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          環境空氣顆粒物β射線法自動監測技術指南

          閱讀:638      發布時間:2020/4/9

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              顆粒物(Particulate Matter)簡稱PM,對于人體健康的危害極大,目前已經引起人們高度重視的主要是PM10和PM2.5。而且隨著工業、交通迅猛發展,人為原因造成的顆粒物污染日趨嚴重,人們對于PM10和PM2.5重視也越來越高。


              2012 年新《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)的發布將PM10和 PM2.5連續自動監測方法的編制提上日程。


              2020年2月12日,生態環境部發布了HJ 1100-2020 《環境空氣中顆粒物(PM10和 PM2.5)β射線法自動監測技術指南》,該標準為首次發布,將于2020年4月12日起正式實施,該標準規定了環境空氣中顆粒物(PM10和 PM2.5)的自動測定方法。

          現將標準解讀如下:




          01 適用范圍


          本標準規定了自動測定環境空氣中顆粒物(PM10和 PM2.5)的β射線法。

          本標準適用于環境空氣中顆粒物(PM10和 PM2.5)的自動測定。

          當儀器量程為0μg/m3~1000μg/m3時,本標準方法檢出限為1μg/m3,測定下限為 4μg/m3。

          本標準的質量濃度指實際狀態(監測時大氣溫度和壓力)下的濃度。

          (標準原文)



          解析:該標準檢出限的確定參考HJ 654的方法,以標準偏差的2倍作為檢出限。


               本標準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應符合《高效空氣過濾器》(GB/T 13554)要求。儀器運行穩定后,以1小時間隔讀取25個小時平均值數據,計算標準偏差,以標準偏差的2倍,作為方法檢出限,檢出限的4倍作為測定下限。




          02 方法原理




          樣品空氣通過切割器以恒定的流量經過進樣管,顆粒物截留在濾帶上。β射線通過濾帶時,能量發生衰減,通過對衰減量的測定計算出顆粒物的質量。

          (標準原文)

           




          解析:

          a、切割器:根據所測顆粒物粒徑大小選擇合適的切割器。當測定PM10和 PM2.5時切割器性能指標符合HJ 93中關于切割器捕集效率的幾何標準差要求。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標準中對于小流量采樣器工作點流量的一般要求及HJ 817標準附錄A顆粒物自動監測儀器流量校準方法的要求,采用16.7L/min作為工作流量點。



          c、濾帶:可選用玻璃纖維材質、石英材質等無機材質或聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、混合纖維素等有機材質。濾帶應邊緣平整、厚薄均勻、無毛刺、無污染,不得有針孔或任何破損。在規定膜面流速下,PM10采樣濾帶要求對0.3 μm顆粒物的截留效率≥99%,PM2.5 采樣濾帶要求對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2092型 環境空氣質量監測儀采用的是低能量14C放射源,穩定性好、安全耐用,活度范圍一般都在豁免值以下,符合放射性安全標準。




          03 干擾與消除



          1) β 射線電子流的空間分布不規則或采樣系統磨損導致的顆粒物截留不均勻等因素,會產生測定誤差。

          2) 顆粒物的元素組成和化學成分對單位質量吸收系數k的影響很小。

          3) 顆粒物放射性對 β 射線的影響很小。部分儀器可以通過檢測氡氣 α 放射值,減去其產生的β射線影響。

          4) 濕度對顆粒物的測定有一定影響,可采取動態加熱方式減少濕度的影響,但同時需要控制加熱功率和加熱溫度以減少揮發性有機物的損失。

          (標準原文)




          解析:

          動態加熱:通過溫濕度感應器檢測環境溫濕度,當環境溫濕度達到設置點時,自動啟動動態加熱系統,并根據當前溫濕度值智能控制加熱管組件,使采樣器的溫濕度達到設定的范圍內。加熱溫度范圍根據實際情況一般設置在 40℃~50℃之間。相比于恒溫加熱,恒溫長時間加熱將造成顆粒物中部分揮發性組分的損失,而當采用動態加熱時,由于可以根據空氣中相對濕度的大小自動調節加熱溫度,在防止采樣管結露的同時,最大限度地減少了采樣管加熱造成的揮發性組分損失,因此采用動態加熱時測得結果會高于恒溫加熱法。




          04 儀器和設備



          測量裝置應包括切割器、進樣管、密封裝置、濾帶支架、β射線測量系統、流量控制裝置、泵、流速計或流量計等部分,流量控制裝置應能將采樣流量控制在設定值的±5%范圍內,不同類型β射線儀器系統組成示意圖見標準附錄 A。儀器的性能指標應符合 HJ 653 的要求。

          (標準原文)

           




          解析:

          結構:對于β射線儀采用較為普遍的兩種結構如下圖:其中圖A.1結構的β射線儀采樣單元與測量單元同位置,相比于采用異位結構的β射線儀(圖A.3所示),能夠從根據上解決移動紙帶所帶來的測量誤差,保證測量結果的準確性。



           

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          流量控制:標準要求流量控制裝置應能將采樣流量控制在設定值的±5%范圍內。嶗應儀器采用外國原裝進口抽氣泵,流量穩定,且使用壽命長,為用戶節約后期維護費用。




          05 分析步驟


           
          切割器選擇
          根據所測顆粒物粒徑大小選擇合適的切割器。當測定PM10和 PM2.5時,切割器性能指標應符合 HJ 93 中關于切割器捕集效率的幾何標準差要求。


           
          儀器安裝與調試
          1. 參數的設置:進樣管加熱控制、采樣時間或平均濃度時間、采樣流量、走帶速度。儀器設置參考條件參見標準HJ 655執行。

          2.調試:調試指標包括溫度測量示值誤差、大氣壓測量示值誤差、流量測試、校準膜重現性和參比方法比對調試等,調試的檢測方法和指標按照   HJ 655 執行。


           
          標準膜檢查
          檢查周期:不超過半年。

          檢查合格指標:檢查結果與標準膜的標稱值誤差≤±2%。

          若不滿足、上述指標,需對儀器進行校準或維修。


           
          校準
          1、校準周期:

          a、校準膜片法校準:標準膜檢查結果不合格時,需對儀器進行校準。

          b、實際樣品稱重法校準周期:一般每半年進行一次校準。

          c、維修后校準:定量結果相關的儀器部件維修后需對儀器進行校準。

          2、零點校準:校準時泵停止工作,避免空氣和顆粒物進入采樣裝置。

          3、質量校準(以下兩種校準方法可以任選一種進行)

          a、校準膜片法 

          b、實際樣品稱重法

          校準方法參照標準7.4.3說明,相比于實際樣品稱重法,校準膜片法因操作簡便被廣泛采用。

           
          樣品測定

          儀器穩定后開始測定。

           
          樣品結果計算與表示
          結果計算:參照標準8.1公式進行計算

          結果表示:測定結果保留整數位。用于空氣質量評價的監測數據統計方法按照   HJ 663 執行,數據有效性判斷按照 HJ 817 執行。




          06 質量保證與質量控制


          ? 每月進行一次氣路檢漏和流量檢查,每季度進行一次氣溫和氣壓測量結果檢查,每半年用標準濕度計進行一次氣體濕度傳感器檢查,每半年進行一次數據采集儀記錄數據和儀器顯示或儲存監測結果一致性檢查。檢查結果不符合 HJ 817 的合格指標時,需進行校準。

          ? 每年進行一次流量、氣溫、氣壓、濕度和儀器準確度審核,審核的指標和方法按照 HJ 817 執行。如果當地濕度或揮發性組分隨季節變化較大時,可以縮短儀器準確度審核周期。

          (標準原文)

           





          07 注意事項


          使用的 β 射線源揮發  性應符合放射性安全標準,儀器報廢后應按照有關規定處置放射源。

          (標準原文)

           





          08 推薦儀器

           


          嶗應2092型 環境空氣質量監測儀


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          主要特點:

          1)采用β射線吸收法直接測量顆粒物質量濃度,不受季節變化的影響,無需修正,全天候實時提供精確數據。

          2)采用DHS(動態加熱系統),加熱采樣入口氣體并具有動態溫濕度補償功能,符合國家標準,可以保證對半揮發性硝酸鹽和有機物的精確測量。

          3)野外作業級防護,不銹鋼材質機殼,具備電子兼容設計,以及IP65防塵、防水設計,能夠適用全天候復雜環境。

          4)模塊化設計,故障率低,便于維護,擴展性強。

          5)智能化設計,具備故障報警以及故障自診斷功能。

          6)可選配多規格切割器,對PM10和 PM2.5濃度進行實時測量。

          7)顆粒物監測采樣和檢測同位置,從根本上解決了移動紙帶所帶來的測量誤差。

          8)采用國外原裝進口抽氣泵,流量穩定,使用壽命長。

          9)內置4G數據傳輸模塊(DTU),可進行數據上傳,數據傳輸符合《污染源在線監控(監測)系統數據傳輸標準》(HJ 212-2017)。

          10)可實現氣象五要素的實時監測,標配溫度、濕度、壓力傳感器,可選配風向、風速傳感器等。

           

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