从兴趣到突破：中科大青年学者钱晨以光谱算法推动水环境监测变革

从兴趣到突破：中科大青年学者钱晨以光谱算法推动水环境监测变革

随着城市化进程加速，我国水环境正面临工业污染、农业面源污染与城市生活污染的多重挑战。传统水质监测手段，如化学法和电极法，已难以满足当前需求；光谱分析方法凭借其高灵敏度、低检出限、测量速度快以及非接触测量等优势，逐渐成为水质智能检测的首选方法。然而，复杂水体中数千种物质的光谱信号重叠、野外环境光干扰、海量数据处理等难题，长期制约着该技术的规模化应用。

中国科技大学环境科学与工程学院钱晨教授的创新性研究，为行业提供了破题之道。其团队在光谱仪的小型化设计以及数据算法的开发上取得了突破性进展，显著提升了水环境现场监测的即时性和准确性，并有望为三维荧光技术在该领域开拓新应用，对政策制定和公共卫生产生了深远影响。

钱晨教授在课题组实验室

基于兴趣的执着探索：以荧光光谱数据分析助力环境改善

钱教授专注于环境分析化学，特别是基于三维荧光光谱的数据分析，致力于通过科学手段揭示环境问题，并为环境改善提供科学依据。追溯起踏入环境科学领域的契机，钱教授回忆道：“自高中时代起，我便对生物学与计算机科学抱有浓厚兴趣，这种兴趣引导我选择了融合这两大学科的环境专业。环境科学是一个复杂且充满挑战的领域，存在着许多亟待解决的问题。为了逐步解决这些问题，我们需要从实际环境中采集大量数据，通过深入分析来理解环境现象，进而为决策制定提供科学依据，最终实现环境的实质性改善。”

在阐述团队的招生理念时，钱教授也表示，从事分析研究往往需要具备高度的主观能动性。那些热衷于解决问题、以兴趣为驱动的人，往往更能胜任此类工作。正如“兴趣是最好的老师”，兴趣和乐趣在工作与探索中至关重要。因此，钱教授更倾向于寻觅那些同样认可这一理念、志同道合的伙伴，期望能够共同在分析研究的道路上携手前行，一同探索未知，收获成长与成就。

而早在研究生时期，钱教授就与HORIBA的产品结下了不解之缘，特别是Aqualog同步吸收-三维荧光光谱仪，已伴随他研究超过十年。这款光谱仪以其稳定且高效的测试性能，成为他研究中的得力助手。

谈到光谱技术的优势，钱教授详细解释道：“光谱技术与其他方法，如 pH 测量或电化学分析的核心差异，在于其非接触式测量原理。在传统方法中，像电极需要直接接触样品，很容易受到环境干扰；而质谱等高灵敏方法则需要进样，这可能会引发污染、损耗或数据漂移。相比之下，光谱技术的独特之处在于其光源与检测器被石英比色皿安全隔离，样品与之无直接接触，这确保了测量的纯净与稳定。这种本质区别赋予了光谱仪稳定性、耐用性和小型化的优势。”

软硬件双重创新，致力小型化光谱仪产业化

光谱水质监测的核心在于，借助高标准的光谱采集设备，获取高质量的光谱数据，并以此为基础，建立起各类光谱与水中物质成分浓度之间的回归模型。钱教授补充道：“面对多样化的应用需求，三维荧光光谱的算法需求也呈现出差异性。这就要求我们深入理解数学原理，并将其转化为计算机语言，从而有效解决实际问题。” 在算法的分析与开发过程中，其团队不断发现并攻克问题，推动了研究的持续深化。

早在 AI 兴起之初，钱教授团队就敏锐地意识到其在环境科学领域的巨大潜力。为了获取独特且有价值的数据源，他们决定从源头做起，致力于开发小型化的光谱仪器。在研究进程中，他们发现传统的荧光与平行因子方法在浓度分析上存在局限性，因此，他们创新性地采用了独特的数据处理方式，成功实现了更广泛的浓度测试范围。针对某地的河道污染，钱教授团队设计并搭建了便携式的小型光谱仪器，并通过大量的现场数据采集与解析，准确地锁定了污染物的来源。

目前，钱教授团队已成功研发出一款小型光谱仪器，并致力于提升其稳定性。他表示，光谱技术能在复杂环境中采集大量信息，但要从中挖掘出客户真正关心的内容，就需要构建更大的模型，利用更多的数据进行训练和学习。因此，在后续的产业化进程中，将这款仪器推向市场时，强化数据处理与分析能力将成为他们的核心任务。

通过对这些大数据结果的深入分析，钱教授期望能够揭示更深层次的科学问题，从而进一步加深对环境变化过程的理解，并为环境调控、预警等方面提供支持。更进一步地，利用三维荧光光谱结合大数据技术，实现对环境过程的精细化管理，以达到节能降耗的目标。最后，根据获取数据设计出科学的调控方案，提供完整的解决方案，并积极开拓应用市场，以期逐渐被行业认可并标准化。

荣获堀场雅夫奖：感恩时代，坚定科研方向

基于水环境光谱监测领域的研究成果，钱晨教授荣获2024年度堀场雅夫奖，并成为该奖项历史上首位获奖的中国区学者。

HORIBA集团主席兼CEO堀场厚先生为钱晨教授颁发获奖证书并合影留念

对于荣获堀场雅夫奖，钱晨教授深感荣幸。他认为，这不仅是对其整个团队的鼓励，更是对所有荧光光谱分析从业者的激励。在众多分析方法中，荧光或许并非最灵敏的一种，而且历经多年研究，仍面临诸多待解难题。“此次获奖证明了我们的研究方向在解决实际问题上具有重要意义。这份激励，无疑是对我们研究方向价值的最高肯定。”

作为中国区首位获奖者，钱教授也表达了对时代的感恩：“这一荣誉与过去二十年中国经济的飞速发展密不可分。经济的繁荣带动了科研水平的提升，先进的仪器、归国的顶尖人才以及知识的积累，共同为科研创新提供了坚实的基础。我不过是站在了时代的风口浪尖，搭乘着上升的电梯，抓住了时代赋予的机遇。我有幸成为首位获奖者，这既是个人的荣幸，也是时代进步的见证。”

关于堀场雅夫奖

堀场雅夫奖设立于2003年，以 HORIBA 集团创始人堀场雅夫（Masao Horiba）之名命名，旨在表彰和鼓励全球范围内在分析与测量技术领域展现创新性、独特性的研究人员。该奖项每年聚焦半导体、汽车、环境、能源、生命科学等不同领域，在全球范围内征集相关研究及解决方案。迄今为止，已有82位杰出研究者获此殊荣。2024年，堀场雅夫奖特别关注水资源保护领域，征集了来自世界各地的创新研究成果与解决方案。在第20届评选中，共有5位研究者脱颖而出。