发布时间:15-06-02 16:43分类:技术文章 标签:大气颗粒物检测 3.3、压电晶体法压电晶体法(又称压电晶体频差法),采用石英谐振器为测量敏感元件,其工作原理是使空气以恒定流量通过切割器,进入由高压放电针和微量石英谐振器组成的静电采样器,在高压电晕放电的作用下,气流中的颗粒物全部沉降于测量谐振器的电极表面上,因电极上增加了颗粒物的质量,其振荡频率发生变化,根据频率变化可测定可吸人颗粒物的质量浓度,石英谐振器相当于一个超微量天平。压电晶体法仪器可以实现实时在线检测。石英谐振器对其表面质量的变化十分敏感,使用一段时间后需要清洁。利用此原理的大气监测仪一般装备于环境监测自动站。3.4、 β射线吸收法β射线吸收式测量仪的工作原理是:射线在通过颗粒物时会被吸收,当能量恒定时,β射线的吸收量与颗粒物的质量成正比。测量时,经过切割器,将颗粒物捕集在滤膜上,通过测量β射线的透过强度,即可计算出空气中颗粒物浓度。仪器可以间断测量,也可以进行自动连续测量,粉尘对β线的吸收与气溶胶的种类、粒径、形状、颜色和化学组成等无关,只与粒子的质量有关。β射线是由14C射线源产生的低能射线,安全耐用,其半衰期可达数千年,十分稳定。3.5、微量振荡天平法微量振荡天平法(TEOM法,英文名称Tapere Element OscillatingMicrobalance),是近年发展起来的颗粒物浓度测量方法,测量原理是基于*技术的锥形元件振荡微量天平原理,由美国R&P公司研制,符合美国EPA标准。此锥形元件于其自然频率下振荡,振荡频率由振荡器件的物理特性、参加振荡的滤膜质量和沉积在滤膜上的颗粒物质量决定。仪器通过采样泵和质量流量计,使环境空气以一恒定的流量通过采样滤膜,颗粒物则沉积在滤膜上。测量出一定间隔时间前后的两个振荡频率,*能计算出在这一段时间里收集在滤膜上颗粒物的质量,再除以流过滤膜的空气的总体积,得到这段时间内空气中颗粒物的平均浓度。在大气自动监测系统中,美国R&P公司的RP1400a测尘仪用于实时连续监测空气中颗粒物的浓度,其测量精度和实时性是传统方法所无法比拟的。配以不同的切割器,RP1400a可用于测量PM2.5、PM10和TSP。仪器每2秒测量一次滤膜的振荡频率,同时仪器也可输出0.5、1、8、24h的平均浓度。但该仪器在测量时受温度、湿度影响较大,应特别注意。3.6、电荷法电荷法主要用在烟气中颗粒物(粉尘)的监测当烟道或烟囱内粉尘经过应用耦合技术的探头时,探头所接收到的电荷来自粉尘颗粒对探头的撞击、摩擦和静电感应。由于安装在烟道上探头的表面积与烟道的截面积相比非常小,大部分接收到的电荷是由于粒子流经过探头附近所引起的静电感应而形成。排放浓度越高,感应、摩擦和撞击所产生的静电荷*越强。即O/tocM/t(这里,Q代表电荷,M代表颗粒物量,t代表时间)。电荷法技术包括直流耦合与交流耦合技术两种。电荷法属于浮游测定法,可以实现现场在线监测。目前国内应用比较普遍的烟尘在线监测系统主要有:采用交流耦合技术的澳大利亚GOYEN(高原)公司的EMS6型,采用直流耦合技术的英国CODEL公司的MonoGard型。由于不同的颗粒材料会产生不同的感应、摩擦电流,此类设备必需在安装后进行须标定。3.7、常用颗粒物检测方法比较上述颗粒物质量或相对质量浓度的各种测量方法,根据的是颗粒物的不同性质与质量的直接或间接的关系,在某一方面有一定的长处,同时会带来某方面的缺点(见表1),在选择测定方法时一定要注意扬长避短。颗粒物滤膜称重法一般需要较长的采样时间,很难适用于要求快速得到测量结果的场合,不能测定粒子的时空分布,测量结果是一段时间内的平均值,操作也较复杂。相比较而言,其他浓度测量方法虽然存在一定误差,但在颗粒物自动在线连续检测方面是滤膜称重法所无可比拟的,应根据不同的测定目的来选择。在需要实时在线测定的场合要用到相对质量浓度测量方法,而在不需要在线连续测量或需要考虑可比性的情况下,要用滤膜称重法直接测量颗粒物的质量浓度,同时,滤膜称重法采集的颗粒物样品可以用来进行其它分析。4、大气颗粒物浓度测试技术的发展趋势随着自动化及信息技术的迅速发展,环境监测也由以人工采样和实验室分析为主,向自动化、智能化和网络化为主的监测方向发展;由较窄领域监测向全方位领域监测的方向发展。监测仪器逐步向高质量、多功能、集成化、自动化、系统化和智能化的方面发展。社会需要大量的精确、使用方便、操作简单的大气颗粒物监测仪器、监控设备,应重点发展用于在线监测污染源烟尘、工业粉尘排放量(浓度或总量),包括测量相关参数:流量、含湿量、温度等,实现污染源排放浓度或总量监测以及监测和监控一体化的监测仪器,特别是适用于细微颗粒物(PM10、PM2.5)的采样和监测仪器。要适应这个发展,必须加强环境监测仪器和监测技术现代化的基础研究,研究颗粒物浓度对大气各种性质的影响,反过来根据这些影响探索物理、化学、生物、电子、光学等新技术在环境监测仪器和监测技术中的应用,研究新的颗粒物浓度检测方法。同时,促进监测仪器科研与生产结合,加快环境监测技术的创新和成果转化,逐步提高国内监测仪器的研发水平。

PM2.5是如何测量的?数据是怎么计算出来的?监测结果究竟准不准?相关媒体近日走入中国环境监测总站,对PM2.5的监测全过程一探究竟。走访后发现,目前我国各空气监测站点主要采用连续自动监测方法监测PM2.5,手工重量法主要用于连续自动监测方法的质量控制。  走进中国环境监测总站 探究PM2.5监测全过程  当雾霾来临,PM2.5充斥在每个角落时,我们每个人身处其中,呼吸着、感受着,可以说,对它的存在谁都不会陌生。但PM2.5是如何测量的?数据是怎么计算出来的?监测结果究竟准不准?  带着这些疑问,相关媒体近日走入中国环境监测总站,对PM2.5的监测全过程一探究竟。  手工监测天平精度可达1微克  要确保PM2.5监测数据的准确性,测量方法很重要。  说到测量,手工重量法不得不提,它可是PM2.5监测的基准方法。  因此,想要清楚认知PM2.5的测量过程,首先必须明白手工重量法的工作原理。仪器质检室的工程师张杨说:“在监测点位用采样器以恒定采样流量抽取空气,使空气中的PM2.5被截留在提前称重好的空白滤膜上,根据采样前后滤膜的质量变化和累积采样体积,计算出PM2.5的浓度。”  接下来的问题是,采样滤膜又是如何称重的呢?  首先,对称重环境要求极高。用于采样的滤膜受温度、湿度、震动等人为因素的干扰较大,从现场采样后的滤膜需要进行24小时平衡再进行称重,平衡条件则需要温度保持在20℃±1℃左右,湿度保持在50% RH±5%RH左右。  “只有在同一个温湿度环境下进行称重,得出的数据才能够保持一致性。” 除了对外部环境有要求,张杨还介绍了称重设施包括滤膜和天平在内的具体情况:“一片滤膜的重量很轻,只有145~150毫克,这只是滤膜的重量,相比颗粒物的增量就更少了,在0.1~11.5毫克之间,对应的污染物浓度为4~500微克/立方米。所需天平的条件需要达到百万分之一,精度称量分辨率为1微克。”  想看称重先过急速风吹关  为了从各个因素控制称量误差,一个具备高要求的实验室是必需的。  2015年6月,中国环境监测总站质检室筹建了国家大气监测网颗粒物称重中心(以下简称称重中心),以满足国控点位颗粒物(PM10、PM2.5)比对采样滤膜的称重。  想走进称重中心,可不是一件容易事。  称重中心对人员、设备的出入条件限制有严格的要求。由于对外部环境洁净度的要求极高,外来人员在进入称重中心最外围空间时必须更换中心配备的拖鞋,以减少对室内环境的影响。接下来,步入更衣室更换工作服,紧接着在智能风淋室开启风淋设备,通过急速风吹进一步减少衣物携带的颗粒物。  这些准备都是为了最大化减少对称重环境的影响,确保手工比对工作科学、准确。  进入实验室,一台承载了320片滤膜的称重系统正在进行编码/读码和称重工作。“为了确保每片滤膜的唯一性以及加强滤膜管理,编码采用14位编码原则,包括站点编号、采样信息、年份月份等。”工作人员解释说,就好比是每个人都有唯一的身份证号,编码工作锁定了滤膜的唯一性,以保障比对工作的准确、无误。  从实验室的工作节奏来看,320片滤膜进行平衡的时间需要24小时,每片滤膜需要进行两次称重,每次误差需要保持小于0.04毫克,每片测量时间大概需要5分钟,这样整个称重320片滤膜就需要3~4天的时间。  那么,不合格的称重滤膜会不会成“漏网之鱼”流入监测环节呢?工作人员说:“天平中会放置一块标准滤膜,相当于质控,很早称好了,如果测量结果显示变化很大,说明其中有污染,这时就要及时进行处理。”  据工作人员介绍,2015年12月起,称重中心已经完成了直管站的5次比对工作,每次比对20个站点,比对内容包括PM10、PM2.5。可以说,比对工作极大地提高了PM2.5监测的科学性和准确性。  自动监测每五分钟出一个数值  从全国范围来看,目前,地方各个监测点位对PM2.5多采用连续自动监测法下的β射线法和震荡天平法进行测量。市面上的检测仪器也主要依据这两种方式进行工作。  “这根长长的管子就是采样管,一头连接监测仪器,另一头连接室外的空气,它的顶部有个采样头,上面有个切割器,通过切割器将空气中的PM2.5拦截下来后,顺着采样管进入监测仪器中。”来到颗粒物实验室,大气室研究员潘本锋首先介绍了采用β射线法监测PM2.5的自动监测仪。  近距离观察这台仪器,可以发现密闭的舱体内有一个白色传输纸带,纸带上按照一定的间隔已经分布了一些黑色的斑点。“这就是昨天通过仪器自动采样得到的PM2.5。”潘本锋解释了仪器的工作原理:传输进来的空气经过纸带,把所含的颗粒物过滤在纸带上。仪器可以发射β射线,如果纸带上附着颗粒物,就会使射线能量衰减,衰减的量与颗粒物的浓度有直接关系,这样我们就测量出颗粒物的浓度含量。  实验室里还有另外一种依靠振荡天平进行监测的仪器。潘本锋说,仪器的设计灵感来自于航天技术,“太空中有质量没有重量,质量不变怎么测颗粒物质量浓度?在太空里称重就用了振荡天平。”  观察这台振荡天平测量仪,可以发现仪器中有个振荡原件,以及空气中不断收集的颗粒物。振荡原件随着颗粒物的多少出现不同的振荡频率,当颗粒物越来越重,振荡原件摆动的频率就会越来越慢。通过实时测量振荡的频率,进一步测算出颗粒物含量的浓度是多少。  翻阅现场数据记录可以看到,两种监测仪器可以做到实时测量,每隔几秒进行一次更新,每5分钟出一个数值,可以做到边采样边测量,而工作人员则每小时读取一次PM2.5浓度。  据了解,为确保PM2.5监测的准确性,我国出台了PM2.5监测的一系列技术规范,对PM2.5监测的运行维护、人员资质和质保质控提出了明确的要求。  空气质量监测实行联网管理  对PM2.5监测数据实时公开发布,在为公众提供健康指引的同时,强化了社会监督,进一步提高PM2.5监测的准确性。  “全国城市空气质量实时发布平台自2013年1月1日正式对外发布。” 大气室高级工程师孟晓艳一边在电脑上调取各地PM2.5实时监测数据,一边说道:“监测数据每小时都会从子站传过来,不会有人为干扰,这些指标包括AQI和PM2.5在内的6项基本污染物。公众可以自行通过网络上的实时发布平台进行24小时历史查询。”  除了实时发布平台,在孟晓艳的办公电脑上,还看到了另外一套系统,“这是我们的国家空气质量监测联网管理平台,用于管理审核、评价各地上报的PM2.5等监测数据,以进一步保障监测数据的准确性。”孟晓艳解释说,这套系统的应用本身就是对PM2.5监测数据的一种质量控制。  “十二五”以来,依据建成区面积和人口密度,兼顾代表性、科学性、稳定性和维护的便利性,我国对城市空气质量监测点位进行了优化和调整,使监测数据能全面客观反映空气质量状况。目前,我国的监测点位已经涵盖了338个城市的1436个站点。  运维质量关系数据质量。2016年,按照“谁考核谁监测”的原则,环境保护部积极推进空气质量监测事权上收工作,截至2016年11月底,全国1436个国家空气质量监测站点已全面上收,由国家统一委托运维公司负责运行维护,监测数据直报国家并对外公开,从体制机制上切断地方干预监测数据的风险。  多知道点  测量方法有哪些?  按测量方式划分,PM2.5的监测方法主要有手工重量法和连续自动法两种。连续自动监测法按照不同原理划分又可分为两种:振荡天平法和β射线法。  手工重量法是PM2.5监测的基准方法,用于判定连续自动监测方法的准确性和可靠性。美国和欧洲均以手工重量法作为PM2.5监测标准方法,并作为认证PM2.5自动监测仪器的基础方法。  我国也规定不同原理的PM2.5自动监测方法只有与手工重量法监测结果比对一致,才能应用于测量PM2.5。  但手工重量法耗时较长,需要将样品在恒温、恒湿条件下平衡24小时后进行测量,作为PM2.5自动监测的质控手段必不可少,但无法满足空气质量信息实时发布的需要。  连续自动监测法必须与手工重量法进行比对,且满足相关技术要求,才能用于PM2.5监测,是手工重量法的等效方法。它的特点是能够实时读取监测数据、时效性强,可及时向社会公众提供PM2.5实时数据和健康指引,在国内外得到广泛应用。  目前,我国各空气监测站点主要采用连续自动监测方法监测PM2.5,手工重量法主要用于连续自动监测方法的质量控制。  两种方法各有优缺点,互为补充。

发布时间:15-06-01 17:26分类:技术文章 标签:大气颗粒物检测 摘要:大气颗粒物是一种重要的空气污染物,详细分析了大气颗粒物浓度的检测原理、检测方法。基于膜捕集的称重法是*基本的颗粒物浓度检测方法,但是基于其他原理的颗粒物浓度检测方法在颗粒物的实时在线检测方面得到了广泛应用,对各类监测方法的优缺点作了对比,指出自动化、智能化和网络化是大气颗粒物浓度检测仪器的方向发展。 大气环境检测是所有大气环境工作的物质基础,不论是进行大气环境质量监测、大气污染防治,还是进行大气环境科学及工程的研究,都必须是在科学、准确测定大气环境参数的基础上进行,离开了准确的检测,其他的大气环境方面的所有工作都成了无稽之谈,因此,大气环境检测技术也随着大气环境科学与工程的发展而得到了迅速发展。大气中悬浮颗粒物的存在,会对环境产生严重影响,因此,大气颗粒物一直是大气环境研究中*前沿领域之一。 大气颗粒物浓度是评价大气颗粒物的重要指标之一,颗粒物浓度的检(监)测一直受到环境工作者的重视。本文综述大气颗粒物浓度检测技术的原理及检测仪器设备的市场及研究现状,并展示其发展趋势。 1、大气颗粒物浓度及测试分类 大气中的悬浮颗粒物(SPM)是大气颗粒物的统称,可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是直接进入大气中的颗粒物,粒径大小一般在1~20μm范围内,大部分大于2.5μm;二次污染物颗粒较小,其大小在0.01~1.0μm范围内,是大气中的气态污染物之间及气态污染物与尘粒之间相互发生化学或光化学反应产生的。根据大气颗粒物的粒径大小,将大气颗粒物分别命名。其中,对环境影响较大,引起人们普遍关注的有总悬浮颗粒物(TSP)、可吸人颗粒物(PM10)、可人肺颗粒物(PM2.5)。 大气中的悬浮颗粒物对人体健康的负面影响,及对城市大气能见度、气候、空气质量、生态环境的影响,都与总悬浮颗粒物(TSP)、PM10及PM2.5的数量及质量多少有关,为准确描述颗粒物的影响,在研究大气颗粒物的行为、影响时,制定了大气颗粒物浓度的指标,大气颗粒物浓度可分为个数浓度、质量浓度和相对质量浓度。个数浓度指以单位体积空气中含有的颗粒物个数表示的浓度值,单位为粒/cm3、粒/L,多应用于空气洁净技术领域,无尘室、超净工作间等超低浓度环境和需要气溶胶的个数浓度来解释种种现象的气象学领域。质量浓度指以单位体积空气中含有的颗粒物的质量表示的浓度,单位为mg/m3或μg/m3,用于一般的大气颗粒物研究领域。相对浓度是指与颗粒物的*浓度有一定对应关系的物理量数值,作为相对浓度使用的物理量有光散射量、放射线吸收量、静电荷量、石英振子频率变化量等。 大气颗粒物浓度的测量,主要是根据颗粒物的物理性质(包括力学、电学、光学等)与颗粒物的数量或质量之间的关系,通过相应的仪器设备进行的。根据测量的具体操作,可将大气颗粒物的测试方法分为捕集测定法和浮游测定法,捕集测定法是指*用各种手段捕集空气中的微粒,再测定其浓度的方法;能保持空气中的浮游颗粒仍为浮游状态而测定其浓度的方法为浮游测定法。 2、个数浓度的测定 个数浓度的测定方法主要有两种: 2.1、化学微孔滤膜显微镜计数法 在洁净环境含尘浓度的测定中,用滤膜显微镜计数法测量个数浓度是个数浓度测定法的*基本方法,其原理是将微粒捕集在滤膜表面,再使滤膜在显微镜下成为透明体,然后观察计数,分试样样品采集、显微镜观察和粒子计数三个过程,属捕集测定法。 2.2、光散射式粒子计数器 光散射式粒子计数器的原理是用光照射浮游粒子,粒子将引起入射光的散射,球形粒子引起的光散射强度可由Mie的光散射理论式计算,被测粒子的散射光强与含各种粒径的聚苯乙烯标准粒子的散射光强相比较,得到不同粒径粒子的个数浓度。光散射法可直接得到测量数据,但颗粒物重叠、标准粒子与被测粒子的折射率不同及粒子带有电荷会造成误差;对于浓度较高的粒子,几乎所有的计数器都是随粒径的变小而计数率变低。 3、质量浓度的测定 颗粒物的质量浓度在大气颗粒物研究中使用*多,所以其测定方法的研究得到了充分重视,基于各种原理的测定的方法也*多,经常使用的方法有滤膜称重法、光散射法、压电晶体法、电荷法、β射线吸收法及*近几年发展起来的微量振荡天平法等。这些测试方法的具体原理是: 3.1、滤膜称重法 滤膜称重法是颗粒物质量浓度测定的基本方法,以规定的流量采样,将空气中的颗粒物捕集于高性能滤膜上,称量滤膜采样前后的质量,由其质量差求得捕集的粉尘质量,其与采样空气量之比即为粉尘的质量浓度。 仪器主要由采样仪、分析天平等组成,根据所用的采样仪的流量大小不同,将采样仪分为大流量(1m3/min以上)、中流量(100L/min左右)和小流量(10~30 L/min)三种,在选用采样仪时,应考虑他们之间的可比性,一般以大流量采样仪作比较。称重法单*或配合切割器可测量TSP、PM10、PM2.5,称重法测定颗粒物质量浓度时需要的时间一般较长(3~24h)。 滤膜称重法测定的是颗粒物的*质量浓度,其优点是原理简单,测定数据可靠,测量不受颗粒物形状、大小、颜色等的影响,但在测定过程中,存在操作烦琐、费时、采样仪笨重、噪声大等缺点,不能立即给出测试结果。 3.2、光散射式测量仪 光散射式测量仪测量质量浓度的原理和光散射式粒子计数器的原理类似,是建立在微粒的Mie散射理论基础上的。光通过颗粒物质时,对于数量级与使用光波长相等或较大的颗粒,光散射是光能衰减的主要形式。 光散射数字测尘仪包括光源、集光镜、传感器、放大器、分析电路及显示器等,由光源发出的光线照射在颗粒物上产生散射,此散射光通过集光镜到达传感器上,传感器把感受到的信号转换成电信号,经过放大和分析电路,可以计测脉冲的发生量,即可得到以每分钟脉冲数(CPM)表示的相对浓度。当颗粒物性质一定时,可以通过称重法*求出CPM与mg/m3的转换系数K,根据K值将CPM值直接转换、显示为质量浓度(mg/m3)。光散射数字测尘仪的光源有可见光、激光及红外线等,配合切割器,可以用来测量PM10、PM2.5。 光散射测尘仪属浮游测定法,可以实时在线监测空气中颗粒物的浓度,根据颗粒物性质预*设K值,可以现场直接显示质量浓度(mg/m3),体积小,重量轻,操作简便,噪音低,稳定性好,可直读测定结果,可以存储以及输出电信号实现自动控制,适于公共场所卫生及生产现场粉尘等场合和大气质量监测中使用。

2013年2月,我国将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物,其化学成分主要包括有机碳(OC)、元素碳(EC)、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐(Na)等。PM2.5在空气中的含量浓度越高,就代表空气污染越严重。随着空气污染越来越严重,大家对于PM2.5也越来越关注。 同一年中国环境监测总站公布了《PM2.5自动监测仪器技术指标与要求(试行)(2013年版)》,PM2.5自动监测仪器的方法可选用β射线加动态加热系统方法、β射线加动态加热系统联用光散射方法、微量振荡天平加膜动态测量系统方法。 为了对于PM2.5有更加精准的监测,目前我国已建成了全球最多的大气监测超级站,全国PM2.5监测网也已建成,而且PM2.5、臭氧和挥发性有机物VOCs等在线监测技术也得到了极大提升,科学仪器在大气监测中发挥着更加重大的作用。其中,光谱、质谱等仪器在此处的应用越来越广泛,特别是部分监测技术已经达到国际先进水平,初步满足了现阶段我国对于空气污染监测的需要。 PM2.5监测力度加大 少不了科学仪器来助阵 聚光科技结合多年环境与安全检测仪器的开发经验以及国内外用户的最新需求,开发了PMS200系列小流量颗粒物采样器,重点考虑了产品的准确性、稳定性、可靠性及经济性,适用于环境大气中PM10、PM2.5等颗粒的连续采样。 单通道颗粒物采样器(PMS-200)系统由PM10切割头、PM2.5切割器、大气温度检测单元、滤纸层、流量控制系统和温控系统等组成。通过抽气泵将环境空气抽入仪器,流量控制在16.67L/min,气流经PM10和PM2.5切割器后,空气动力学直径大于2.5μm的颗粒物被留在切割器中,小于等于2.5μm的颗粒物则被截留在滤膜上。双通道颗粒物采样器(PMS-200D)系统采用虚拟式切割器,可进行两路采样,PM2.5和PM10-2.5分别被采集在两个滤膜上,两路的流量分别为15L/min和1.67L/min。 此外,聚光科技PMS-200M PM2.5颗粒物多通道采样器为实现对大气中多种气态和颗粒物样品同时采样提供了一种灵活的方法。PMS-200M标准配置为4个采样通道,可通过软件灵活配置采样通道数。通过流路和时序复用技术可扩展至8个采样通道。每个通道流量控制采用闭环反馈控制技术,保证通道流量的稳定性。 以上两类科学仪器只是监测网中的一小类,全国监测网的形成必定需要更多更完善的设备,借用环境保护部部长陈吉宁的话来说就是,“虽然全国PM2.5监测网已经建成,其实我们更关心的是组分网,不仅测PM2.5浓度,还测到底有哪些成分?解释污染物是怎么产生的?” 这表明需要更多的科学仪器来投入分析研究中,来给公众答疑解惑,来为生态环境保驾护航。有环保局负责人表示,在“十三五”期间,将对1436个空气质量监测国控网点进一步优化,更能客观反映空气质量情况;将建设16个空气背景站点、96个空气区域站点,建一些颗粒物组分站和光化学监测站点,通过超级站的建设更优化空气质量站点布设,更好发挥作用。这对仪器行业来说无疑是个喜讯,意味着未来环境监测市场将更加广阔,在此,我们也期待能有更加先进的仪器设备被研发出来用于实践中。 标签: 动态测量系统 科学仪器