影響PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度的因素研究

摘要：PM2.5難以進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)結(jié)果會(huì)受到多種因素制約。本文通過(guò)分析多種典型的PM2.5測(cè)定方法原理，研究其測(cè)定過(guò)程中誤差產(chǎn)生來(lái)源，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可表明，影響PM2.5監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度的主要因素為采樣的精確性、采集加熱的方式以及揮發(fā)性組織的補(bǔ)償方式等。

關(guān)鍵詞：PM2.5;自動(dòng)監(jiān)測(cè);誤差因素

中圖分類號(hào)：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）11-0-01

Abstract： PM2.5 is difficult to monitor effectively， and data results are subject to a variety of factors. In this paper， by analyzing the principle of various typical PM2.5 determination methods， the source of error in the measurement process is studied. The data analysis shows that the main factors affecting the accuracy of PM2.5 monitoring are the accuracy of sampling， the way of collecting heating and The way in which volatile tissue is compensated， etc.

Key words： PM2.5;Automaticmonitoring;Error factor

在2012年頒布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中，首次增加了PM2.5的濃度指標(biāo)，明確將PM2.5的下降程度作為空氣質(zhì)量考核指標(biāo)。必須要加強(qiáng)PM2.5的質(zhì)量監(jiān)測(cè)質(zhì)量，以確保PM2.5數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。與其他污染物元素組成相比，PM2.5自身組成成分較為復(fù)雜，因此監(jiān)測(cè)難度較大，經(jīng)常會(huì)發(fā)生監(jiān)測(cè)異常的情況。PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中會(huì)受到其他環(huán)境影響，因此如果不注重整個(gè)測(cè)量環(huán)節(jié)的誤差控制，將會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)確度嚴(yán)重下降，可能會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)上的異?，F(xiàn)象。本文主要結(jié)合我國(guó)PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中準(zhǔn)確度的影響因素進(jìn)行判斷，對(duì)其工作方法進(jìn)行研究。

1 PM2.5監(jiān)測(cè)方法與原理

進(jìn)行PM2.5監(jiān)測(cè)的主要方法有手工重量法、震蕩天平法以及氣體散熱法等，按照最新的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行PM2.5監(jiān)測(cè)的主要方法為手工分析法以及自動(dòng)分析方法。

1.1 手工分析方法

手工分析方法主要利用重量法對(duì)于PM2.5進(jìn)行檢測(cè)，主要是檢測(cè)定量體積的空氣，將空氣顆粒截留在濾膜上，并且根據(jù)濾膜前后質(zhì)量之差以及采集氣體的體積來(lái)計(jì)算氣體中PM2.5的濃度。這種方法是我國(guó)進(jìn)行PM2.5濃度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)方法，采用其他任何PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法所得的結(jié)果都必須以該方法進(jìn)行對(duì)比，達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求才能夠得出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)。

1.2 β射線法

β射線法主要是利用造成β射線的顆粒物來(lái)衡量PM2.5的濃度。采集的空氣樣品主要由采樣泵吸入采樣管，然后經(jīng)過(guò)空氣濾膜排除，被吸附的顆粒物直接沉浸在采樣濾膜上，利用β射線來(lái)照射含有顆粒物的濾膜，β射線會(huì)經(jīng)過(guò)衰變，然后計(jì)算出顆粒物的濃度。

1.3 微量震蕩天平法

微量震蕩天平法主要是利用震蕩空心錐形管，在錐形瓶?jī)?nèi)部設(shè)置可更換濾膜，其震蕩頻率主要取決于錐形管的質(zhì)量，當(dāng)所采集的氣體通過(guò)濾模時(shí)，濾膜會(huì)過(guò)濾掉，氣體中的顆粒物膜質(zhì)量增加，將會(huì)導(dǎo)致錐形管震動(dòng)的頻率下降，利用錐形瓶的震動(dòng)頻率的變化來(lái)直接求得濾膜沉積物的顆粒質(zhì)量，并且根據(jù)采樣質(zhì)量以及采樣環(huán)境溫度來(lái)計(jì)算大氣顆粒物的濃度。這種方法對(duì)大氣中的濕度特別敏感，因此為了降低大氣濕度對(duì)整體的影響，一般需要對(duì)天平震蕩瓶進(jìn)行50℃加熱，在加熱過(guò)程中會(huì)使一部分揮發(fā)性物質(zhì)損失，為了補(bǔ)償揮發(fā)性物質(zhì)，部分型號(hào)增加了膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，能夠?qū)y(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。

2 影響PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度的主要因素研究

2.1 采樣的流量

采樣流量是進(jìn)行PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，會(huì)對(duì)PM2.5切割效率造成影響。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定，PM2.5采樣器平均誤差不得超過(guò)5%。我們選用三臺(tái)型號(hào)相同的β射線PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，將采樣的流量設(shè)置為15.84，流量的偏差為-5%，標(biāo)準(zhǔn)流量為16.67，17.50，流量偏差為5%，同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。如果采樣流量低于設(shè)定的流量，所得到PM2.5監(jiān)測(cè)結(jié)果會(huì)偏高，如果采樣流量高于設(shè)定流量，PM2.5監(jiān)測(cè)結(jié)果會(huì)偏低。如果采樣的流量比設(shè)定點(diǎn)流量偏低5%，監(jiān)測(cè)的結(jié)果會(huì)偏高22%;如果采樣的流量比設(shè)定的流量偏高5%，監(jiān)測(cè)的結(jié)果會(huì)降低8%。PM2.5采樣的流量結(jié)果將會(huì)與PM2.5的切割效率直接相關(guān)，如果當(dāng)采樣的流量低于設(shè)定點(diǎn)流量時(shí)，PM2.5顆粒物在切割器中具有較強(qiáng)的穿透能力，因此顆粒物中較多的物質(zhì)會(huì)被切割器所測(cè)量，最終的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)的結(jié)果偏高;如果PM2.5采樣流量高于設(shè)定的流量點(diǎn)時(shí)，在切割器中顆粒物的傳統(tǒng)能力將會(huì)下降，在切割器中會(huì)滯留過(guò)多的顆粒物，因此導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏低。因此采樣流量的準(zhǔn)確度將直接影響到最終監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 采樣管加熱的方式

空氣中所含有的水分對(duì)于PM2.5精度測(cè)量就有一定的影響，如果內(nèi)外溫差過(guò)大，并且空氣濕度較大時(shí)，濕度較大的空氣很容易進(jìn)入采樣管內(nèi)部，干擾整個(gè)儀器的正常運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)采樣管的水分在濾膜連接時(shí)，將會(huì)對(duì)PM2.5的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生直接的影響。為了減少空氣中含有的水分對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響，人們一般采用采樣管加熱的方式來(lái)排除誤差的干擾。經(jīng)常采用的加熱方式有恒溫加熱以及動(dòng)態(tài)加熱兩種，當(dāng)采用恒溫加熱時(shí)，采樣管一般是在40℃左右;采用動(dòng)態(tài)加熱時(shí)，采樣管的加熱溫度能夠自動(dòng)調(diào)整，主要的目的是為了保持材料管的樣品空氣濕度能夠維持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。我們一般將濕度控制設(shè)置在35%，如果檢測(cè)到相對(duì)濕度的指標(biāo)高于35%，應(yīng)該采用采樣管加熱的模式;如果采樣管內(nèi)部所得的相對(duì)濕度低于35%，應(yīng)該立即停止加熱或者是采用低溫加熱的方法。目前我國(guó)進(jìn)行大氣監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，基本上采用采樣管恒溫加熱的方法或者是動(dòng)態(tài)加熱方法，對(duì)于PM2.5進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，利用采樣管恒溫加熱以及手工標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)回歸分析進(jìn)行對(duì)比。

2.3 校準(zhǔn)膜校準(zhǔn)結(jié)果的影響

國(guó)家規(guī)范對(duì)于PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的標(biāo)準(zhǔn)模校準(zhǔn)方法進(jìn)行了明確的要求。校準(zhǔn)模的結(jié)果是PM2.5濃度進(jìn)行計(jì)算的依據(jù)，校準(zhǔn)的結(jié)果可以對(duì)于監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度產(chǎn)生直接的影響。儀器在使用的過(guò)程中，放射源的強(qiáng)度以及蓋格計(jì)數(shù)器的靈敏度均有可能發(fā)生變化，因此需要對(duì)于校準(zhǔn)膜定期進(jìn)行校準(zhǔn)。對(duì)于校準(zhǔn)模的校準(zhǔn)頻次，目前我國(guó)還沒有明確的技術(shù)規(guī)范要求。為了確保PM2.5監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，目前國(guó)際上通用法的做法是在統(tǒng)一的檢測(cè)地點(diǎn)，采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及手工重量法進(jìn)行同步的對(duì)比測(cè)試，以檢驗(yàn)最終檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，要獲得至少23組自動(dòng)檢測(cè)的結(jié)果并且與手工重量的結(jié)果進(jìn)行實(shí)際對(duì)比，然后再進(jìn)行線性回歸分析，相關(guān)系數(shù)大于0.934才認(rèn)為自動(dòng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果滿足實(shí)際的需求。

2.4 其他因素影響

其他因素在PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)過(guò)程中也可能對(duì)監(jiān)測(cè)的結(jié)果準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。比如說(shuō)，當(dāng)采樣管加熱溫度不足或者是采樣的防塵網(wǎng)破損導(dǎo)致昆蟲進(jìn)入采樣管道，采樣的過(guò)濾膜受到污染等，都可能造成PM2.5進(jìn)程數(shù)據(jù)的異常。

3 結(jié)論

PM2.5監(jiān)測(cè)的結(jié)果受到多方面的影響，主要有采樣流量的準(zhǔn)確性、采樣管的正確加熱方式以及采樣校準(zhǔn)模的準(zhǔn)確分析等。在日常監(jiān)測(cè)中需要對(duì)于PM2.5測(cè)定的各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差進(jìn)行有效的控制，保證采樣的流量準(zhǔn)確性，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)儀器的定期維護(hù)，這樣才能夠保證PM2.5監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性以及可靠性。

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收稿日期：2019-07-23

作者簡(jiǎn)介：蔣寶林（1982-），男，漢族，碩士學(xué)歷，研究方向?yàn)榄h(huán)境管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)。