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环境监测中便携式颗粒物分析仪的应用分析

2021-03-19 441 上传者：管理员

摘要：目前，大气污染防治的基础是环境监测数据的准确性、真实性，根据目前的国家、省级的考核标准，颗粒物浓度水平仍是关注的重点。基于此，为保障颗粒监测数据的真实性，文章采用便携式颗粒分析仪与环境空气自动监测仪器数据进行比对分析，通过分析发现，便携式颗粒分析仪在环境空气质量真实性保障中有较好的运用价值，可为管理者提供有效的手段来保障监测数据的准确性。

关键词：
便携式颗粒物分析仪
回归
比对监测
环境科学
环境质量控制
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随着大气污染防治工作的开展，各省纷纷采取各种方式推动环境空气质量状况的改善，并出台相应考核方法，用于考核地方大气污染治理成效。以河南省为例，2020年3月，河南省污染防治攻坚战领导小组办公室《关于印发河南省城市环境空气质量生态补偿办法（试行）等办法的通知》（豫环攻坚办[2020]15号），明确考核目标，并向社会公众发布所辖市、县（市、区）环境空气质量排名情况。

在对市级年度考核中，环境质量状况占到7成，同时考核PM2.5、PM10年均浓度同比改善率、优良天数比例3项指标。且若PM2.5、PM10年均浓度有一项同比不降反升的则降一个考核等级，两项均不降反升的降两个考核等级，直至降到不合格。由此可见，颗粒物浓度水平及其改善情况仍是地方大气污染防治关注的重中之重。而监测数据的真实性和准确性又是考核的基础，只有监测数据准确，考核才得以进行。

1、研究现状

目前，根据环保部相关规范，颗粒物的监测手段有手工和自动两种方法[1]。在具体环境质量目标考核中，主要采用自动方法。手工方法主要用于数据比对，多为了保障自动监测方法的准确。手工监测方法自身局限性较大，要到达每小时出数据较难，且需要投入较大的人力、物力，对实验室要求水平要求相对较高。自动方法，有β射线方法和微震荡天平法，基于目前实际情况调查发现，β射线方法在环境空气质量监测中有更广泛的应用。同时，随着自动监测技术的发展，近两年开始出现研究便携式颗粒物分析仪比对仪器在环境监测中的应用。

邓芙蓉等研究了3种不同型号的光散射工作原理的颗粒物监测仪的室内细颗粒物监测效果，并探讨对其监测结果可能的影响因素[2]；高睿，李赛研究了6种不同的采用光散射方法的便携式颗粒物监测仪在室内PM2.5监测性能情况[3]；张展毅等在对扬尘及颗粒物的影响、研究现状及监测方法进行对比分析的基础上，完成了采用光散射技术的便携式颗粒物获得的结果的可靠性比对实验，并对其进行了性能评估[4]。但采用β射线方法的便携式颗粒物分析仪在环境监测的应用研究鲜见，基于此，本文开展了基于β射线方法的便携式颗粒物分析仪与环境空气自动监测仪器比对研究工作，通过比对，了解PM2.5监测数据的真实性，同时积累便携式颗粒物分析仪与自动监测仪器比对及环境空气运维管理经验。

2、颗粒物比对仪器

本次比对实验使用到2台PM2.5便携式颗粒物分析仪，型号为：METONEE-BAM，编号分别为Y24874、A12353；原理均为β射线法，仪器采样流量与环境空气自动监测站保持一致，均设定为16.7L/min。

3、仪器安装与样品采集

每次比对在环境空气自动监测站点放两台便携式颗粒物分析仪，便携式分析仪与自动站的采样入口高度保持一致，距离1m左右。

比对时间，其中7月比对3次；8月比对3次。分别涉及河南省6个省辖市，扣除异常数据、仪器启动、稳定等无效数据，最终获得66个有效日均值数据，1575个小时有效数据。为了便于分析，本文每次结果均选取连续的5天数据。

4、质量控制

本次使用的PM2.5便携式颗粒物分析仪在使用前已采用参比方法与手工仪器进行过平行性比对，获取的斜率、截距及相关系数均满足《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统安装和验收技术规范》（HJ665-2013）要求[5]，每次比对工作开始前，先对携带的便携式颗粒物比对仪器进行检查调试，包含设备清洁、仪器自检、气密性检查、温压传感器检查、流量检查、校准膜检查。同时对环境空气自动监测站进行检查调试。待仪器稳定运行后，开始比对工作[6]。

5、监测结果

通过比对，将每次获得的两台设备的小时值进行线性回归分析，经分析，以Y24874所监测值为Y值，以A12353所监测值为X值，6次线性回归所得相应斜率、截距以及R2值结果见下表1:

站点日均值及两台比对设备的日均值及其相对偏差见表2。

6、结果分析

(1）从两台便携式仪器6次比对结果回归分析来看：R2基本上都在0.93以上，且两台仪器线性回归的斜率差别较小，最大的斜率差也未超过0.07，斜率整体接近于1。截距也相对较小，在-1.665～0.8691之间浮动，证明两台便携式仪器有较好的相关性，监测数据一致性较好。各站点分布在河南省不同的市，两个站点都有一定距离，每次比对前都需将仪器运输至下一个站点，从便携式仪器数据结果来看，仪器自身稳定性较好，不易受交通运输等的影响。且环境温度对仪器监测数据影响也不大。

（2）从6个站点比对数据来看，站点2和站点6的比对结果较好，2台比对设备的日均值与站点的日均值相对偏差基本上都低于5%，站点数据与便携式仪器监测数据一致性较好。其他站点特别是站点1,2台比对设备的日均值与站点的日均值相对偏差都在14%以上，站点数据与便携式仪器监测结果的一致性较差。根据《环境空气质量监测点位布设技术规范（试行）》（HJ664-2013）点位变更相关技术要求，当新选的城市点与原城市点平均浓度偏差小于15%，新选的城市点可代表当前城市该区域的城市环境质量[7]，由监测结果显示站点2和站点6的监测数据可更好的代表环境空气质量，站点1、3、4的监测仪器运行情况值得关注。

（3）抽取站点6进行数据分析，对比站点6、两台便携式仪器均值及该站点周边城市点位8月25日-30日小时数据，对应相应曲线见图1。

从图1可知，两台便携式仪器均值与站点6小时的曲线的一致性较好，该站点与周边城市站点A、B的曲线一致性也相对较好。监测数据值也较接近。证明该站点可真实反映当地空气质量状况。同时，对站点1和两台便携式仪器均值的小时值进行数据分析，结果表明，站点1与两台便携式仪器均值的小时值的曲线一致性较差。

由以上分析可见，便携式仪器可用于日常环境空气质量比对监测，相较于手工比对仪器，便携式仪器具有体积小，可连续出数据与自动站仪器拥有相同的监测方法，适用性更强。同时，可以根据监测数据结果，对自动站数据进行反面印证，当关注到城市某个站点出现数据趋势明显异于周边监测数据，可采用便携式仪器进行比对，可快速判断该站点或者周边站点数据异常，为运维管理者提供准确的工作方向，减少不必要的工作。

虽然，便携式仪器比手工方法获取的数据快，但在日常监测工作中，应关注将便携式仪器的相关质控工作，每次比对前应开展必要的质控工作，若条件允许，应先行开展3日以上的运行工作，采用两台以上便携式仪器进行比对，并对所获得的数据进行线性和小时数据曲线分析，待仪器数据稳定后，再行开展正常的比对工作，以保障便携式仪器监测数据的真实性，当其中任一台监测数据出现异常时，应立即终止比对，待满足条件后再行开展。

7、结束语

本文通过对几次PM2.5便携式颗粒物分析仪与环境空气自动监测仪器进行比对，通过比对分析，发现便携式仪器可较好的运行在环境空气质量保障工作，对环境监测仪器的准确性起到积极的作用。可为环境空气质量自动监测站运维管理等工作提供有效的手段。但在开展相应工作中，应注重质控工作的开展，确保开展的工作是有效的。

参考文献：

[1]HJ656-2013.环境空气颗粒物(PM2.5)手工监测方法(重量法)技术规范[S].

[2]邓芙蓉,王欣,吴少伟,等.三种空气颗粒物监测仪监测结果比较研究[J].环境与健康杂志,2009,26(6):504-506.

[3]高睿,李赛.便携式颗粒物监测仪室内PM2.5监测性能评估研究[J].能源环境保护,2019,33(1):58-64.

[4]张展毅,苏振中,曾凡进,等.一种基于光散射技术的颗粒物在线监测设备的性能评估[J].佛山科学技术学院学报(自然科学版),2017,35(4):36-42.

[5]HJ655-2013环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统安装和验收技术规范[S].

[6]HJ817-2018环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统运行和质控技术规范[S].

[7]HJ664-2013环境空气质量监测点位布设技术规范(试行)[S].

娄亚敏,郑瑶,李明,王瑞,刘奕尧.便携式颗粒物分析仪在环境监测中的应用[J].科技创新与应用,2021(11):194-196.