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武汉市农业科学院环境与安全研究所农产品质量与安全研究室技术负责人战艺芳（左）和工程师胡金伟（右）在检查自动化重金属检测仪。 |
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自动化重金属检测仪一次可以对四个样本进行检测。 |
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战艺芳（左）在检查生产的重金属检测传感器。 |
3天，260秒。
战艺芳和他的团队用8年时间将这两个无关联的数字扯到了一起：将粮食重金属的检测时间由3天缩短到260秒。
这是一台填补了国内技术和产业空白的仪器，只有书本大小，一个纤弱的小姑娘也可以拿在手上、拎起来就走。将稻米投入这台轻巧的仪器，260秒后响起的提示音，宣告检测完成。
曾经，这样的粮食重金属检测设备占地10平方米，价格高昂，小型粮食企业用不起，去实验室排队送检，通常3天后才能出结果。
如今，这些智能化检测仪器已被推广到全国，累计检测1000多万亩粮田。
必须要将3天的检测时间缩短
38岁的战艺芳身高接近一米九。哪怕是在实验室里猫腰操作仪器，他依然比身边的同事们高出一头。
“水稻生长容易吸附土壤中的重金属元素。”将一粒稻米投入设备，直起身子的战艺芳向记者介绍，重金属检测这个环节在粮食流入市场前必不可少。一直以来，这个环节让粮食加工相关企业头疼不已：“要过这关，耗时太长！”
“当时，市面上大多使用X射线荧光技术检测重金属镉的含量，一台检测设备的价格在15万元左右。”战艺芳说，很多粮食加工小型企业会联合购买，或去实验室送检，最长需要3天。
2016年起，武汉市农业科学院环境与安全研究所（以下简称环安所）农产品质量与安全研究室技术负责人战艺芳带领16人团队开始攻关，他们围绕电化学技术路径缩短“过关”时间。战艺芳说，同行的前车之鉴让他们感觉这可能是一场不知结果的持久战：国内一家企业曾将电化学传感器棒状电极用于重金属检测，但因集成度不高、操作步骤繁琐等问题，多年研发宣告失败。
便捷是摆在他们面前的首要难题。
“能不能开发出一种即用即抛、不用打磨维护的微型电化学传感器？”最初，他向团队提出要求。遗憾的是，在尝试了电化学领域的多种传感方式后，检测结果均不达标。战艺芳回忆，那段日子，实验室的地上和桌子上、大大小小的箱子里，都堆满了贴上标记、装满稻谷样本的包装袋。
“农产品检测和人体检测异曲同工，只是对象不同。”战艺芳的“灵光一闪”，帮助团队探出了一条新路，通过反复查阅文献，他们尝试将目光转向医疗领域。果然有了收获！
团队惊奇地发现，血糖仪试纸片这种“丝网印刷电极”不仅可以实现检测集成化，而且成本低廉、操作方便。沿着这个思路，2017年，团队开发出第一台农产品重金属镉快速检测智能设备。
一张A4纸片上密密麻麻地盘绕着黑色线路，很难想象这个就是设备的电极，用剪刀剪下笔帽大小的一片，就可以直接使用。在设备上插上电极片，取几粒稻米研成粉末，加入药液摇匀混合，经仪器快速处理，30分钟内就能出结果。
30分钟的检测时间再减半
2017年，战艺芳团队信心满满地带着自己的成果走出实验室，没想到等来的却是兜头一盆“凉水”。
“当时，我们团队花费两周时间在湖北选择了20个推广点位，并向企业提出可以免费试用产品。”战艺芳回忆，两周后收到的第一条反馈评价：产品很不好，操作步骤多，等待时间长。
已经将3天的等待时间缩短至30分钟，问题出在哪？战艺芳坦言，当时自己的第一反应：“这应该是个例，可能是这家企业没学会操作流程。”几天后，20条负面反馈齐齐涌向研发团队，客户的评价出奇一致：操作复杂。
战艺芳把研发团队和推广人员招集起来，大家坐在一起梳理思路。
“预处理流程一共是四步，涉及4瓶药液，还要加热和混合，客户反映步骤太多记不清。”推广人员摆出客户使用难点。“这不就是我们实验开始前的基础操作吗？”研发人员回答。“但客户不是搞学术研究的，他们的年龄都在45岁左右，而且大多只经过了简单培训。”战艺芳发现了问题所在。
“这样的意见很宝贵，我们要把操作流程进一步简化：一次摇匀，一次混合。”战艺芳提出，客户能接纳的预处理步骤最多只能有两步，检测时间必须再减半。
2018年初，团队对这种快速检测金属镉的智能化设备进行了迭代升级，检测时间缩短至15分钟。团队带着这台设备再次走出实验室，然而，对这项快速检测技术持怀疑态度的客户不少。
“为了赢得用户的信任，战主任带着我们一起跑遍了各大实验室，顺利通过了多家具有省级以上检测资质机构的盲样验证。”团队研发人员姚琪说，验证报告证明新技术的稳定性、可靠性更强，这项技术逐步被大众认可。
一些涉粮用户主动要求试用，试用单位由最开始的20家拓展至50多家，一段时间后，口碑效应终于显现了，有涉粮单位主动联系希望能延长仪器试用期限。
“需求迎来激增，许多外省的电话也跟着打进来了。”战艺芳说，这个时候，看到希望的团队动力十足。
坚守“死磕”破解无机砷快速检测难题
砷是地壳中的元素，存在于水和土壤之中，所有植物在从土壤中吸收养分的同时都会吸收一些砷，水稻也不例外。
因砷元素在自然界形态丰富，所以粮食无机砷含量检测对设备要求极高，一台检测设备价值可高达百万元，检测时长大约为1天。
对无机砷实现快速经济检测，是摆在粮食行业面前的一道难题。
“2017年起，我和5名技术人员也在同步攻关这一难题，因为镉元素研究进展较快，所以最初我们都以为这个课题也能顺利实现突破。”战艺芳说，然而这个研究课题却“一时间仿佛进入了无底洞，看不到终点”。
“砷和铜表现出来的性状实在是太像了，两个元素就像双胞胎亲兄弟分不开，我们把能试的办法都试了一遍。”战艺芳说，团队采用了萃取棒、氢化物发生器等文献记载的20余种方式，但一次成功的经历都没有，“有一种方法我们甚至研发了快两年，最终考虑其安全因素，只好舍弃”。
研究进度停滞不前，团队成员有的离开岗位，有的选择离职。战艺芳回忆，“最惨”的时候，团队只剩下他和另一位研发人员官金艳。两人选择继续坚守“死磕”。
“战主任经常鼓励我，检测技术发展到现在，遗留下来的问题都是难上加难的题。我们都相信这项难题终会破解，那为什么我们不做那个成功解题的人？”官金艳回忆。战艺芳坚信，通过检测方法的排列组合，一定能找到正确的路。在此后的日常工作中，他会主动留意能尝试的分离方法，虽然每次的结果都令他垂头丧气。
2022年，在研发进度停滞了5年的时候，曙光终于出现了。
战艺芳说，通过液液萃取的方法，团队第一次成功分离出了砷元素。“我们通过添加试剂的方式给砷元素找了一个可结合的辅助伙伴，终于将其与其他元素区分开来。”面对这一次成功，战艺芳却格外冷静。“经历了太多的失败，这可能是偶然现象。”战艺芳说，自己按此方法重复做了两天，又换官金艳做了多次，都得出了同样的结果。
这条路可能走对了！趁热打铁，战艺芳马上召集团队同事，大家一起完善思路、汇总方案。
2023年，战艺芳和团队成功地在智能设备上实现20分钟内完成无机砷检测，其检测结果与实验室百万元设备结果相符，并获行业认证。
战艺芳介绍，目前，团队研发的系列粮食重金属检测仪已在湖南、湖北、广东、内蒙古、江西等10多个省、直辖市推广应用2000多台（套），检测粮食覆盖种植面积1000多万亩，总经济效益达到1亿元，有效防止受重金属污染粮食进入市场流通环节，严守“舌尖上的安全”。
今年，战艺芳依旧在跟重金属较劲。“以前我们做的是检测镉，现在我们的目标是降镉。”战艺芳说，除了从育种角度出发，他们也在探索通过在水稻表面施加纳米材料的方式以阻断水稻吸附重金属元素，“征途漫漫，下一个难题我们也有信心解决”。
记者栾嘉雯 通讯员李清宁
记者高勇 摄