《建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)綜合實驗》 教案 3-27空氣含塵濃度測試儀器

空氣含塵濃度測試儀器總懸浮顆粒的測量2016年1月1日起實施的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》（GB3095—2012）中所稱的“總懸浮顆粒物”（TotalSuspendedParticulateTSP），是指環(huán)境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于100μm的顆粒物?？倯腋☆w粒測定一般采用如REF_Ref10991\h圖1所示TSP采樣器，該采樣器由采樣管、采樣夾、流量計及采樣泵組成。采樣前，旋開已經(jīng)校準過流量的采樣器的采樣夾（REF_Ref11030\h圖2），用鑷子將已稱重過的濾膜安放在采樣夾中。安放時濾膜的絨毛面向上，濾膜應經(jīng)過光照檢查，不允許有針孔、顆粒狀異物或其他缺陷。濾膜不允許折疊。每張濾膜上要編號。采樣時，采樣器一般放置1～1.5m的高臺上。啟動采樣泵，以穩(wěn)定流量抽取一定體積的空氣通過恒重濾膜，空氣中的懸浮顆粒被阻留在濾膜上。采樣結(jié)束后，取下濾膜。取下的濾膜可按照長方向?qū)ΟB，使塵埃面朝里，放入濾膜冊內(nèi)保存。在與采樣前相同的環(huán)境下，放置24h，稱量至恒重。利用采樣前后濾膜重量之差及采樣體積，即可計算總懸浮顆粒TSP的計重濃度。 TSV=WVn?式中TSV——總懸浮顆粒，mg/m3；W——阻留在濾膜上的TSP重量，mg；Vn——標準狀態(tài)下的采樣流量，m3/minT——采樣時間，min。圖1中流量TSP采樣器圖SEQ圖\*ARABIC\s32顆粒物采樣夾1—流量計；2—調(diào)節(jié)閥；3—采樣泵；4—消聲器；5—采樣管；6—采樣頭1—底座；2—緊箍圈；3—密封圈；4—接座圈；5—支撐網(wǎng)；6—濾膜；7—抽氣接口可吸入顆粒物的測量飄塵是指大氣中粒徑（指空氣動力學當量直徑）小于10μm的懸浮顆粒物，能在空氣中長時間懸浮，它可以隨著呼吸侵入人體的肺部組織，故又稱為可吸入顆粒物。PM10是指環(huán)境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于10μm的顆粒物，也稱為可吸入顆粒物；PM2.5是指環(huán)境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5μm的顆粒物，也稱為細顆粒物，是衡量空氣質(zhì)量的一個重要指標?？諝庵蠵M2.5含量很少，但它對空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大?？晌腩w粒物的測定可以采用二段可吸入顆粒物采樣器及天平等儀器通過撞擊式稱重法進行測試，《室內(nèi)空氣中可吸入顆粒物衛(wèi)生標準》（GB/T17095—1997）PM10顆粒物濃度檢測就是采用該方法，此外可以通過光散射粒子計數(shù)器來測定，PM2.5顆粒物濃度還可以采用β射線法檢測儀進行測試。1）二段可吸入顆粒物采樣器二段可吸入顆粒物采樣器由電路控制系統(tǒng)（定時顯示、控制電路和電源電路）和氣路采樣系統(tǒng)兩部分組成。氣路采樣系統(tǒng)由采樣頭、流量計、抽氣泵等組成，如REF_Ref18304\h圖3所示。二段可吸入顆粒物采樣器利用濾膜（濾紙）采集大氣中顆粒物，并配套不同系列切割器可采集PM10、PM5、PM2.5等多種顆粒物。將濾膜（濾紙）放在采樣夾上，根據(jù)采集的顆粒物粒徑選擇相應的切割器，用抽氣泵通過濾膜（濾紙）抽入空氣，空氣中的懸浮顆粒物質(zhì)就被阻留在濾料上，不同系列的切割器工作流量往往不同，可通過流量調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，分析濾膜（濾紙）上被濃縮的顆粒物的含量，再除以采樣體積，即可計算出空氣中顆粒物濃度。用濾膜（濾紙）采集空氣中顆粒物質(zhì)，不僅靠直接阻擋作用，還有慣性沉降、擴散沉降和靜電吸引等作用。在采樣過程中，這些作用所產(chǎn)生的影響與采樣流速、濾料性質(zhì)和氣溶膠的性質(zhì)有著密切關系。由于空氣中污染物并不是以單一狀態(tài)存在，而往往以多種狀態(tài)（如氣態(tài)和氣溶膠）共存在空氣中，這使得采樣和分析工作變得比較復雜。如對于顆粒物與氣體有害物共存的情況，一種最簡單的處理方法是在濾料采樣夾后接上液體吸收管或填充柱采樣管，這樣顆粒物被收集在濾料上，而氣體有害物則收集在后面的吸收管或填充柱中。但是這種簡單組合存在的主要問題是，采樣流量受后面的液體吸收管或填充柱的制約大，而顆粒物則需要一定的線速度才能采集下來，這樣由于流量匹配問題，往往使顆粒物采樣受到限制。為了解決用一種方法同時采集兩種狀態(tài)污染物的問題，就產(chǎn)生了所謂的綜合采樣方法，它是用浸漬試劑濾料、泡沫塑料、多層濾料以及環(huán)形擴散管與濾料組合等采樣方法來同時采集兩種狀態(tài)有害物的。圖3氣路采樣系統(tǒng)示意圖采樣器現(xiàn)場采樣體積Vt等于采樣流量乘以采樣時間，可根據(jù)REF_Ref22942\h式（2）換算為標準狀態(tài)下的采樣體積Vn。 Vn=Vt×式中Vn——標準狀況下的采樣體積，L或mVt——現(xiàn)場采樣體積，L或m3T0——標準狀況下的熱力學溫度，Kp0——標準狀況下的大氣壓力，101.3kPap——采樣時的大氣壓力，kPa。再利用REF_Ref23173\h式（3）計算室內(nèi)空氣可吸入顆粒物的濃度 C=mVn式中C——可吸入顆粒物濃度，mg/m3；M——可吸入顆粒物的質(zhì)量，mg；Vn——換算成標準狀況下的采樣空氣體積，m3二段可吸入顆粒物采樣器性能特點：（1）體積小，質(zhì)量輕，攜帶方便，采集多種顆粒物于一體。（2）一般采用無刷電機抽氣泵，長期連續(xù)工作可靠性高，低噪音，使用壽命長。（3）采集TSP、PM10、PM5、PM2.5于一體，切割器均采用鋁合金材質(zhì)，抗靜電吸附。（4）目前的產(chǎn)品，往往具有較高的智能化和互動功能，有定時采樣、間隔采樣，多次采樣，循環(huán)采樣等多種采樣方式，能顯示記錄標準時間，延時時間，采樣時間，采樣次數(shù)，累計流量，瞬時流量，大氣壓力等多參數(shù)，自動計算采樣體積。目前，二段可吸入顆粒物采樣器適用于顆粒物采樣無人值守全天候工作，廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、衛(wèi)生防疫、勞動保護、科研院校等部門進行顆粒物濃度監(jiān)測。采樣器使用過程中應注意：（1）采樣前，必須先將流量計進行校準。（2）稱量空白及采樣后的濾紙時，采樣環(huán)境及操作步驟必須相同。（3）采樣時必須將采樣器部件旋緊，以免樣品空氣從旁側(cè)進入采樣器。采樣器的流量計校準一般采用皂膜流量計進行，按REF_Ref31491\h圖4將流量計、皂膜計及抽氣泵連接進行校準，記錄皂膜計兩刻度線間的體積（mL）及通過的時間，體積按REF_Ref31412\h式（4）換算成標準狀況下的體積（V，mL），以流量計的格數(shù)對流量作圖 Vs=VmP式中Vm——皂膜兩刻度線間的體積，Pb——大氣壓，kPaPv——皂膜計內(nèi)水蒸氣壓，kPaPs——標準狀態(tài)下壓力，kPaTs——標準狀態(tài)下溫度，℃Tm——皂膜計溫度，K（273+圖4流量計的校準連接示意圖1—肥皂液；2—皂膜計；3—安全瓶；4—濾膜夾；5—轉(zhuǎn)子流量計；6—流量調(diào)節(jié)閥；7—抽氣泵2）光散射粒子計數(shù)器空氣中微粒在光的照射下發(fā)生的光散射現(xiàn)象，和微粒大小、光波波長、微粒的折射率和對光的吸收特性等因素有關，微粒散射光的強度正比于微粒的表面積。光散射式粒子計數(shù)器就是通過測定散射光的強度而得知微粒的大小。5是粒子計數(shù)器工作原理示意圖。來自光源的光線被透鏡組聚焦于測量區(qū)域，當被測空氣中的每一個微?？焖俚赝ㄟ^測量區(qū)時，便把入射光線散射一次，形成一個光脈沖信號，這一信號經(jīng)透鏡組被送到光電倍增管陰極，正比地轉(zhuǎn)換成相應幅度的電脈沖信號，再經(jīng)過放大，通過計數(shù)系統(tǒng)顯示出來。電脈沖信號的高度反映微粒的大小，信號的數(shù)量反映微粒的個數(shù)。圖5粒子計數(shù)器工作原理示意圖1—光源；2—透鏡組；3—浮游微粒；4—檢定空間V=π5—光電倍增管；6—透鏡組；7—放大器粒徑與輸出電信號的關系是：d式中dp——微粒直徑，k——轉(zhuǎn)換系數(shù)；u——信號電平，mV；n——儀器系數(shù)，n=1.8～2.0。粒子計數(shù)器在計數(shù)時顯示的微粒粒徑，稱為名義粒徑。它所代表的實際粒徑范圍，與標定時所選擇的標準粒子粒徑有關。以普通光源為入射光的粒子計數(shù)器，對0.3μm以下的微粒靈敏度很低，只適于測定0.3μm以上的微粒，特別是0.5μm以上的微粒。激光粒子計數(shù)器，能夠測量的粒徑很小，有的可以測定0.09μm以上的微粒。白熾光計數(shù)器在采樣的濃度超過5000粒/L，激光計數(shù)器在采樣的濃度超過10000粒/cm2時，需要對采樣氣流加以稀釋，REF_Ref6842\h圖6為使用標準粒子標定計數(shù)器時所用的稀釋系統(tǒng)原理圖。圖6有混合器和緩沖器的稀釋系統(tǒng)原理圖1—流量計：2—混合器；3—流量計：4—粒子計數(shù)器；5—緩沖器；6——閥門3）β射線法檢測儀β射線法檢測儀由氣體采樣系統(tǒng)、濾膜傳輸系統(tǒng)、射線檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)組成。環(huán)境空氣由采樣真空泵吸入采樣管（REF_Ref2217\h圖7），采樣頭加熱器控制受測量氣流的濕度相對穩(wěn)定在合適測量水平（35%以下），以減少環(huán)境濕度對顆粒物檢測結(jié)果的影響；樣品氣體經(jīng)過濾膜后排出，顆粒物沉淀在濾膜上。濾膜兩側(cè)分別設置了β射線源（HC）和β射線檢測器。當β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時，β射線的能量衰減，通過對衰減量的測定便可依據(jù)REF_Ref2406\h式（5）計算出顆粒物的濃度，對計算結(jié)果進行顯示、存儲、打印及遠傳。 C=AμmVln式中C——PM2.5的質(zhì)量濃度，mg/m3；I0，I1——分別為采樣前后的濾膜質(zhì)量，A——探測面積，cm2；μm——質(zhì)量吸收系數(shù)，mg/cm2V——換算成標準狀態(tài)下（0℃、101.3kPa）的采樣體積，m3。依據(jù)β射線法檢測儀測量范圍為0～10mg/m3，精確度為±2%，儀器操