這項技術能讓PM2.5無所遁形！快來了解一下

編者按：讓PM2.5無所遁形的顆粒粒徑檢測技術，已被廣泛應用於工業、化學、環境安全等諸多領域。本文作者利用中國專利文摘資料庫（CNABS）和德溫特世界專利索引資料庫（DWPI），採用分類號G01N與關鍵詞對2017年7月12日之前的專利申請文獻進行了檢索，並對顆粒粒徑檢測方法的各技術分支的發展狀況進行了分析和綜述，以期對該領域的進一步研究提供一些參考。

原標題：顆粒粒徑檢測：專利讓粉塵顆粒無所遁形

2011年底，美國駐華大使館在新浪微博的官方賬號發出一條微博：「北京空氣質量指數439，PM2.5細顆粒濃度408.0，空氣有毒害……」該微博隨即在國內引發了對PM2.5(細顆粒物)的強烈關注，最終PM2.5被納入到常規空氣質量監測體系中。事實上，讓PM2.5無所遁形的就是顆粒粒徑檢測技術，其已被廣泛應用於工業、化學、環境安全等諸多領域。筆者利用中國專利文摘資料庫（CNABS）和德溫特世界專利索引資料庫（DWPI），採用分類號G01N與關鍵詞對2017年7月12日之前的專利申請文獻進行了檢索，並對顆粒粒徑檢測方法的各技術分支的發展狀況進行了分析和綜述，以期對該領域的進一步研究提供一些參考。

各項技術並行發展

顆粒粒徑或粒度分布的檢測方法種類繁多，按照測量原理主要有7類技術分支，包括：篩分法、沉降法、顯微圖像法、光散射法、電阻法、靜電法和超聲法。筆者對各技術分支的專利申請量進行統計發現，光散射法的專利申請量最高，其早在20世紀70年代就進入人們的視線，是目前最先進、應用最廣的一種顆粒測量技術。此外，排名第二的是顯微鏡法，尤其是電子顯微鏡圖像分析技術是當前比較流行的分析手段，該方法優勢明顯，除了可得到顆粒的粒徑，還可以對顆粒的結構、形狀和表面形貌有一定的直觀認識和了解。然後分別是沉降法和篩分法，這兩種方法是測量顆粒粒徑的傳統方法，工藝過程簡單、成本較低，且操作便捷、裝置結構簡單。

在顆粒粒徑檢測技術演進的過程中，主要的發展趨勢有2個方面：檢測精確度的提高及檢測對象的擴展。上世紀40年代以前，業內主要是採用篩分法、沉降法和顯微鏡法。其中篩分法最早的專利出現在1933年，公開號為GB402402A；沉降法則是基於Stokes重力沉降公式來測定粒徑，沉降法的專利早期以國外專利申請為主。顯微鏡法是唯一可直接觀測單個或混合顆粒形狀、粒度和分布的方法，早期國內相關專利申請較少，從2010年才開始出現激增態勢。此外，將顯微鏡法和其他粒度測試方法結合於一體的裝置，是當前顯微鏡法的研究熱點，如上海理工大學公開號為CN102207443A、CN102207444A的專利申請，就是利用感測器件將多種顆粒粒度測量方法融合在一起。

隨著計算機、電子和激光等技術的快速發展，20世紀70年代起，顆粒粒徑檢測逐漸開始實現檢測對象的多元化，光散射顆粒粒度測量儀受到市場歡迎。光散射技術的思想最早由前蘇聯學者Mandelshtam於1926年提出，隨後其應用逐步擴展至界面和膠體科學等領域，並開發出了熒光相關光譜法、X射線光子相關光譜法、動態光散射顯微術等。近年來，對動態光散射儀器的應用需求明顯增長，相關技術研究主要集中在對動態光散射儀器的局部結構改進和採用各種新技術改造傳統裝置以擴展新應用等方面。

對於電阻法和基於電阻法發展起來的靜電法和超聲法，其理論基礎的發展目前已趨於成熟。其中電阻法最早為美國Coulter公司創始人Wallace H. Coulter於1953年發明，隨後Coulter公司將其商品化，開發出庫爾特計數器，Coulter公司此後不斷對電阻法進行深入研究，其生產的Multisizer I全自動粒度分析儀仍是目前較為先進的顆粒測量多功能儀器。而其他公司和個人對於電阻法、靜電法和超聲法的研究，在1980年之後得到迅速發展，大量相關的專利都是基於Coulter公司技術的改進而來。

總體而言，雖然不同檢測方法均有其各自的特點和適應的顆粒類型，各技術之間呈現並行發展的趨勢，但整體上呈現出向更快速、更準確以及更加便捷檢測的方向發展，各分支的專利申請量也均呈現出上升趨勢。

兩家公司平分秋色

筆者分析了排名靠前的主要申請人的核心專利數量和企業綜合實力，發現在顆粒粒徑檢測領域，英國馬爾文儀器有限公司（下稱馬爾文公司）和美國貝克曼庫爾特公司（下稱貝克曼公司）呈現平分秋色的競爭態勢。

馬爾文公司成立於1963年，早在20世紀80年代，該公司便進行了顆粒粒徑測量儀器的技術研發，其最早的研究方向是基於激光技術測定顆粒粒徑。隨後，該公司研發了利用超聲法測量顆粒粒徑的相關技術，相關專利包括US5121629A、GB9801667D0、WO2010/041082A2等。在1980年到2010年間，馬爾文公司在顆粒粒徑檢測的幾個主要技術分支上均保持了穩定的專利申請量，在光散射法和超聲法檢測兩個分支的專利申請量最大。

馬爾文公司在超聲測量方面的主要產品為Ultrasizer MSV超聲測量儀，該儀器可根據顆粒粒徑與聲波衰減之間的關係計算出顆粒粒度分布，同時還可以測出體系的固含量。隨後，該公司在初代產品的基礎上進行改進，開發出了探頭式超聲粒度測量儀。近年來，馬爾文公司發展迅速，從專利申請分布來看，自2010年至今，該公司提交了50餘件關於激光粒度分析的專利申請，這表明該公司可能欲向高精密儀器方向轉型。

貝克曼公司於1997年成立，現已成為世界最大的顆粒分析儀器公司，其於1953年製造出了世界上第一台顆粒粒度分析儀，並於1965年對該產品提交了專利申請NL6505468A。

1983年貝克曼公司就進入了中國市場，並在北京、上海等地設立了代表處，此後不斷完善專利戰略，迅速佔領了國內外市場。2000年之後，貝克曼公司進入超聲顆粒測量領域，獲得了一系列專利權，如公開號為WO0057774A1、US2006001875A1等。2000年至2012年，貝克曼公司在顆粒粒度檢測的四個主要分支領域均進行了專利布局，其開發了基於電阻原理的Multisizer 3系列粒度分析儀，基於光脈衝原理的HIAC系列液體顆粒檢測儀，基於光脈衝和庫爾特原理的Multisizer 4e系列粒度分析儀，以及融合了超聲與光散射原理的DelsaMax Pro粒徑分析儀和DelsaMax CORE系列產品。其最新的DelsaMax Pro系列產品與馬爾文公司的Zetasizer Nano系列產品採用的技術都結合了聲學和光學顆粒檢測技術，可見兩家公司在該領域的競爭態勢比較激烈。

筆者認為，今後顆粒粒徑檢測領域的技術發展將更注重提高測量精度和對顆粒特性的多方面測定等方面，將不同顆粒粒徑檢測技術進行融合以提高檢測性能將成為未來專利布局的熱點。（詹雪）

（本文僅代表作者個人觀點）

（文章來源：中國知識產權報）

（責任編輯：崔靜思 蔡瑩 編輯：呂可珂 石焱）

（中國知識產權報獨家稿件，未經授權不得轉載）

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