理之外,倾注心血于三尺讲台的教育事业,她将实验室的前沿探索与课堂内外的言传身教紧密融合,培育出一批批兼具扎实理论基础与卓越实践能力的环境守护者。

在筹建暨南大学质谱仪器与大气环境研究所初期,李梅发现环境科学专业课程多聚焦于水和土壤方向,难以匹配研究所学生在大气与质谱领域的研究需求。于是,她联合多位老师共同“量身定制”《大气环境》课程。课程从基础概念入手,系统讲述污染现象及成因,结合实际观测需求,介绍常见的大气环境监测技术和应用实例,内容涵盖大气环境概论、降水化学与酸雨、光化学过程、气溶胶、温室气体、大气环境监测、污染气象条件等多个方面。她注重将理论、案例与实践相结合,帮助学生建立扎实的大气环境理论基础,掌握研究思路与方法,具备开展相关理论与应用研究的专业能力。

李梅还开设了《学科前沿讲座》课程,面向研究生系统介绍国内外最新研究进展与方法论,定期邀请领域内学者进行专题报告、技术培训与案例解析,帮助学生及时掌握学科动态,形成问题导向的科研思维,提升创新意识与独立科研能力。为强化学生的实践与应用能力,借助于质谱所与企业共建的“产学研示范基地”,推动研究生深入参与质谱仪器的研发、调试、应用方法开发与外场环境监测等全流程实践。通过这一平台,学生不仅夯实了专业基础,也在实际项目中积累了宝贵经验,显著增强了就业竞争力。她坚持“从实践中来,到实践中去”的培养理念,致力于培养具备科研创新与工程应用并重的高素质复合型人才,深受用人单位欢迎。

值得称道的是,李梅注重因材施教,鼓励学生大胆探索与创新,并根据每位学生的专业兴趣和发展方向,制定个性化的培养方案。对热衷仪器研发的学生,她推荐参与质谱仪优化实践;对擅长算法的学生,则指导其开发污染源解析相关的机器学习模型开发。通过这种“一人一策”的培养模式,学生的专业潜力得以充分挖掘与发展。正如她所言:“教育不是模具铸造,而是园丁培育——让每颗种子都找到属于自己的土壤。”截至目前,李梅已独立指导硕士研究生21名(其中14名已毕业),并以第二导师身份指导硕士研究生7名、博士研究生1名,均已顺利毕业。在李梅身上,我们看到了女性科研工作者的细腻与坚韧。二十年来,她始终扎根科研一线,潜心攻关、默默耕耘,围绕大气污染实时源解析领域持续开展创新实践,在自主研发的质谱技术与应用方法上取得了具有代表性的进展;;她同样深耕教育教学,培养出一批又一批扎根环保、服务社会的青年才俊。二十年来,她追的是科学的光、技术的光、育人的光,她也正以这样的信念激励着身边人前行。正如她常说的那句话:“追光前行,生命自会璀璨。”这,或许就是对一位科研工作者最动人的注解。(文/苗燕)

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