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環(huán)境空氣顆粒物β射線法自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南

2020-04-27 / 3322
顆粒物（Particulate Matter）簡(jiǎn)稱PM，對(duì)于人體健康的危害ji大，目前已經(jīng)引起人們高度重視的主要是PM10和PM2.5。而且隨著工業(yè)、交通迅猛發(fā)展，人為原因造成的顆粒物污染日趨嚴(yán)重，人們對(duì)于PM10和PM2.5重視也越來越高。
2012 年新《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）的發(fā)布將PM10和 PM2.5連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的編制提上日程。
2020年2月12日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了HJ 1100-2020 《環(huán)境空氣中顆粒物（PM10和 PM2.5）β射線法自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南》，該標(biāo)準(zhǔn)為shou次發(fā)布，將于2020年4月12日起正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了環(huán)境空氣中顆粒物（PM10和 PM2.5）的自動(dòng)測(cè)定方法。
現(xiàn)將標(biāo)準(zhǔn)解讀如下：
01 適用范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了自動(dòng)測(cè)定環(huán)境空氣中顆粒物（PM10和 PM2.5）的β射線法。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于環(huán)境空氣中顆粒物（PM10和 PM2.5）的自動(dòng)測(cè)定。
當(dāng)儀器量程為0μg/m3～1000μg/m3時(shí)，本標(biāo)準(zhǔn)方法檢出限為1μg/m3，測(cè)定下限為 4μg/m3。
本標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量濃度指實(shí)際狀態(tài)（監(jiān)測(cè)時(shí)大氣溫度和壓力）下的濃度。
（標(biāo)準(zhǔn)原文）
解析：該標(biāo)準(zhǔn)檢出限的確定參考HJ 654的方法，以標(biāo)準(zhǔn)偏差的2倍作為檢出限。
本標(biāo)準(zhǔn)檢出限確定方法如下：取下顆粒物切割器，安裝高效空氣過濾器，高效空氣過濾器性能指標(biāo)應(yīng)符合《高效空氣過濾器》（GB/T 13554）要求。儀器運(yùn)行穩(wěn)定后，以1小時(shí)間隔讀取25個(gè)小時(shí)平均值數(shù)據(jù)，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，以標(biāo)準(zhǔn)偏差的2倍，作為方法檢出限，檢出限的4倍作為測(cè)定下限。
02 方法原理
樣品空氣通過切割器以恒定的流量經(jīng)過進(jìn)樣管，顆粒物截留在濾帶上。β射線通過濾帶時(shí)，能量發(fā)生衰減，通過對(duì)衰減量的測(cè)定計(jì)算出顆粒物的質(zhì)量。
（標(biāo)準(zhǔn)原文）
解析：
a、切割器：根據(jù)所測(cè)顆粒物粒徑大小選擇合適的切割器。當(dāng)測(cè)定PM10和 PM2.5時(shí)切割器性能指標(biāo)符合HJ 93中關(guān)于切割器捕集效率的幾何標(biāo)準(zhǔn)差要求。即：
PM2.5切割特性
Da50=(2.5±0.2)μm 
δg=(1.2±0.1)μm
PM10切割特性
Da50=(10±0.5)μm  
δg=(1.5±0.1)μm
b、流量：參考HJ 93標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于小流量采樣器工作點(diǎn)流量的yi般要求及HJ 817標(biāo)準(zhǔn)附錄A顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器流量校準(zhǔn)方法的要求，采用16.7L/min作為工作流量點(diǎn)。
c、濾帶：可選用玻璃纖維材質(zhì)、石英材質(zhì)等無機(jī)材質(zhì)或聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、混合纖維素等有機(jī)材質(zhì)。濾帶應(yīng)邊緣平整、厚薄均勻、無毛刺、無污染，不得有針孔或任何破損。在規(guī)定膜面流速下，PM10采樣濾帶要求對(duì)0.3 μm顆粒物的截留效率≥99%，PM2.5 采樣濾帶要求對(duì)0.3 μm顆粒物的截留效率≥99.7%。
d、β射線：放射性元素核衰變過程中發(fā)出的電子流。注：β射線源可以使用147Pm、14C或85Kr 等放射源。其中，嶗應(yīng)2092型 環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀采用的是低能量14C放射源，穩(wěn)定性好、安全耐用，活度范圍yi般都在豁免值以下，符合放射性安全標(biāo)準(zhǔn)。
03 干擾與消除
1) β 射線電子流的空間分布不規(guī)則或采樣系統(tǒng)磨損導(dǎo)致的顆粒物截留不均勻等因素，會(huì)產(chǎn)生測(cè)定誤差。
2) 顆粒物的元素組成和化學(xué)成分對(duì)單位質(zhì)量吸收系數(shù)k的影響很小。
3) 顆粒物放射性對(duì) β 射線的影響很小。部分儀器可以通過檢測(cè)氡氣 α 放射值，減去其產(chǎn)生的β射線影響。
4) 濕度對(duì)顆粒物的測(cè)定有yi定影響，可采取動(dòng)態(tài)加熱方式減少濕度的影響，但同時(shí)需要控制加熱功率和加熱溫度以減少揮發(fā)性有機(jī)物的損失。
（標(biāo)準(zhǔn)原文）
解析：
動(dòng)態(tài)加熱：通過溫濕度感應(yīng)器檢測(cè)環(huán)境溫濕度，當(dāng)環(huán)境溫濕度達(dá)到設(shè)置點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)，并根據(jù)當(dāng)前溫濕度值智能控制加熱管組件，使采樣器的溫濕度達(dá)到設(shè)定的范圍內(nèi)。加熱溫度范圍根據(jù)實(shí)際情況yi般設(shè)置在 40℃～50℃之間。相比于恒溫加熱，恒溫長(zhǎng)時(shí)間加熱將造成顆粒物中部分揮發(fā)性組分的損失，而當(dāng)采用動(dòng)態(tài)加熱時(shí)，由于可以根據(jù)空氣中相對(duì)濕度的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱溫度，在防止采樣管結(jié)露的同時(shí)，zui大限度地減少了采樣管加熱造成的揮發(fā)性組分損失，因此采用動(dòng)態(tài)加熱時(shí)測(cè)得結(jié)果會(huì)高于恒溫加熱法。
04 儀器和設(shè)備
測(cè)量裝置應(yīng)包括切割器、進(jìn)樣管、密封裝置、濾帶支架、β射線測(cè)量系統(tǒng)、流量控制裝置、泵、流速計(jì)或流量計(jì)等部分，流量控制裝置應(yīng)能將采樣流量控制在設(shè)定值的±5%范圍內(nèi)，不同類型β射線儀器系統(tǒng)組成示意圖見標(biāo)準(zhǔn)附錄 A。儀器的性能指標(biāo)應(yīng)符合 HJ 653 的要求。
（標(biāo)準(zhǔn)原文）
解析：
結(jié)構(gòu)：對(duì)于β射線儀采用較為普遍的兩種結(jié)構(gòu)如下圖：其中圖A.1結(jié)構(gòu)的β射線儀采樣單元與測(cè)量單元同位置，相比于采用異位結(jié)構(gòu)的β射線儀（圖A.3所示），能夠從根據(jù)上解決移動(dòng)紙帶所帶來的測(cè)量誤差，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
流量控制：標(biāo)準(zhǔn)要求流量控制裝置應(yīng)能將采樣流量控制在設(shè)定值的±5%范圍內(nèi)。嶗應(yīng)儀器采用外guo原裝進(jìn)口抽氣泵，流量穩(wěn)定，且使用壽命長(zhǎng)，為用戶節(jié)約后期維護(hù)費(fèi)用。
05 分析步驟
切割器選擇
根據(jù)所測(cè)顆粒物粒徑大小選擇合適的切割器。當(dāng)測(cè)定PM10和 PM2.5時(shí)，切割器性能指標(biāo)應(yīng)符合 HJ 93 中關(guān)于切割器捕集效率的幾何標(biāo)準(zhǔn)差要求。
儀器安裝與調(diào)試
1. 參數(shù)的設(shè)置：進(jìn)樣管加熱控制、采樣時(shí)間或平均濃度時(shí)間、采樣流量、走帶速度。儀器設(shè)置參考條件參見標(biāo)準(zhǔn)HJ 655執(zhí)行。
2.調(diào)試：調(diào)試指標(biāo)包括溫度測(cè)量示值誤差、大氣壓測(cè)量示值誤差、流量測(cè)試、校準(zhǔn)膜重現(xiàn)性和參比方法比對(duì)調(diào)試等，調(diào)試的檢測(cè)方法和指標(biāo)按照   HJ 655 執(zhí)行。
標(biāo)準(zhǔn)膜檢查
檢查周期：不超過半年。
檢查合格指標(biāo)：檢查結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)膜的標(biāo)稱值誤差≤±2%。
若不滿足、上述指標(biāo)，需對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)或維修。
校準(zhǔn)
1、校準(zhǔn)周期：
a、校準(zhǔn)膜片法校準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)膜檢查結(jié)果不合格時(shí)，需對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。
b、實(shí)際樣品稱重法校準(zhǔn)周期：yi般每半年進(jìn)行yi次校準(zhǔn)。
c、維修后校準(zhǔn)：定量結(jié)果相關(guān)的儀器部件維修后需對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。
2、零點(diǎn)校準(zhǔn)：校準(zhǔn)時(shí)泵停止工作，避免空氣和顆粒物進(jìn)入采樣裝置。
3、質(zhì)量校準(zhǔn)（以下兩種校準(zhǔn)方法可以任選yi種進(jìn)行）
a、校準(zhǔn)膜片法 
b、實(shí)際樣品稱重法
校準(zhǔn)方法參照標(biāo)準(zhǔn)7.4.3說明，相比于實(shí)際樣品稱重法，校準(zhǔn)膜片法因操作簡(jiǎn)便被廣泛采用。
樣品測(cè)定
儀器穩(wěn)定后開始測(cè)定。
樣品結(jié)果計(jì)算與表示
結(jié)果計(jì)算：參照標(biāo)準(zhǔn)8.1公式進(jìn)行計(jì)算
結(jié)果表示：測(cè)定結(jié)果保留整數(shù)位。用于空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法按照   HJ 663 執(zhí)行，數(shù)據(jù)有效性判斷按照 HJ 817 執(zhí)行。
06 質(zhì)量保證與質(zhì)量控制
? 每月進(jìn)行yi次氣路檢漏和流量檢查，每季度進(jìn)行yi次氣溫和氣壓測(cè)量結(jié)果檢查，每半年用標(biāo)準(zhǔn)濕度計(jì)進(jìn)行yi次氣體濕度傳感器檢查，每半年進(jìn)行yi次數(shù)據(jù)采集儀記錄數(shù)據(jù)和儀器顯示或儲(chǔ)存監(jiān)測(cè)結(jié)果yi致性檢查。檢查結(jié)果不符合 HJ 817 的合格指標(biāo)時(shí)，需進(jìn)行校準(zhǔn)。
? 每年進(jìn)行yi次流量、氣溫、氣壓、濕度和儀器準(zhǔn)確度審核，審核的指標(biāo)和方法按照 HJ 817 執(zhí)行。如果當(dāng)?shù)貪穸然驌]發(fā)性組分隨季節(jié)變化較大時(shí)，可以縮短儀器準(zhǔn)確度審核周期。
（標(biāo)準(zhǔn)原文）
07 注意事項(xiàng)
使用的 β 射線源揮發(fā)  性應(yīng)符合放射性安全標(biāo)準(zhǔn)，儀器報(bào)廢后應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定處置放射源。
（標(biāo)準(zhǔn)原文）
08 推薦儀器
嶗應(yīng)2092型 環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀
主要特點(diǎn)：
1）采用β射線吸收法直接測(cè)量顆粒物質(zhì)量濃度，不受季節(jié)變化的影響，無需修正，全天候?qū)崟r(shí)提供jing確數(shù)據(jù)。
2）采用DHS（動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)），加熱采樣入口氣體并具有動(dòng)態(tài)溫濕度補(bǔ)償功能，符合guojia標(biāo)準(zhǔn)，可以保證對(duì)半揮發(fā)性硝酸鹽和有機(jī)物的jing確測(cè)量。
3）野外作業(yè)ji防護(hù)，不銹鋼材質(zhì)機(jī)殼，具備電子兼容設(shè)計(jì)，以及IP65防塵、防水設(shè)計(jì)，能夠適用全天候復(fù)雜環(huán)境。
4）模塊化設(shè)計(jì)，故障率低，便于維護(hù)，擴(kuò)展性強(qiáng)。
5）智能化設(shè)計(jì)，具備故障報(bào)警以及故障自診斷功能。
6）可選配多規(guī)格切割器，對(duì)PM10和 PM2.5濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
7）顆粒物監(jiān)測(cè)采樣和檢測(cè)同位置，從根本上解決了移動(dòng)紙帶所帶來的測(cè)量誤差。
8）采用guo外原裝進(jìn)口抽氣泵，流量穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。
9）內(nèi)置4G數(shù)據(jù)傳輸模塊（DTU）,可進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，數(shù)據(jù)傳輸符合《污染源在線監(jiān)控（監(jiān)測(cè)）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》（HJ 212-2017）。
10）可實(shí)現(xiàn)氣象五要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，標(biāo)配溫度、濕度、壓力傳感器，可選配風(fēng)向、風(fēng)速傳感器等。
 

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