PM2.5監(jiān)測儀量值溯源方法的研究

盧嘉敏+王龍+萬勇+謝小芳

摘 要：PM2.5監(jiān)測儀量值溯源方法是維護其計量準確性最重要的保證，是PM2.5懸浮顆粒物實現(xiàn)準確監(jiān)測的關(guān)鍵。從PM2.5監(jiān)測儀現(xiàn)狀分析和對PM2.5監(jiān)測儀溯源方法的研究與探討，得出了一種新的PM2.5監(jiān)測儀溯源方法并對后續(xù)工作重點提供了展望。

關(guān)鍵詞：PM2.5監(jiān)測儀；量值溯源；準確性

根據(jù)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會定義，大氣中空氣動力學(xué)直徑不大于2.5 μm的顆粒物被定義為PM2.5，中文名為細顆粒物，也稱可入肺顆粒物。自從2013年1月9日起首都北京陸續(xù)發(fā)布大霧橙色預(yù)警以來，作為灰霾天的罪魁禍首PM2.5越來越受到大眾的重視。根據(jù)我國環(huán)保部頒發(fā)的2011版《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準》、中國環(huán)境監(jiān)測總站頒發(fā)的《關(guān)于印發(fā)PM2.5自動監(jiān)測儀器技術(shù)指標(biāo)與要求（試行）的通知》 （總站氣字[2012]107號）文件：我國正大力支持第一階段PM2.5懸浮顆粒物監(jiān)測能力建設(shè)工作的開展，擬從2016年起在全國范圍內(nèi)開展常規(guī)監(jiān)測，并向公眾發(fā)布監(jiān)測數(shù)據(jù)。但我國環(huán)保部等機構(gòu)主要關(guān)注各環(huán)境監(jiān)測站中PM2.5懸浮顆粒物監(jiān)測數(shù)據(jù)的比對性，該比對用時較長，沒有從PM2.5懸浮物監(jiān)測儀儀器性能和質(zhì)量控制的統(tǒng)一性入手，沒有設(shè)定PM2.5懸浮物監(jiān)測儀的量值溯源方法或制度，沒有從根本上確保PM2.5懸浮物監(jiān)測儀監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性和公信力，阻礙了監(jiān)測數(shù)據(jù)的進一步深入分析和應(yīng)用。

一、國內(nèi)外PM2.5懸浮顆粒物監(jiān)測儀現(xiàn)狀分析

1.PM2.5懸浮顆粒物監(jiān)測儀現(xiàn)狀

國外對PM2.5懸浮顆粒物的監(jiān)測比我國關(guān)注的多很多年。美國在1997年發(fā)布了PM2.5標(biāo)準，在2006年獲得了有效的PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)，2009年開始對PM2.5自動監(jiān)測儀器進行溯源性相關(guān)工作。歐盟在1984年建立了遠程合作大氣污染輸送監(jiān)測和評估的計劃。EMEP現(xiàn)有體系已覆蓋歐盟各國的污染源監(jiān)控、PM2.5監(jiān)測、防治對策研究及其效果評估等工作體系，為推進防治區(qū)域污染起到了重要作用。日本在2000年初步制定了PM2.5自動監(jiān)測規(guī)范，并在2007年進行了修訂，在2009年正式公布了關(guān)于PM2.5環(huán)境標(biāo)準，也通過大范圍組織一系列PM2.5自動監(jiān)測的設(shè)備與稱重法設(shè)備的比對試驗，從而給出了關(guān)于PM2.5自動監(jiān)測認定設(shè)備名錄。

當(dāng)前各國廣泛采用的PM2.5監(jiān)測方法科分為3種，具體為：稱重法、Beta射線吸收法和微量振蕩天平法。

除了這3種方法，市面上目前還有一些其他方法，如典型的便攜PM2.5懸浮物監(jiān)測儀，常使用光散射法，該方法儀器制作成本較低，體積小， 操作簡單方便，但由于受到顆粒物的組成結(jié)構(gòu)、粒徑、折射性等因素的影響，監(jiān)測結(jié)果準確度較小。

二、PM2.5懸浮物監(jiān)測儀溯源方法的研究

根據(jù)對國內(nèi)外PM2.5懸浮物監(jiān)測儀原理和關(guān)鍵部件的分析，可以有以下方法進行PM2.5懸浮物監(jiān)測儀溯源，但各自都有優(yōu)缺點：

（1）采用微量振蕩天平方法儀器加膜動態(tài)測量系統(tǒng)作為標(biāo)準器，其精確度等級可定為最高級別，在環(huán)境條件和監(jiān)測時間一致的情況下，把被檢PM2.5懸浮物監(jiān)測儀所得數(shù)據(jù)和標(biāo)準器所得數(shù)據(jù)進行對比，從而得出被檢儀器的精度等級和其穩(wěn)定性分析，這種方法溯源簡單，但儀器購置昂貴，且標(biāo)準器保養(yǎng)費用偏高。

（2）采用手工式的濾膜稱重法和被檢儀器在戶外一段時間后所得數(shù)據(jù)進行對比，以濾膜稱重法索德數(shù)據(jù)作為約定真值，從而得出被檢儀器的精度等級和其穩(wěn)定性，這方法溯源結(jié)果雖然準確可靠，但存在需人工稱重、操作程序較繁瑣復(fù)雜、耗時很長的缺點，不宜PM2.5懸浮物監(jiān)測儀器溯源工作的有效開展。

（3）對已安裝使用不宜拆卸的大型M2.5懸浮顆粒物監(jiān)測儀，以各地方監(jiān)測數(shù)據(jù)進行定期比對實驗來維護監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。

除了上述方法外，針對小型便攜式PM2.5懸浮顆粒物監(jiān)測儀以及還沒安裝現(xiàn)場的初次檢定的大型M2.5懸浮顆粒物監(jiān)測儀，還可用實驗室方法檢測，具體為：在實驗室內(nèi)進行恒溫恒濕，采用單分散固態(tài)氣溶膠發(fā)生器分別產(chǎn)生8種直徑不同的相應(yīng)懸浮物參考物質(zhì)，以模擬外部懸浮物監(jiān)測條件；把被檢器和用由采用器和濾膜等元部件搭建好的自動濾膜稱重裝置完成室內(nèi)相應(yīng)懸浮顆粒物的數(shù)據(jù)的監(jiān)測，每15min分別記錄各自數(shù)據(jù)，最后以自動濾膜稱重裝置所得數(shù)據(jù)作為標(biāo)準值，得出誤差結(jié)果；而對于已安裝在現(xiàn)場的大型PM2.5懸浮顆粒物監(jiān)測儀，自動濾膜稱重裝置所得數(shù)據(jù)仍作為標(biāo)準值，并選用和自動濾膜稱重裝置一樣的采樣器收集作為的采集了模擬懸浮物的標(biāo)準樣品濾膜，在恒溫恒濕的運輸下，把該標(biāo)準樣品放到被檢器上進行數(shù)據(jù)分析，與實驗室的數(shù)據(jù)進行對比，從而得到誤差。

其中，標(biāo)準值的計算公式為：

式中，C為PM 2.5的質(zhì)量溶度，mg/m3；W2為采樣后的濾膜質(zhì)量，mg；W1為采樣前的濾膜質(zhì)量，mg；F為折算成標(biāo)況下采樣體積流量，L/min；t為采樣時間，min。

三、結(jié)語

通過PM2.5監(jiān)測儀的現(xiàn)狀分析和溯源方法的研究，得出了PM2.5監(jiān)測儀溯源的實驗經(jīng)驗，在后續(xù)工作中還可以從以下4個方面著手研究：

（1）建立快速響應(yīng)機制，盡快制定PM2.5檢測儀的國家技術(shù)標(biāo)準或溯源技術(shù)規(guī)范，科學(xué)規(guī)范溯源的程序和方法，使PM2.5監(jiān)測儀溯源程序化、科學(xué)化和高效化。

（2）鑒于現(xiàn)在沒有對PM2.5懸浮物監(jiān)測儀進行準確度等級劃分。等級劃分可用作為儀器特性的重要體現(xiàn)，因為后續(xù)可用開展相應(yīng)的研究。

參考文獻：

[1] 寧愛民，文軍浩，鄭德智，等. PM2.5監(jiān)測技術(shù)及其比對測試研究進展[J]. 計測技術(shù). 2013， 33（4）： 11-14， 25.

[2]但德忠. 環(huán)境空氣PM（2.5）監(jiān)測技術(shù)及其可比性研究進展[J]. 中國測試， 2013， 39（2）：1-5.

[3]呂巖， 朱永超. PM2.5自動監(jiān)測影響因素及試驗結(jié)果淺析[J]. 現(xiàn)代科學(xué)儀器， 2014（3）.