环境监测专用仪器仪表制造业市场环境与发展现状

第一节 全球市场环境

一、高质量、多功能、集成化、自动化、系统化和智能化的发展要求

1、智能传感器

智能传感器作为2l世纪最具影响力和发展前景的一项高科技产品，正引起同内外电子信息界的高度重视。某些集成化智能传感器本身即可构成一个测试系统。

所谓智能传感器(IntelligentSensor)，就是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器。智能传感器的最大特点就是将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地融合在一起。从一定意义上讲，它具有类似于人工智能的作用。

1）相对湿度、温度智能传感器

SHT11和SHT15是Sensirion公司于2002年最新推出的两种超小型、高精度、自校准、多功能式智能传感器，可用来测量相对湿度、温度和露点等参数。它们可广泛用于环境监测、工农业生产、医疗仪器、通风及空调设备等领域。

2）单片智能浑浊度传感器系统

美国霍尼韦尔(Honeywell)公司推出了APMS-10G型带微处理器和单线接口的智能化混浊度传感器系统，能同时测量液体的混浊度、电导和温度，适合构成多参数在线检测系统，可广泛用于水质净化、清洗设备及化工、食品、医疗卫生等部门。

3）烟雾检测报警集成电路

由Motorola公司生产的MC系列烟雾检测报警IC主要有三种类型：第一种是离子型，典型产品为MC14467-1、MC14468；第二种是光电型，典型产品是MC145010、MC145011；第三种是比较器型，典型产品为MC14578。上述产品适合构成火灾自动报警控制系统，用于大型商场、宾馆、仓库、地下隧道及文化娱乐场所。

2、自动监测系统

环境空气质量自动监测系统是一套自动监测仪器为核心的自动“测-控”系统。空气质量的自动监测系统一般采用湿法和干法两种方式。湿法的测量原理是库仑法和电导法等，需要大量试剂，存在试剂调整和废液处理等问题，操作繁琐，故障率高，维护量大。该法以日本为主，但自1996年起，日本在法定的测量方法中增加了干式测量原理，湿法现已处于淘汰阶段。干法基于物理光学测量原理，使样品始终保持在气体状态，没有试剂的损耗，维护量较小。

美国EPA对大气自动分析仪提出了要求（40CFRPART53）。

美国EPA对大气自动分析仪的技术性能要求

澳大利亚GREENSPAN公司生产的全自动废水在线监测仪可测定多种污染项目；日本纪本等公司生产的VS-5010总氮及VS-5020总磷在线自动监测仪，在控制水体富营养化方面起着重要作用，两者都是采用了JIS标准方法；在总量控制方面日本规定使用COD自动监测仪；为了实现有机污染物排放总量的控制，还推广了TOC和UV在线自动监测。

TOC自动监测仪是采用燃烧氧化-红外线吸收法，在此基础上开发的TOD在线监测仪具有更好的应用前景。TOD主要采用燃烧氧化-氧浓度测定法，含一定浓度氧的载气连续通过燃烧管，使燃烧管注入的水样中所含污染物质燃烧氧化，用氧检测器测定载气中氧浓度的减少量。用TOD在线自动测定仪可达到“总需氧量”的控制监测，因为在有机物燃烧时，构成有机物的C、H、N、S、P等元素都消耗了氧。

3、网络化

从20世纪60年代开始，美国首先开展了土壤环境监测的研究。然后日本、英国、瑞典、德国、法国、俄罗斯等国展开了土壤背景值、农用土壤环境等的土壤环境监测工作，并建立了相关的土壤环境监测系统，颁布了有关的法律、法规。

瑞士于20世纪80年代建立了国家土壤环境监测网(NAB)，在全国设立了120个土壤监测点。监测点的选择原则是农用地占50%，森林土壤占30%，其它广泛使用的土壤占20%。从1985年开始监测，其中20个监测点五年后又进行了监测。每个监测点的面积为100m2，样品采集深度为20cm，每次在2～3m的间距采集4个样品组成一个混合样品。所有采集的样品都要入库贮存。测定项目包括Pb、Cu、Cd、Zn、Ni、Cr、Co、Hg和F。金属元素采用沸腾的2mol／L的HNO3提取。除此之外，还测定了土壤PH、CaCO3、有机碳、粒度、铁和铝的氧化物、阳离子交换量(CEC)、有效态磷和土壤密度等指标。建立土壤环境监测网的目的在于：(1)评价土壤污染和相关的生态毒性风险；(2)了解土壤污染的空间分布；(3)了解土壤污染随时间变化趋势。

二、由较窄领域监测向全方位领域监测的方向发展

1、由单纯的地面环境监测向与遥感环境监测相结合的方向发展

MODIS是美国NASA的ESE计划中最重要的传感器。它具有36个通道，空间分辨率为250～1000m，是新一代的图谱合一的遥感仪器。它的数据在地球长期观测、地球环境监测、自然灾害监测方面具有广泛的应用前景和重大意义。目前已有44个MODIS数据产品可以用来进行全球变化研究，即MOD01～MOD44。这些产品可分为4部分：辐射率和定位产品(RadiometricandGeo-locationProducts)、大气产品(AtmosphereProducts)、海洋产品(OceanProducts)以及陆地产品(LandProducts)。

美国还应用遥感与GIS技术对密西西比河流域地区土地资源、岸线资源、农用地资源、海岸带滩涂资源等进行调查与动态监测。遥感作为一种高效的信息采集手段，为GIS提供了信息源和数据更新手段，而GIS提供一系列基本数据库，补偿了卫星数据的不足，并增强信息处理和分析能力，提高遥感数据的分类精度。系统利用TM和SPOT遥感影像数据以及地图资料，对流域的地形、岩性、土壤类型、气候条件、植被类型、城市布局、两岸工厂和排污口分布等多种因素进行分析；根据流域的数字高程模型(DEM)可以计算出流域的坡度、坡向、坡长等地形参数，再根据地理信息系统的气候、土壤等数据，根据环境模型可以计算出流域的水质变化，进而可判断出密西西比河的水质受流域自然环境背景和人工排污量影响的程度。

台湾为了研究基隆河水质受到流域环境背景和人类活动的影响，运用TM影响和SPOT像，在地图资料、统计资料以及实例资料的基础上，结合遥感和GIS技术，对基隆河水质及其与环境背景和城市污染的关系作了分析。根据遥感影像灰度值与水体反射率和水中悬浮物含量之间的相互关系，运用SPOT影像和实例数据将基隆河悬浮固体含量分为4级。并进行了基于GIS专题信息的基隆河流域环境遥感制图，通过水体悬浮物浓度等级与环境背景、排污口的比较，通过计算各等级水体与各种环境背景相邻的边界长度，得出基隆河悬浮物含量主要受环境背景和城市排污的影响。

2、光学环境监测技术是环境监测技术的发展趋势

从监测技术发展趋势来看，灵敏光谱技术是最新一代技术，是今后30～50年的主流技术和替代技术。对烟道监测来讲，光技术相对简单、自动化、抗干扰性高、连续性好，可随时对数据进行加工处理，远程感测监测仪也可以对机动车辆的尾气进行行进监测。近几年，国外在远程监测空气质量和污染方面，已经开发出两种新型仪器。一种是差分光谱吸收仪（简称DOAS系统），它可以同时监测几种气体，尤其是在监测芳香族气体包括苯在内，有着现有其他同类仪器所无法比拟的优越性。单独的望远镜即可以传输光束，又可以接收从反光镜折回的光束，排除了远程安置光源的需要，并确保了光的准确对中。采用专利扫描技术，使用实验室参照光谱来简化校准工作。这样使得仪器外型小巧，造价更低。另外一种是新型红外系统（也称LASAIR），用来监测某些重要气体。它的特点是灵敏度极高，不受其他气体的干扰，可以连续监测烟道排放气体和进行远距离(长达1公里)监测。仪器的响应时间在理想状态下可小于1秒。LASAIR系统为特殊气体的监测提供了高优先权，具有专一性。并且不受其他气体的干扰，灵敏度高，响应时间快，适用于烟道监测、车辆尾气和其他特定污染源的监测。

3、环境监测仪器向物理、化学、生物、电子、光学等技术综合应用的高技术领域发展

比较有代表性的是生物传感器。生物传感器是一门由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科互相渗透成长起来的高新技术，是一种将生物感应元件的专一性与一个能够产生和待测物浓度成比例的信号传导器结合起来的分析装置。由于其具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂体系中进行在线连续监测的特点，已在生物、医学、环境监测、食品、医药、及军事医学等领域显示出广阔的应用前景，引起了世界各国的极大关注。

Gronow将生物传感器定义为“一种含有固定化生物物质(如酶、抗体、全细胞、细胞器或其联合体)并与一种合适的换能器紧密结合的分析工具或系统，它可以将生化信号转化为数量化的电信号”。生物传感器一般由两个主要部分组成：一是生物分子识别元件(感受器)，是具有分子识别能力的生物活性物质(如酶、抗体、组织切片、细胞、细胞器、细胞膜、核酸、有机物分子等)；二是信号转换器(换能器)，主要有电化学电极、光学检测元件、热敏电阻、场效应晶体管、压电石英晶体及表面等离子共振器件等。当待测物与分子识别元件特异性结合后，所产生的复合物通过信号转换器转变为可以输出的电信号、光信号等，从而达到分析检测的目的。

与传统的分析方法相比，生物传感器这种新的检测手段具有如下优点：(1)生物传感器是由选择性好的生物材料构成的分子识别元件，因此一般不需要样品的预处理，样品中的被测组分的分离和检测同时完成，且测定时一般不需加入其它试剂。(2)由于它的体积小，可以实现连续在线监测。(3)响应快，样品用量少，且由于敏感材料是固定化的，可以反复多次使用。(4)传感器连同测定仪的成本远低于大型的分析仪器，便于推广普及。

生物传感器在环境监测中的一个重要应用是水质分析，测定环境污染指标生化需氧量-BOD。众所周知，BOD是衡量水质受有机物污染程度的指标，同时也是污水处理工程的重要设计参数。传统测量BOD的方法所需时间长(5d)、操作复杂、准确度低，无法进行现场快速检测和连续在线分析，且需要昂贵仪器。BOD传感器由固定化微生物膜和氧电极组成，制备时，用醋酸纤维素(或聚四氟乙烯、聚乙烯)将微生物固定并制成微生物膜，将此膜紧贴在氧电极的透气膜上即可。采用这种传感器测定水样，一般只需15min，且重现性好，线性响应范围宽。

微生物传感器也可监测CO2、NO2、NH3、CH4之类的气体。如发酵工艺排水中NH3的测定传统方法多使用玻璃电极，但它易受挥发性氨或离子的影响，于是有人研制出微生物传感器来测定NH3。所用的微生物包括硝化单胞菌和硝化杆菌，将它们吸附在多孔醋酸纤维素膜上，然后把此微生物膜紧贴在氧电极端部，并在其上覆盖一层透气膜即制成测定NH3的微生物传感器。该传感器测量的线性范围为0.1～42mg/L，相对误差为±4%，整个测量过程只需几分钟。

第二节 国内产业政策导向

为了加大未来几年仪器仪表产业的发展力度，国家相关部门将集中力量调整产品结构，按照国际先进标准组织生产，促进产业升级。优先发展一批为经济发展和国家经济建设、技术改造服务的重点产品，扶持一批市场前景看好、进出口逆差大、体现高技术水平、对行业有较强带动作用的换代产品。

国家政策加大对五类仪器仪表产品的扶持和鼓励发展力度，在经济可持续发展的趋势下，环境保护工作越来越重要，作为环境保护必不可少的环境监测仪器仪表，也在重点发展对象之列。

环境监测仪器仪表，重点发展大气环境、水环境的环保监测仪器仪表、取样系统和环境监测自动化控制系统产品，到2005年产品及系统的技术水平达到90年代后期的国际先进水平，产值30亿元，国内市场占有率达到50％－60％左右。到2010年将扩至70亿元以上，市场占有率达到70％以上。

第三节 2005-2006年仪器仪表及文化办公机械制造业运行状况分析

一、2005年仪器仪表及文化办公机械制造业运行状况

2005年仪器仪表及文化、办公用机械制造业收入前十家企业

二、2006年1-3月仪器仪表及文化办公机械制造业运行状况

2006年1-2月销售收入前五名地区

2006年3月仪器仪表及文化、办公用机械制造业运行状况

第四节 国内外行业发展现状

一、国内行业发展现状

目前，我国环境监测仪器仪表在品种、数量、性能、质量上远远满足不了实际工作中的需要。全国大部分监测站的仪器装备技术含量很低，功能单一，稳定性和可靠性差，亟待更新换代。有关专家认为，环境监测仪器设备生产企业将向两个方向分化，一类是大型的具有国际竞争能力的综合性企业，一类是一批极其专业化的中小型企业，主要擅长某类技术或精于某种产品或服务，其特点是规模小、人员专、富于经验。一大批生产企业迅速发展，开始改变我国环境监测领域只靠进口仪器的现状。同时企业、高校、科研机构、设计单位、金融、市场中介实现沟通与互动，促进规模化生产企业和规模化市场的形成。

我国环境监测仪器市场存在的问题：

1、我国环境监测仪器多是中小企业生产的中低档产品，技术水平一般，产品种类少，故障率高，使用寿命短。这样使得监测频次低、采样误差大、监测数据不准确，不能及时反映排污状况，既影响环境管理的科学决策和执法的严肃性，又易挫伤企业治理污染保护环境的积极性。如各种污染源排放在线监测系统对高温、高湿、高颗粒物含量等带来的测量问题都没有很好地解决，烟尘在线自动监测系统在我国基本上还是空白，这极大地限制了烟尘总量控制制度的实施。

2、研究开发能力较低，在线监测仪器的系统配套生产能力较低，不能适应市场的需要。高质量的分析仪、专用监测仪器和自动监测系统多是国外引进的，因此国产仪器占有的份额很小。在我国国产仪器中，大气监测仪器的占有率在70％左右，水质监测仪器的占有率在60％左右，这些仪器大多是国际80年代的水平，不能适应实际需要；而污水处理厂需要的仪器仪表基本上仍靠进口。国外大企业的研发费用一般占到企业销售总额的5～10％，我国好一点的企业也只有1％，而产品使用周期又远远大于发达国家。

3、经营管理能力差，劳动生产率不高，趋同化倾向严重。究其原因，有关专家认为，一是大型国有企业运行机制问题，未发挥好骨干作用；二是小企业蜂拥而上，缺乏技术缺乏资金，低水平重复的较多，仪器的质量和性能均不能与国外进口仪器抗衡；三是研究院校与企业缺乏紧密合作机制，不能快速实现产业化；四是政府对开发研制环境科学仪器的投资和风险投资不足。

4、市场存在供求矛盾，技术含量高的产品短缺，无法适应严格的环境管理需要。以环境空气质量自动监测系统为例，根据目前的市场能力分析，预计我国“十五”期间的供给能力不足，部分系统尚需依赖进口。目前，环境监测仪器行业的规模小、技术水平落后、竞争无序化等问题，尤其技术性能不稳定、成套性水平低等问题而导致中低档产品供大于求。

5、环境自动在线监测市场亟待拓展。自动在线监测设备市场发展缓慢的原因，一是各地重视程度不够；二是仪器设备质量不够理想，服务不到位，无法与国外产品竞争；三是不规范操作和不正当竞争导致市场无法健康发展，难以吸引国外先进技术；四是企业对安装自动监测仪器存在阻力，缺乏法律支持。

二、国外行业发展现状

水质自动监测仪器仍在发展之中，欧、美、日本、澳大利亚等国均有一些专业厂商生产。目前，经较成熟的常规项目有：水温、PH、溶解氧（DO）、电导率、浊度、氧化还原电位（ORP）、流速和水位等。常用的监测项目有：COD、高锰酸盐指数、TOC、氨氮、总氮、总磷。其他还有：氟化物、氯化物、硝酸盐、亚硝酸盐、氰化物、硫酸盐、磷酸盐、活性氯、TOD、BOD、UV、油类、酚、叶绿素、金属离子（如六价铬）等。目前的自动分析仪一般具有如下功能：自动量程转换，遥控、标准输出接口和数字显示，自动清洗（在清洗时具有数据锁定功能）、状态自检和报警功能（如：液体泄漏、管路堵塞、超出量程、仪器内部温度过高、试剂用尺、高/低浓度、断电等），干运转和断电保护，来电自动恢复，COD、氨氮、TOC、总磷、总氮等仪器具有自动标定校正功能。

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