北京市化工研究院-尹洧

1、空氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢北京市化工研究院2014.8空氣質(zhì)量與人體健康 每個成年人平均每天要呼吸空氣15m3，保證人們呼吸到清潔干凈的空氣是最重要的環(huán)保任務(wù)之一?？諝赓|(zhì)量的好壞直接影響人類的身體健康問題。由于顆粒物表面的吸附作用，使其組分非常復(fù)雜，其中含有多種有毒有害的化學(xué)成分，對大氣環(huán)境造成諸多不良影響，并危及人體健康?？諝赓|(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng) 四十年前，發(fā)達國家陸續(xù)建立起環(huán)境空氣連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)，用于實時采集和分析環(huán)境空氣質(zhì)量狀況和變化。上世紀80年代，我國開始引進國外的系統(tǒng)設(shè)備，90年代初期，我國將103個城市的環(huán)境監(jiān)測站整合建成了空氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)?？諝赓|(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng) 新世

2、紀以來，國家對47個城市實行了環(huán)境空氣質(zhì)量日報和預(yù)報，監(jiān)測項目為SO2、NO2、PM10；目前實現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量日報的已有161個城市，監(jiān)測項目為SO2、NO2、PM10、 PM2.5、 O3、CO，發(fā)布形式為空氣污染物指數(shù)、首要空氣污染物、空氣質(zhì)量級別和空氣質(zhì)量狀況，實現(xiàn)了空氣質(zhì)量日報，經(jīng)由媒體向社會發(fā)布。人們可以隨時在環(huán)保部的網(wǎng)站上查到這些城市即時的空氣質(zhì)量狀況，還可查到過去2周城市AQI（環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)）的變化情況。環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù) 空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index，簡稱AQI）是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù)（HJ633-2012）。針對單項污染物的還規(guī)定了空氣質(zhì)量分

3、指數(shù)。參與空氣質(zhì)量評價的主要污染物為細顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）等六項。評價空氣質(zhì)量的依據(jù)為GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準，將濃度超過國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準的污染物稱之為超標(biāo)污染物?？諝赓|(zhì)量指數(shù)空氣質(zhì)量指數(shù) 我國描述 美國描述 050 優(yōu) （一級） 好 51100 良 （二級） 中等 101150 輕度污染（三級） 對敏感人群不健康 151200 中度污染（四級） 不健康 201300 重度污染 （五級） 非常不健康 300 嚴重污染 （六級） 災(zāi)難空氣質(zhì)量指數(shù)與人體健康A(chǔ)QI對健康影響應(yīng)對一

4、級令人滿意，基本無空氣污染各類人群可正常活動二級可接受，但某些污染物可能對極少數(shù)異常敏感人群健康有較弱影響極少數(shù)異常敏感人群應(yīng)減少戶外活動三級易感人群癥狀有輕度加劇，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀兒童、老年人及心臟病、呼吸系統(tǒng)疾病患者應(yīng)減少長時間。高強度的戶外鍛煉空氣質(zhì)量指數(shù)與人體健康A(chǔ)QI對健康影響應(yīng)對四級進一步加劇易感人群癥狀，可能對健康人群心臟、呼吸系統(tǒng)有影響兒童、老年人及心臟病、呼吸系統(tǒng)疾病患者避免長時間。高強度的戶外鍛煉，一般人群適量減少戶外運動五級心臟病和肺病患者癥狀加劇，運動耐受力降低，健康人群普遍出現(xiàn)癥狀兒童、老年人和心臟病、肺病患者停留在室內(nèi)，停止戶外活動，一般人群減少戶外活動六級 健

5、康人群耐受力降低，有明顯強烈癥狀，提前出現(xiàn)某些疾病兒童、老年人和病人應(yīng)當(dāng)停留在室內(nèi)，避免體力消耗，一般人群應(yīng)避免戶外活動相關(guān)的法律、法規(guī)和標(biāo)準中華人民共和國環(huán)境保護法，1989.12.26 中華人民共和國大氣污染防治法，2000.4.29 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準GB3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）HJ693-2012環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位布設(shè)技術(shù)規(guī)范（試行）HJ664-2013環(huán)境空氣質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)范（試行）HJ663-2013法律、法規(guī)和標(biāo)準環(huán)境空氣 氣態(tài)污染物（SO2、NO2、O3、CO）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)安裝驗收技術(shù)規(guī)范HJ1932013環(huán)境空氣 氣態(tài)污染物（SO2、N

6、O2、O3、CO）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法HJ6542013環(huán)境空氣 顆粒物（PM10和PM2。5）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法HJ6532013環(huán)境空氣 顆粒物（PM10和PM2。5）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)安裝驗收技術(shù)規(guī)范HJ6552013法律、法規(guī)和標(biāo)準固定污染源 煙氣排放 連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法（試行）HJ/T762007固定污染源 煙氣排放 連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（試行）HJ/T752007環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測規(guī)范（試行）國家環(huán)保總局公告2007年第4號環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范HJ/T1932005環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 環(huán)保部于20

7、13年發(fā)布了環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法（HJ653-2013），規(guī)定了環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求、性能指標(biāo)和檢測方法。 PM10和PM2.5連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)包括樣品采集單元、樣品測量單元、數(shù)據(jù)采集和傳輸單元以及其他輔助設(shè)備。環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范工作條件：n切割器在以下環(huán)境條件下應(yīng)能正常工作：環(huán)境溫度-3050，大氣壓80106kPan監(jiān)測儀在以下環(huán)境條件下應(yīng)能正常工作：環(huán)境溫度1535，相對濕度85%，大氣壓80106kPan供電電壓AC22022V，501Hzn在低溫、

8、低壓等特殊環(huán)境條件下，儀器設(shè)備的配置應(yīng)滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的使用要求。環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)采用射線法時，使用的射線源應(yīng)符合放射性安全標(biāo)準。環(huán)境空氣顆粒物（PM10和PM2.5）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)功能要求1.濾膜要求 在規(guī)定膜面流速下， PM10采樣濾膜要求對0.3m顆粒物的截留效率99%，PM2.5采樣濾膜要求對0.3m顆粒物的截留效率99.7% 。2. 具備顯示和設(shè)置系統(tǒng)時間的功能及時間標(biāo)簽功能，數(shù)據(jù)位設(shè)置時段的平均值。3. 具備記錄或輸出過程中的環(huán)境大氣壓、環(huán)境溫度、流量和濃度等數(shù)據(jù)的功能。4. 具有數(shù)字信號輸出功能，數(shù)據(jù)采集和存儲記錄應(yīng)符合相關(guān)要求。5. 具備

9、3個月以上數(shù)據(jù)的存儲能力。6. 儀器掉電后，能自動保存數(shù)據(jù)；恢復(fù)供電后可自動啟動，恢復(fù)運行狀態(tài)并正常開始工作。環(huán)境空氣顆粒物（PM10）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)性能指標(biāo)1. 濃度測量范圍：01000g/m3或010000 g/m3 （可選），最小顯示單位0.1 g/m3 。2. 切割性能：50%切割粒徑Da50=100.5 m，捕集效率的幾何標(biāo)準偏差g=1.50.13. 時鐘誤差：在監(jiān)測儀正常工作狀態(tài)下測試6h，時鐘誤差20s。斷開監(jiān)測儀的工id安總計5次（各次斷電持續(xù)時間分別為20s、40s、2min、7min、20min，且每次斷電之間應(yīng)保證不少于10min正常電力供應(yīng)），測試6h，時鐘誤差2mi

10、n。4. 溫度測量示值誤差：在-3050范圍內(nèi)，溫度測量示值誤差2 。環(huán)境空氣顆粒物（PM10）連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)性能指標(biāo)5.大氣壓測量示值誤差：在80106kPa范圍內(nèi)，溫度測量示值誤差1kPa。6.流量穩(wěn)定性：24h內(nèi)，每一次測試時間點流量變化10%設(shè)定流量， 24h內(nèi)平均流量變化5%設(shè)定流量。7. 校準膜重現(xiàn)性：監(jiān)測儀校準膜重現(xiàn)性2%（標(biāo)稱值）。8. 電壓變化穩(wěn)定性：供電電壓變化10%，監(jiān)測儀校準膜測量值的變化5% （標(biāo)稱值）。9.儀器平行性：三臺（套）儀器平行性10%。10.參比方法比對測試：使用參比方法進行至少10組有效數(shù)據(jù)的對比測試，測試結(jié)果進行線性回歸分析，符合以下要求：斜率10.

11、5；截距0 10 g/m3 ；相關(guān)系數(shù)0.95。11.有效數(shù)據(jù)率：連續(xù)運行至少90天，有效數(shù)據(jù)率不低于85%?？諝赓|(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)作用n掌握區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量狀況，判斷其是否符合國家短期和中長期的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準。n掌握監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)空氣污染最嚴重的地點和時間內(nèi)區(qū)域內(nèi)人群暴露水平。n分析污染物排放源對空氣質(zhì)量的影響，評價環(huán)境治理措施的效果，為環(huán)境管理和決策提供支持。n積累長期空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，掌握背景水平及其發(fā)展趨勢，為制定和修改環(huán)境標(biāo)準提供科學(xué)依據(jù)。n為進行空氣污染預(yù)測預(yù)報工作和污染影響評價、空氣擴散數(shù)學(xué)模式等研究工作提供大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計以系統(tǒng)化、

12、自動化、模塊化和微型化為主，按地域結(jié)構(gòu)劃分和系統(tǒng)實現(xiàn)的功能劃分系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。地域劃分模塊 系統(tǒng)設(shè)計主要面向省、市級管轄的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站操作進行，目的在于實現(xiàn)實時自動采集大氣樣本。按照空間地理位置可將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為3級： 1. 現(xiàn)場監(jiān)測基站模塊，位于整個系統(tǒng)的基層和最底層?，F(xiàn)場基站負責(zé)對傳感元件進行調(diào)整和校準，完成空氣質(zhì)量濃度參數(shù)的基本采集，對采集到的數(shù)據(jù)進行初步信號調(diào)理后傳給下一個處理單元。地域劃分模塊2. 系統(tǒng)監(jiān)控子站模塊：系統(tǒng)運用單片機為微控制器的簡易最小系統(tǒng)和虛擬儀器相關(guān)技術(shù)智能控制系統(tǒng)的運行，包括傳輸數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)等，工作人員可通過此級實施軟件對系統(tǒng)操作進行具體的

13、控制，如對儀器現(xiàn)狀的監(jiān)控、儀器信息設(shè)置、各種參數(shù)修改等，也可以查詢數(shù)據(jù)存儲生成的報表。地域劃分3. 監(jiān)控總站模塊：這是系統(tǒng)最高層，主要由省、市級環(huán)境管理部門操作。利用網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)技術(shù)對系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)、報表進行查詢，事先隊整個轄區(qū)的空氣質(zhì)量分布情況、變化趨勢等全面掌握，再整理成空氣質(zhì)量日報，經(jīng)由媒體向社會發(fā)布系統(tǒng)功能劃分 按系統(tǒng)功能劃分為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理和分析、數(shù)據(jù)存儲和查詢幾個模塊。每個功能由相應(yīng)的不同硬件和軟件結(jié)合來實現(xiàn)?？諝赓|(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng) 環(huán)境空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)由一個中心站和若干個子站構(gòu)成（子站數(shù)量根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r而定），安裝在線式環(huán)境監(jiān)測設(shè)備。因此系統(tǒng)軟件將由中心站軟件

14、和子站軟件兩大部分組成，兩者有機結(jié)合，協(xié)調(diào)整個監(jiān)測系統(tǒng)的運行，完成對各種監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)采數(shù)據(jù)采集集和遠程通訊控制遠程通訊控制及數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理，并形成報告?？諝赓|(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng) 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 大氣污染物監(jiān)測儀大氣污染物監(jiān)測儀： 包括SO2、NO2、O3、CO、空氣顆粒物PM2.5 、PM10等監(jiān)測儀。氣象儀 可測量風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、相對濕度、大氣壓力（可根據(jù)用戶需要選配降雨量、日照等）。 現(xiàn)場校準系統(tǒng) 包括多種標(biāo)準氣體、一套氣體標(biāo)定裝置。 子站計算機 可連續(xù)自動采集大氣污染監(jiān)測儀、氣象儀、現(xiàn)場校準的數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息等。并進行預(yù)處理和貯存，等待中心計算機輪詢或指令。 采樣集氣管 由采樣頭、

15、總管、支路接頭、抽氣風(fēng)機、排氣口等組成。 遠程數(shù)據(jù)通訊設(shè)備遠程數(shù)據(jù)通訊設(shè)備由調(diào)制解調(diào)器和公用電話線路組成，有線調(diào)傳或直接使用無線PC卡（支持GPRS）， 條件保證設(shè)備 站房等其它硬件?？諝赓|(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件功能系統(tǒng)軟件功能 系統(tǒng)軟件的開發(fā)立足于基礎(chǔ)建設(shè)，功能設(shè)計上高度濃縮，極大限度減少對操作系統(tǒng)的要求，幾乎不依賴于其它應(yīng)用軟件的支持，運行環(huán)境要求低，易于安裝使用和維護，屬綠色環(huán)保軟件，適宜于長期穩(wěn)定運行。 子站軟件功能子站軟件功能 測試項目可以由用戶設(shè)置組態(tài)，適應(yīng)不同的子站配置。 可對一次儀表輸出模擬信號采集，并進行A/D轉(zhuǎn)換。 可通過RS232、RS485口直接采集帶通訊功能的一

16、次儀表的數(shù)據(jù)。 可連接MODEM（調(diào)制解調(diào)器）通過電話線路與中心站遠程聯(lián)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及控制。 采集數(shù)據(jù)可用圖形動態(tài)顯示，以分鐘平均值為基本數(shù)據(jù)，自動生成數(shù)據(jù)文件。 可查閱任意一日的原始數(shù)據(jù)，統(tǒng)計小時平均值及污染指數(shù)，生成日報、周報、月報、年報等，并可打印輸出。 可將任意一日的原始數(shù)據(jù)和統(tǒng)計小時均值以文本文件導(dǎo)出。 可以控制一次儀表的調(diào)零。 可主動呼叫向遠程發(fā)送任意一日任意時段的數(shù)據(jù)。空氣質(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng) 中心站軟件功能中心站軟件功能 測試項目可以由用戶設(shè)置組態(tài)，適應(yīng)不同的子站配置。 可連接MODEM（調(diào)制解調(diào)器）或通過公用電話系統(tǒng)（PSDN）與子站系統(tǒng)連接，實時觀察子站的監(jiān)測，圖形動態(tài)

17、顯示。 可遠程調(diào)傳子站任意時段的歷史數(shù)據(jù)。 子站數(shù)據(jù)調(diào)入中心站后，可查閱任意子站任意一日的原始數(shù)據(jù)，統(tǒng)計小時平均值及污染指數(shù)，生成日報、周報、月報、年報等，并可打印輸出。 可將各子站的統(tǒng)計日報數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入年度數(shù)據(jù)庫，以進一步編輯處理，導(dǎo)出為可上報的國家標(biāo)準要求的數(shù)據(jù)庫文件，如：生成日報、周報、月報、年報等。 豐富多變的圖表處理功能，可供用戶生成各種圖表觀察或打印。 可主動呼叫及向遠程發(fā)送任意一日任意時段的數(shù)據(jù)。 可將任意一日的原始數(shù)據(jù)和統(tǒng)計小時均值以文本文件導(dǎo)出?？諝赓|(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng) 環(huán)境空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)是基于干法儀器的生產(chǎn)技術(shù)，利用定電位電解傳感器原理，結(jié)合國際上成熟的電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)

18、研制、開發(fā)出來的最新科技產(chǎn)品。該系統(tǒng)符合國家對城市環(huán)境空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)的各項技術(shù)指標(biāo)要求，國產(chǎn)化程度高，具有較強的實用性和理想的性能價格比，可替代同類進口產(chǎn)品，是開展城市環(huán)境空氣自動監(jiān)測的理想儀器。 自動監(jiān)測儀工作原理n紫外熒光法測定二氧化硫n 本法基于紫外燈發(fā)出的190230nm的紫外光，通過214nm的濾光片，激發(fā)SO2分子，使其處于激發(fā)態(tài)，在SO2分子從激發(fā)態(tài)衰減返回基態(tài)時產(chǎn)生熒光（240420nm），熒光強度由一個帶著濾光片的光電倍增管測得。其熒光強度與SO2濃度成正比。自動監(jiān)測儀工作原理2. 化學(xué)發(fā)光法測定NO2 基于NO與O3的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)的NO2分子，在返回基態(tài)時，放出

19、與NO濃度成正比的光。用光電倍增管接受，即可得到NO的濃度。對于總的氮氧化物（NOxNONO2）的測定，則需先將樣氣中的NO2轉(zhuǎn)換成NO，再與O3反應(yīng)后進行測定，即得NOx濃度，兩次測定的差值NOxNO即為NO2的濃度值。自動監(jiān)測儀工作原理3. 氣體濾波相關(guān)紅外吸收法測定CO 采用的氣體相關(guān)濾波技術(shù)是基于被測氣體紅外吸收光譜的結(jié)構(gòu)與其它氣體紅外吸收光譜的結(jié)構(gòu)進行相關(guān)比較，比較時使用高濃度的被測氣體作為紅外光的濾光器，在有其他干擾氣體存在情況下，比較樣品氣中被測氣體紅外吸收光譜。自動監(jiān)測儀工作原理4. 紫外光度法測定O3 基于O3分子內(nèi)部電子的共振對紫外光（254nm）的吸收，直接測定紫外光通過

20、O3時的減弱程度，就可以計算出O3的濃度來。紫外光照射于一個交替地充滿樣品氣和充滿零氣的玻璃管吸收池，光通過零氣吸收池時的光強為I0，通過充滿樣品氣吸收池時的光強為I，其比例的對數(shù)（ln I/I0）與O3濃度成正比，用于定量測定O3濃度。自動監(jiān)測儀工作原理5. 長光程差分吸收光譜法測定多種成分 從氙燈發(fā)黃色出的紫外可見光束，在其光程中的SO2、NO2、O3等氣體分子會對光產(chǎn)生特征吸收，形成特征吸收光譜，通過對特征吸收光譜的鑒別，依據(jù)朗伯比爾定律進行差分擬合計算得到整段光程內(nèi)各種氣態(tài)物質(zhì)的平均濃度。該方法的儀器有同軸反射式，發(fā)射單元在光程的另一端和接受/光譜分析單元合為一體式的三種類型。自動監(jiān)測

21、儀工作原理6. PM10和PM2.5 主要由TEOM微量振蕩天平法和射線法。 TEOM微量振蕩天平法微量振蕩天平法：在質(zhì)量傳感器內(nèi)使用一個震蕩空心錐形管，在空心錐形管震蕩端上安放可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特性和它的質(zhì)量。當(dāng)采樣氣通過濾膜，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜質(zhì)量變化導(dǎo)致振蕩頻率的變化，通過測量振蕩頻率變化，計算出沉積在濾膜上顆粒物的質(zhì)量，再根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境溫度和氣壓計算出該時段顆粒物標(biāo)態(tài)質(zhì)量濃度。自動監(jiān)測儀工作原理射線法射線法： 利用射線衰減量測試在采樣期間內(nèi)增加的顆粒物的質(zhì)量。環(huán)境空氣由采樣泵吸入采樣管，經(jīng)過濾膜排出，顆粒物沉淀在采樣濾膜上，當(dāng)射線通過沉積著顆粒物的濾膜時， 射

22、線能量衰減，通過對衰減量的測定便可計算出顆粒物的濃度?？諝赓|(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量保證n標(biāo)準的追蹤和傳遞標(biāo)準的追蹤和傳遞n 對于氣體流量標(biāo)準和氣體標(biāo)準物質(zhì)的基本質(zhì)量保證要求建立各級標(biāo)準的質(zhì)量控制程序，實施各種類型標(biāo)準對一級標(biāo)準的追溯，并提供報告及記錄文件。在通常情況下，應(yīng)每半年一次對氣體流量測量裝置進行標(biāo)準的追蹤和傳遞。其方法一般有間接傳遞和直接傳遞兩種。空氣質(zhì)量連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量保證2. 氣體標(biāo)準物質(zhì)的質(zhì)量控制氣體標(biāo)準物質(zhì)的質(zhì)量控制 常以SO2滲透管作為標(biāo)準氣源，通過使用作為標(biāo)準傳遞的監(jiān)測儀，一級標(biāo)準滲透管傳遞待標(biāo)定的工作滲透管，以建立對一級標(biāo)準的追蹤。在規(guī)定的有效期內(nèi)一級標(biāo)準滲透管不必在

23、做鑒定。作校準用的滲透管一般應(yīng)每半年標(biāo)定一次。這種標(biāo)準傳遞多采用儀器傳遞的方式。監(jiān)測儀器的校準n監(jiān)測儀器的多點線性校準監(jiān)測儀器的多點線性校準n 使用標(biāo)準物質(zhì)通過直接或間接方法對監(jiān)測儀器進行傳遞標(biāo)定，即與國家一級標(biāo)準進行比較，確認其響應(yīng)的可追溯性。由于各個測點誤差是不相同的，而多點校準注意到各個測試點的誤差和多點的平均影響，其準確性要比單點校準更好。校準點一般取7個，其中一個為零點，一個點取在儀器測量量程的90處作為標(biāo)點，其余五個點在這兩個點之間等距分布。儀器分析多個已知濃度的污染物，觀察儀器的響應(yīng)，并調(diào)節(jié)儀器的響應(yīng)和實際濃度達到最佳擬合的程度。監(jiān)測儀器的校準2. 監(jiān)測儀器的單點校準監(jiān)測儀器的單

24、點校準 由于運行的監(jiān)測儀器有一個隨時間而產(chǎn)生漂移的趨勢，故定期對運行儀器進行單點校準的目的不僅子阿語及時修正運行儀器的漂移，使運行儀器的測量響應(yīng)與實際污染物濃度盡可能保持一致，還可以經(jīng)常地檢驗和監(jiān)視它們的主要技術(shù)指標(biāo)，及時地發(fā)現(xiàn)它們在日常運行過程中的并不明顯的某些缺陷，有助于判斷可能出現(xiàn)的故障的原因，以確保監(jiān)測儀器處于良好的工作狀態(tài)。環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng) 環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套自動監(jiān)測儀器為核心的自動測控系統(tǒng)?？諝赓|(zhì)量的自動監(jiān)測系統(tǒng)一般采用濕法和干法兩種方式。濕法的測量原理是庫侖法和電導(dǎo)法等，需要大量試劑，存在試劑調(diào)整和廢液處理等問題，操作繁瑣，故障率高，維護量大。干法基于物理光學(xué)

25、測量原理，利用定電位電解傳感器原理，結(jié)合國際上成熟的電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)研制、開發(fā)出的最新科技產(chǎn)品。使樣品始終保持在氣體狀態(tài)，沒有試劑的損耗，維護量較小，具有較強的實用性和理想的性能價格比。我國的空氣質(zhì)量監(jiān)測 隨著工業(yè)化進程的加快，科技的不斷進步，環(huán)境空氣監(jiān)測從傳統(tǒng)的事后的大氣污染調(diào)查監(jiān)測，事中大氣染源監(jiān)督發(fā)展到對大氣的實時監(jiān)測，據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)段在我國空氣質(zhì)量監(jiān)測工作的已經(jīng)基本覆蓋1800多個市、縣。2000年，47個環(huán)保重點城市中只有25個城市建立了空氣自動監(jiān)測站，總數(shù)僅為109，創(chuàng)建24小時連續(xù)自動采樣系統(tǒng)的監(jiān)測站為22個，多個城市共同建立了一個空氣自動監(jiān)測站的情況，大大降低了空氣監(jiān)測

26、的準確性。2004年, 42 個城市待建，除此之外的很多城市，因為城市和地區(qū)必要的儀器設(shè)備和專業(yè)人才的缺失,只能采用“五日法”監(jiān)測，監(jiān)測的項目具有局限性，監(jiān)測常規(guī)指標(biāo)為SO2 、NO2 、PM10和氣象5參數(shù)，監(jiān)測特征污染指標(biāo)為CO2 、CH4 、H2O、NH3 、總烴、苯、二甲苯等。觀察我國環(huán)境空氣監(jiān)測工作現(xiàn)狀，普遍化、自動化、標(biāo)準化較世界先進水平都具有一定差距，為了更好地保證監(jiān)測數(shù)據(jù)代表性、準確性、精密性和完整性，一方面應(yīng)當(dāng)抓緊空氣自動監(jiān)測站的普及，另一方面也要在監(jiān)測技術(shù)上有所突破。 空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器 空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)的硬件主要集中在子站，而子站的硬件又主要包括采樣系統(tǒng)、監(jiān)測儀器、校準

27、設(shè)備，通信設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備等。其中監(jiān)測儀器是最重要的儀器?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測儀器經(jīng)歷了第一代濕法儀器，第二代干法儀器，近年來，國內(nèi)部分城市引進了瑞典OPSIS公司、美國TE公司或法國ESA公司的基于差分光譜法（也稱長光程法）原理的監(jiān)測儀器來代替SO2、NO2、O3等參數(shù)的測量，主要是利用長光程空氣質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)，除能夠分時測量以上三個主要參數(shù)外，還能測量THC（總碳氫）、CH4、NMHC（非甲烷總烴）、BTX（苯系物）等有機污染參數(shù)，開啟了空氣監(jiān)測儀器的第三個時代，在國內(nèi)采用此類設(shè)備的空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)（Differential Optical Absorption Spectroscopy，DOAS

28、）大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，與第一代的濕法儀器和第二代的干法儀器相比，第三代的DOAS監(jiān)測儀器的有點主要表現(xiàn)在以下幾個方面，DOAS大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng) DOAS大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)是一種長光程空氣質(zhì)量監(jiān)測，廣泛應(yīng)用于大氣成分研究，作為光學(xué)遙感技術(shù)，采用所謂開路（open-path）結(jié)構(gòu)，即用100m到數(shù)千m長光程代替了傳統(tǒng)實驗室中的小取樣池，使得采樣的代表性較傳統(tǒng)點式有了較大的改善。該系統(tǒng)于上世紀九十年代初開始用于大氣環(huán)境監(jiān)測，目前在歐洲已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測儀器 1. 傳感器的使用率傳感器的使用率上 濕法儀器和干法儀器都無法避免其傳感器和樣氣的直接接觸，這樣一來，濕法儀器就要經(jīng)常更換

29、庫侖池中的溶液，而干法儀器傳感器內(nèi)中的光學(xué)元件會在受到氣溶膠一類污染物的污染導(dǎo)致性能下降。而第三代DOAS監(jiān)測儀和樣氣接觸的是由發(fā)射端發(fā)射的光，傳感器不會跟樣氣直接接觸，各污染物的吸收光譜是通過接收端會聚后由光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)到儀器內(nèi)部的傳感器去的，確保了DOAS內(nèi)部的分光計不受樣氣中污染物的污染，從而可以有效保證傳感器的使用效率?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測儀器 2. 在校零問題上在校零問題上 校零對于監(jiān)測儀器的質(zhì)控來說是一項重要的工作。但是在零氣的購買商，國內(nèi)缺少正規(guī)嚴格的零氣購買途徑，各級計量部門并不提供商品零氣，致使除少數(shù)城市國外進口零氣之外，購買高純度的惰性氣體來作為零氣，可能會導(dǎo)致干法儀器在校零后出現(xiàn)負

30、值的情況，只能通過微調(diào)儀器上的校零旋鈕或在儀器上設(shè)置一個估計的修正值來解決誤差問題。但是對于DOAS監(jiān)測器而言，其校準裝置為一個長1m的校準池，在對儀器校零時，可以在校準池中通零氣，由于DOAS一般的監(jiān)測距離為300m左右，所以零氣誤差對監(jiān)測結(jié)果的影響是該誤差的1/300，能夠很好地解決校零誤差的問題?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測儀器 3. 代表性代表性 由于干法儀器的監(jiān)測距離很短，在采集樣氣的時候是在一個點上，因此干法儀器也被稱為點式儀器，這樣一來所采集的樣氣范圍較小，其 代表性也較低，需要進行多點采集，還要進行數(shù)據(jù)分析才能得出較為具有代表性的監(jiān)測結(jié)果。在這一點上，DOAS監(jiān)測儀的工作原理是利用光線反射，經(jīng)

31、過100 m甚至1,000 m的長光程來收集數(shù)據(jù)，這樣一來其監(jiān)測距離為數(shù)百米，監(jiān)測范圍相較于干法儀器的監(jiān)測范圍而言，大大增加了，因而有更好的代表性。 空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器 4. 異常值的識別異常值的識別 在對污染物濃度的數(shù)據(jù)進行計算時，如果3個或4個小時連續(xù)出現(xiàn)的小時均值為統(tǒng)一數(shù)值，一般認為是出現(xiàn)了異常值，如果是干法儀器，整個相同的數(shù)值就會被認為是異常數(shù)據(jù)，但是對于DOAS監(jiān)測儀來說，在可能出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)情況下，還可以輔以通觀察污染物濃度數(shù)據(jù)對應(yīng)的光強及偏差來進行進一步的判斷，以確定是否屬于異常數(shù)值。 空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器 5. 污染物敏感度上污染物敏感度上 無論是濕法儀器還是干法儀器，要保證其監(jiān)測數(shù)據(jù)

32、準確度的最佳狀態(tài)，需要污染物濃度在其量程的20%-80%且其線性較好的前提條件，監(jiān)測數(shù)據(jù)較為準確。如果空氣本身受污染不嚴重，污染物濃度在儀器量程的20%左右及以下時，鑒于此時儀器線性不好，監(jiān)測數(shù)據(jù)基本上變化不大，近似于一條直線，而且此時污染物在采樣系統(tǒng)上的損失已不能忽略不計。在這一點上，DOAS的污染物敏感度很高，線形較強，即使污染物濃度很低，也會出現(xiàn)有變化的曲線。北京市PM2.5的來源與組成北京市北京市PM2.5的來源：的來源：區(qū)域傳輸2836本 地6472北京市北京市PM2.5的組成：的組成： 硝酸鹽17，硫酸鹽10， 銨鹽11，有機物26， 其他36一次排放的氣態(tài)污染物在大氣氧化過程中轉(zhuǎn)

33、化為細顆粒物，如汽車尾氣排出的氮氧化物和碳氫化合物，在光化學(xué)作用下就會轉(zhuǎn)變成PM2.5，有70是由于二次粒子生成。北京市本地排放PM2.5的來源排序 來源 比例 n 機動車 31.1n 燃煤 22.4n 工業(yè)生產(chǎn) 18.1n 揚塵 14.3n 其它 14.1 1（其它包括餐飲、汽修、燒烤、建筑涂裝、畜禽養(yǎng)殖等） 北京市本地排放PM2.5的來源結(jié)構(gòu)PM2.5的主要組成成分無機鹽離子（NO3-、SO42-）元素碳（EC ）和有機碳(OC )礦物灰塵痕量元素（Na、Mg、Al、K、Ca、V、Mn、Fe、Ni、Cu等）水空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器 6. 在設(shè)備的維護上在設(shè)備的維護上 DOAS的日常維護比干法儀器

34、簡單，沒有試劑的損耗，備件較少，維護運轉(zhuǎn)費用較低，具有較高性價比和安全度。空氣中顆粒物的分類 粒子狀態(tài)的污染物是分散在空氣中微小液體和固體顆粒，粒徑多在10100m之間，是一個復(fù)雜的非均勻體系。通常根據(jù)顆粒物在重力作用下的沉降特征及空氣動力學(xué)直徑，將其分為總懸浮微粒（TSP），可吸入顆粒物（PM10），細顆粒物（PM2.5）。細顆粒物比表面積大于可吸入顆粒物，更容易吸附有害物質(zhì)?？諝庵蓄w粒物的來源及影響因素空氣中顆粒物的來源及影響因素：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機動車尾氣施工場地能源結(jié)構(gòu)氣候氣象（季節(jié)）因素人口北京市PM2.5的來源與組成北京市北京市PM2.5的來源：的來源：區(qū)域傳輸2836本 地6472北京

35、市北京市PM2.5的組成：的組成： 硝酸鹽17，硫酸鹽10， 銨鹽11，有機物26， 其他36一次排放的氣態(tài)污染物在大氣氧化過程中轉(zhuǎn)化為細顆粒物，如汽車尾氣排出的氮氧化物和碳氫化合物，在光化學(xué)作用下就會轉(zhuǎn)變成PM2.5，有70是由于二次粒子生成。環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 近年來，在對監(jiān)測儀的研究上，國外還在致力于發(fā)展靈敏度更高的長光程吸收光譜儀，區(qū)別于DOAS，這種儀器是基于激光光源進行監(jiān)測，但目前尚處于試驗階段，而且激光雷達技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用在國際范圍內(nèi)也受到了廣泛的重視，日本通產(chǎn)省已著手研制能觀測三維大氣中物質(zhì)密度和組分的環(huán)境監(jiān)測用激光雷達，以測量都市上空的NOx、SOx、O3、 CH4等氣體的三維立體分布。成為空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的新方向。環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 目前，德國、美國、意大利和瑞典等國已分別研制成