PM2.5來源解析多通道采樣器的運行維護

陳彥寧　洪達馳　裴成磊　張金譜

(廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣州 510030)

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PM2.5來源解析多通道采樣器的運行維護

陳彥寧洪達馳裴成磊張金譜

(廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣州 510030)

多通道采樣器作為廣州市PM2.5來源解析工作的重要組成設備，適用于PM2.5顆粒物采樣的無機多元素分析，是對大流量采樣器的重要補充。2015年，根據廣州市政府對環(huán)境空氣細顆粒物PM2.5來源解析工作業(yè)務化開展的要求，在3個站點配置了PM2.5多通道采樣器。本文主要總結了新儀器在第一季度采樣工作的運行維護方法和儀器的平行性分析。

PM2.5多通道采樣器維護平行性分析

1　概述

大氣細顆粒物PM2.5是指環(huán)境空氣動力學直徑小于或等于2.5μm的可吸入肺顆粒物，由于其粒徑小，并可為毒性物質提供載體，對環(huán)境和人體健康產生很大影響[1，2]。廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站于2009年開始開展細顆粒物PM2.5的監(jiān)測工作，并于2016年在公園前、九龍鎮(zhèn)、萬頃沙3個采樣點分別配置了一臺六通道采樣器，采用的儀器為眾瑞智能的ZR-3930D型六通道采樣器。該儀器是六通道同源平行采樣器，可以同時采集大氣中TSP、PM10、PM2.5。特殊的分流結構使得含有TSP粒級的顆粒物按各向同性被均勻分配到六路采樣通道中，實現(xiàn)顆粒物分類同源平行采樣。本文總結了新儀器在第一季度采樣工作的運行維護方法和遇到的諸多問題及解決方法，希望能為保障PM2.5來源解析工作的順利進行和所得數(shù)據穩(wěn)定可靠提供參考。

2　ZR-3930D型六通道采樣設備

2.1儀器功能特點及結構

ZR-3930D型六通道采樣器具有以下特點：(1)特殊分流結構，保證采樣結果各向同性；(2)高負壓無刷采樣泵，恒流控制電路，流量穩(wěn)定；(3)濾膜快速換夾裝置，切割器可靈活拆卸和清洗；(4)六路采樣流量獨立控制，采樣通道靈活多變，可自由選擇；(5)斷電記憶功能，來電后恢復采樣功能并繼續(xù)累積采樣時間和記錄來電時間；(6)實時測量環(huán)境溫度、濕度和大氣壓；(7)大容量數(shù)據存儲功能，每5min存儲采樣數(shù)據，最少可存儲3個月；(8)USB接口，支持U盤數(shù)據轉存；(9)內嵌微型打印機，可直接打印相關數(shù)據；

在日常采樣工作中，儀器維護和使用人員需要經常打開控制柜前門、主機柜前門、主機柜后門，但控制柜后門搭扣保持鎖定狀態(tài)，除非故障并得到生產者允許，否則儀器維護和使用人員不得打開控制柜后門。此外，濾膜夾持器、PM2.5切割器、PM10切割器、切割器連接桿等采樣器部件在取放時左右轉動以免將O型圈損壞，破壞儀器氣密性。

2.2儀器的設置及操作

ZR-3930D型六通道采樣器的操作包括儀器開機、采樣、查詢、系統(tǒng)維護4個部分，采樣工作人員必須熟練掌握這些設置及操作。設置步驟如下：

2.2.1儀器開機

儀器開機前認真檢查電源線是否連接牢靠，是否有安全隱患。儀器維護人員可通過自檢界面的顯示獲取儀器是否處于正常狀態(tài)的信息。

2.2.2儀器采樣設置

點擊采樣按鈕進入采樣設置界面。 該界面下可設置實時時鐘、采樣開始時間、采樣時間，采樣間隔時間和采樣次數(shù)等，如圖1所示。

圖1　采樣設置

點擊啟動后，進入采樣等待界面，等待到達設定時刻后啟動。若此時掉電，則上電后，若已到達設定啟動時刻則啟動采樣，若未到達則自動進入采樣等待界面。到達設定采樣開始時間或在采樣設置界面點擊立即采樣后，儀器開始運行，進入采樣工作，如圖2所示。

圖2　采樣工作

2.2.3數(shù)據查詢

在主界面、采樣設置、采樣等待、采樣工作狀態(tài)下，點擊數(shù)據查詢，均可以進入采樣文件查詢界面。

2.2.4系統(tǒng)維護

在主界面點擊維護，輸入密碼即可進入系統(tǒng)維護界面。系統(tǒng)維護的主要功能有：1、壓溫標定；2、流量標定；3、修改密碼；4、刪除數(shù)據；5、恢復設置；6、掉電補時。

3　運維及質控

在六通道采樣器日常采樣過程中，儀器維護人員還需要對儀器的切割器、濾膜夾等部位進行維護和操作，以保證采樣的順利和采樣數(shù)據的準確和有效。維護包括：切割器的清潔維護、濾膜夾的清潔維護、采樣器流量校準等。

3.1切割器的清潔維護

在每一個季度的采樣工作開啟前，都要對六通道采樣器的切割器進行積塵清潔，并涂上新的硅脂，以保證對大顆粒物的吸附；從而保證采樣器采集的樣品的有效性和準確性。

3.1.1切割器的拆分與安裝

儀器操作人員在取放切割器時應左右轉動以免將O型圈損壞，破壞儀器氣密性。步驟如下：

① 將PM2.5連接桿向上提起，再將PM10切割器連同PM2.5切割器一起向上拔起后取出。

② 將PM2.5切割器向下拔出，使之與PM10切割器分離。

③ PM2.5沖擊口朝上，逆時針旋轉，則PM2.5捕集板露出。

④ 將PM2.5沖擊套放置在PM2.5沖擊外管的O型圈上，將PM2.5沖擊口與PM2.5沖擊外管旋緊。

⑤ 將PM2.5切割器與PM10切割器插接在一起。

⑥ 將PM10切割器-PM2.5切割器插入濾膜夾持器上，再將PM2.5連接桿向下推入PM10切割器中。

3.1.2切割器清洗

在長時間的運行工作過程中，切割器的捕集板會有顆粒物和污物堆積，在每一個季度的采樣工作開始之前，都需要對切割器進行清洗。清洗步驟如下：

(1)取出PM10捕集板A和PM2.5捕集板B，先用中性洗滌劑浸泡，除去積塵及污物，再用蒸餾水沖洗，最后用脫脂棉蘸95%乙醇擦拭晾干。

(2)捕集板晾干后，在捕集板表面涂抹硅油，涂層盡可能薄且均勻。

涂抹硅油的操作的意義在于增強對大顆粒物的粘附性[3]。因此此項操作不能忽略，否則將造成PM2.5顆粒物含量的測試結果超差。

3.2濾膜夾的清潔維護

若采樣使用的是石英濾膜，考慮到石英濾膜易碎，在每日的濾膜更換的過程中，可能有石英纖維殘留在濾膜托網上，同時，長時間采樣后，在濾膜夾上也有可能有石英纖維或其他顆粒物堆積。因此必須對濾膜夾進行定期清潔維護。濾膜夾持器與濾膜夾結構圖如圖3所示。維護方法為：

(1) 按圖示方向逆時針旋下濾膜夾持器3，使之與上濾膜夾持器1分離。(濾膜夾持器為三頭螺紋結構，只需旋轉5～10°即可)再將濾膜夾2取出。

(2) 拆分上下濾膜夾及濾膜托網，用中性洗滌劑浸泡，除去積塵及污物，再用蒸餾水沖洗，最后用脫脂棉蘸95%乙醇擦拭晾干。

圖3　濾膜夾持器與濾膜夾

3.3采樣器的流量校準

采樣器的流量校準是為了保證采樣器的采樣進氣流量符合預設要求，使得采樣器采樣的樣品的有效性得到保障[4]。在每一個季度的采樣工作開始之前，采樣器維護人員都需要分別對采樣器的六個通道的流量進行校準。

3.3.1流量校準的準備

流量校準需準備一臺量程為300mL～30000mL的小流量計。由于該流量計采用光學原理測量流量，而且對六通道采樣器的流量校準工作是在戶外進行，為避免戶外陽光可能對流量測量、校準造成影響，可在流量計透光處貼上深色膠帶。同時取下PM2.5切割器、PM10切割器和切割器連接桿，并將流量計進氣管兩端分別連接流量計進氣口和夾持器上端進氣口。

3.3.2流量的測量與校準

流量測量與校準的步驟如下：

(1)接通六通道采樣器的電源，打開系統(tǒng)維護，選擇流量標定；

(2)選擇相應的測量通道，點擊啟動按鈕，開啟所對應通道的采樣泵；

(3)同時，打開流量計開關，選擇流量持續(xù)測量；

(4)待流量計流量讀數(shù)趨于穩(wěn)定，對流量計上流量進行讀數(shù)；

(5)點擊顯示屏幕上的流量倍率，進入并調整流量倍率，改變實際流量值大小。應注意的是，流量倍率與流量大小成反比例關系。

儀器操作人員在校準的時候要注意，流量計的出氣口出不能堵塞或者有遮擋物，同時流量計進氣管不能擠壓，要保證進氣暢通。另外，強風天氣可能會對流量測量造成影響，應避免在強風天氣下對采樣器進行流量校準。

4　六通道采樣器比對試驗與結果分析

4.1采樣實驗方案

2015年2月2日至2月9日進行了為期8天的手工采樣，4臺采樣器的采樣地點位于廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站八樓，前后4天分別使用玻璃纖維濾膜和石英濾膜，各采樣器的1至3號通道使用PM2.5切割器，采集PM2.5樣品；4至6號通道使用PM10切割器，采集PM10樣品。每日采樣時段為早上10點至次日早上9點。每次更換濾膜的同時記錄溫濕度，大氣壓等資料，以備查詢。

4.2稱重數(shù)據

所有濾膜在采樣前后均在恒溫恒濕條件下放置24h，再進行稱重。并按下式計算某種顆粒物(PM10或PM2.5)的含量：

ρ=(W2-W1)÷V×100

式中：ρ—顆粒物(PM10或PM2.5)濃度，μg/m3；

W2—采樣后濾膜的質量，mg；

W1—采樣前濾膜的質量，mg；

V—標準狀況下的采樣體積，m3。

如表1、表2所示，數(shù)據已經過檢查，剔除了由于采樣失誤導致的5個異常數(shù)據。

表1　4臺采樣器PM2.5手工稱重濃度數(shù)據

表2　 4臺采樣器PM10手工稱重濃度數(shù)據

4.3結果分析4.4.1標準偏差分析

參考《中華人民共和國國家環(huán)境保護標準》環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技術要求及檢測方法HJ93-2013 7.2.10參比方法比對測試第(2)項，分別計算4臺采樣器24個通道測量樣品濃度的標準偏差，數(shù)據保留兩位有效數(shù)字，結果見表3。結果表明8天數(shù)據均滿足標準偏差的要求，數(shù)據有效。

表3　每日標準偏差

4.4.2平行性和相關性分析

參考《中華人民共和國國家環(huán)境保護標準》環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技求及檢測方法HJ93-2013 7.1.8參比方法比對測試第(5)項(針

表4　采樣器CP值　%

對PM10)和7.2.10參比方法比對測試第(5)項(針對PM2.5)，以儀器編號為15030117的采樣器為參比采樣器，分別計算其余3各臺待測采樣器的平行性CP，計算結果見表4。

表4結果表明，各采樣器均滿足CP(PM2.5)及CP(PM10)的要求。

參考《中華人民共和國國家環(huán)境保護標準》環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技求及檢測方法HJ93-2013 8采樣器監(jiān)測項目參比方法比對測試對于相關系數(shù)的要求，計算3臺待測采樣器各個通道的相關系數(shù)，結果見表5、表6。

表5　3臺采樣器PM2.5 相關系數(shù)

表6　 3臺采樣器PM10 相關系數(shù)

表5和表6結果表明，3臺采樣器各個通道均滿足PM10相關系數(shù)和PM2.5相關系數(shù)0.93的要求。

5　結論

目前，六通道采樣器性能良好，功能正常，在2016年第一季度PM2.5來源解析工作中，運行狀態(tài)較好。目前能夠保障3臺儀器穩(wěn)定采樣運行，常見問題及時發(fā)現(xiàn)解決，樣品能夠及時回收，為廣州市的PM2.5來源解析工作提供了依據。在2016年第一季度的運維和質控中總結了相關的問題，提出了相應的解決方法，在實際應用中取得了較好的效果。

[1] 黃小歐. 《PM2.5的研究現(xiàn)狀及健康效應》[J]. 廣東化工，2012,39(5)：292-293.

[2] 孫志豪，崔燕平.《PM2.5對人體健康影響研究概述》[J].環(huán)境科技，2013，,2(4)：75-78.

[3] 王曉彥，杜麗，李健軍，李鋼，鄭皓皓，王瑋，解淑艷，汪巍.《PM2.5手工監(jiān)測技術要點探討》[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2014,30(4):150-151.

[4] 張建勇，張建國. 《流量計選型的幾個關鍵點》[J].黑龍江科技信息，2012,30：78.

Operation and maintenance of ambient air PM2.5multi-channel sampler.

Chen Yanning; Hong Dachi; Pei Chenglei;Zhang Jingpu

The multi-channel sampler is one of the essential equipment to analyze the source of PM2.5, which applies to an analysis of inorganic elements aiming at PM2.5particulate matter, is a significant supplement of high-volume sampler. This paper mainly summarizes its operation and maintenance method as well as the parallel analysis of the equipment.

PM2.5;multi-channel sampler; maintenance; parallel analysis

陳彥寧，男，1966年出生，1989年畢業(yè)于廣東工業(yè)大學工業(yè)分析專業(yè)，現(xiàn)工作于廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站環(huán)境質量自動監(jiān)測室，主要從事環(huán)境質量的自動監(jiān)測管理和質量控制工作。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.05.019

2016-03-10