环境空气颗粒物β射线法自动监测技术指南

2020-04-27 /

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颗粒物（Particulate Matter）简称PM，对于人体健康的危害ji大，目前已经引起人们高度重视的主要是PM10和PM2.5。而且随着工业、交通迅猛发展，人为原因造成的颗粒物污染日趋严重，人们对于PM10和PM2.5重视也越来越高。
2012 年新《环境空气质量标准》（GB3095-2012）的发布将PM10和 PM2.5连续自动监测方法的编制提上日程。
2020年2月12日，生态环境部发布了HJ 1100-2020 《环境空气中颗粒物（PM10和 PM2.5）β射线法自动监测技术指南》，该标准为shou次发布，将于2020年4月12日起正式实施，该标准规定了环境空气中颗粒物（PM10和 PM2.5）的自动测定方法。
现将标准解读如下：
01 适用范围
本标准规定了自动测定环境空气中颗粒物（PM10和 PM2.5）的β射线法。
本标准适用于环境空气中颗粒物（PM10和 PM2.5）的自动测定。
当仪器量程为0μg/m3～1000μg/m3时，本标准方法检出限为1μg/m3，测定下限为 4μg/m3。
本标准的质量浓度指实际状态（监测时大气温度和压力）下的浓度。
（标准原文）
解析：该标准检出限的确定参考HJ 654的方法，以标准偏差的2倍作为检出限。
本标准检出限确定方法如下：取下颗粒物切割器，安装高效空气过滤器，高效空气过滤器性能指标应符合《高效空气过滤器》（GB/T 13554）要求。仪器运行稳定后，以1小时间隔读取25个小时平均值数据，计算标准偏差，以标准偏差的2倍，作为方法检出限，检出限的4倍作为测定下限。
02 方法原理
样品空气通过切割器以恒定的流量经过进样管，颗粒物截留在滤带上。β射线通过滤带时，能量发生衰减，通过对衰减量的测定计算出颗粒物的质量。
（标准原文）
解析：
a、切割器：根据所测颗粒物粒径大小选择合适的切割器。当测定PM10和 PM2.5时切割器性能指标符合HJ 93中关于切割器捕集效率的几何标准差要求。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：参考HJ 93标准中对于小流量采样器工作点流量的yi般要求及HJ 817标准附录A颗粒物自动监测仪器流量校准方法的要求，采用16.7L/min作为工作流量点。
c、滤带：可选用玻璃纤维材质、石英材质等无机材质或聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、混合纤维素等有机材质。滤带应边缘平整、厚薄均匀、无毛刺、无污染，不得有针孔或任何破损。在规定膜面流速下，PM10采样滤带要求对0.3 μm颗粒物的截留效率≥99%，PM2.5 采样滤带要求对0.3 μm颗粒物的截留效率≥99.7%。
d、β射线：放射性元素核衰变过程中发出的电子流。注：β射线源可以使用147Pm、14C或85Kr 等放射源。其中，崂应2092型环境空气质量监测仪采用的是低能量14C放射源，稳定性好、安全耐用，活度范围yi般都在豁免值以下，符合放射性安全标准。
03 干扰与消除
1) β 射线电子流的空间分布不规则或采样系统磨损导致的颗粒物截留不均匀等因素，会产生测定误差。
2) 颗粒物的元素组成和化学成分对单位质量吸收系数k的影响很小。
3) 颗粒物放射性对 β 射线的影响很小。部分仪器可以通过检测氡气 α 放射值，减去其产生的β射线影响。
4) 湿度对颗粒物的测定有yi定影响，可采取动态加热方式减少湿度的影响，但同时需要控制加热功率和加热温度以减少挥发性有机物的损失。
（标准原文）
解析：
动态加热：通过温湿度感应器检测环境温湿度，当环境温湿度达到设置点时，自动启动动态加热系统，并根据当前温湿度值智能控制加热管组件，使采样器的温湿度达到设定的范围内。加热温度范围根据实际情况yi般设置在 40℃～50℃之间。相比于恒温加热，恒温长时间加热将造成颗粒物中部分挥发性组分的损失，而当采用动态加热时，由于可以根据空气中相对湿度的大小自动调节加热温度，在防止采样管结露的同时，zui大限度地减少了采样管加热造成的挥发性组分损失，因此采用动态加热时测得结果会高于恒温加热法。
04 仪器和设备
测量装置应包括切割器、进样管、密封装置、滤带支架、β射线测量系统、流量控制装置、泵、流速计或流量计等部分，流量控制装置应能将采样流量控制在设定值的±5%范围内，不同类型β射线仪器系统组成示意图见标准附录 A。仪器的性能指标应符合 HJ 653 的要求。
（标准原文）
解析：
结构：对于β射线仪采用较为普遍的两种结构如下图：其中图A.1结构的β射线仪采样单元与测量单元同位置，相比于采用异位结构的β射线仪（图A.3所示），能够从根据上解决移动纸带所带来的测量误差，保证测量结果的准确性。
流量控制：标准要求流量控制装置应能将采样流量控制在设定值的±5%范围内。崂应仪器采用外guo原装进口抽气泵，流量稳定，且使用寿命长，为用户节约后期维护费用。
05 分析步骤
切割器选择
根据所测颗粒物粒径大小选择合适的切割器。当测定PM10和 PM2.5时，切割器性能指标应符合 HJ 93 中关于切割器捕集效率的几何标准差要求。
仪器安装与调试
1. 参数的设置：进样管加热控制、采样时间或平均浓度时间、采样流量、走带速度。仪器设置参考条件参见标准HJ 655执行。
2.调试：调试指标包括温度测量示值误差、大气压测量示值误差、流量测试、校准膜重现性和参比方法比对调试等，调试的检测方法和指标按照 HJ 655 执行。
标准膜检查
检查周期：不超过半年。
检查合格指标：检查结果与标准膜的标称值误差≤±2%。
若不满足、上述指标，需对仪器进行校准或维修。
校准
1、校准周期：
a、校准膜片法校准：标准膜检查结果不合格时，需对仪器进行校准。
b、实际样品称重法校准周期：yi般每半年进行yi次校准。
c、维修后校准：定量结果相关的仪器部件维修后需对仪器进行校准。
2、零点校准：校准时泵停止工作，避免空气和颗粒物进入采样装置。
3、质量校准（以下两种校准方法可以任选yi种进行）
a、校准膜片法
b、实际样品称重法
校准方法参照标准7.4.3说明，相比于实际样品称重法，校准膜片法因操作简便被广泛采用。
样品测定
仪器稳定后开始测定。
样品结果计算与表示
结果计算：参照标准8.1公式进行计算
结果表示：测定结果保留整数位。用于空气质量评价的监测数据统计方法按照 HJ 663 执行，数据有效性判断按照 HJ 817 执行。
06 质量保证与质量控制
❍ 每月进行yi次气路检漏和流量检查，每季度进行yi次气温和气压测量结果检查，每半年用标准湿度计进行yi次气体湿度传感器检查，每半年进行yi次数据采集仪记录数据和仪器显示或储存监测结果yi致性检查。检查结果不符合 HJ 817 的合格指标时，需进行校准。
❍ 每年进行yi次流量、气温、气压、湿度和仪器准确度审核，审核的指标和方法按照 HJ 817 执行。如果当地湿度或挥发性组分随季节变化较大时，可以缩短仪器准确度审核周期。
（标准原文）
07 注意事项
使用的 β 射线源挥发性应符合放射性安全标准，仪器报废后应按照有关规定处置放射源。
（标准原文）
08 推荐仪器
崂应2092型环境空气质量监测仪
主要特点：
1）采用β射线吸收法直接测量颗粒物质量浓度，不受季节变化的影响，无需修正，全天候实时提供jing确数据。
2）采用DHS（动态加热系统），加热采样入口气体并具有动态温湿度补偿功能，符合guojia标准，可以保证对半挥发性硝酸盐和有机物的jing确测量。
3）野外作业ji防护，不锈钢材质机壳，具备电子兼容设计，以及IP65防尘、防水设计，能够适用全天候复杂环境。
4）模块化设计，故障率低，便于维护，扩展性强。
5）智能化设计，具备故障报警以及故障自诊断功能。
6）可选配多规格切割器，对PM10和 PM2.5浓度进行实时测量。
7）颗粒物监测采样和检测同位置，从根本上解决了移动纸带所带来的测量误差。
8）采用guo外原装进口抽气泵，流量稳定，使用寿命长。
9）内置4G数据传输模块（DTU）,可进行数据上传，数据传输符合《污染源在线监控（监测）系统数据传输标准》（HJ 212-2017）。
10）可实现气象五要素的实时监测，标配温度、湿度、压力传感器，可选配风向、风速传感器等。

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