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PM2.5是怎么测出来的?

日期: 2017-01-03
浏览次数: 159

PM2.5是怎么测出来的?

图为采用β射线法监测PM2.5的自动监测仪,传送带上黑色的原点是通过仪器自动采样得到的PM2.5。

PM2.5是怎么测出来的?

采集到的PM2.5滤膜,称重后可以存储在称重中心的滤膜存储实验室,以便日后滤膜的复查和成分分析使用。

PM2.5是怎么测出来的?

▲称重中心的滤膜称重系统一次可以对320片滤膜进行编码/读码和称重。


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,杭州除甲醛公司带大家一探PM2.5的监测全过程。


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。


翻阅现场数据记录记者看到,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,记者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。


测量方法有哪些?


手工监测与自动监测各有优缺、互为补充


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。   


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