PM2.5來源解析多通道采樣器的運(yùn)行維護(hù)

陳彥寧　洪達(dá)馳　裴成磊　張金譜

(廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣州 510030)

?

PM2.5來源解析多通道采樣器的運(yùn)行維護(hù)

陳彥寧洪達(dá)馳裴成磊張金譜

(廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣州 510030)

多通道采樣器作為廣州市PM2.5來源解析工作的重要組成設(shè)備，適用于PM2.5顆粒物采樣的無機(jī)多元素分析，是對(duì)大流量采樣器的重要補(bǔ)充。2015年，根據(jù)廣州市政府對(duì)環(huán)境空氣細(xì)顆粒物PM2.5來源解析工作業(yè)務(wù)化開展的要求，在3個(gè)站點(diǎn)配置了PM2.5多通道采樣器。本文主要總結(jié)了新儀器在第一季度采樣工作的運(yùn)行維護(hù)方法和儀器的平行性分析。

PM2.5多通道采樣器維護(hù)平行性分析

1　概述

大氣細(xì)顆粒物PM2.5是指環(huán)境空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于或等于2.5μm的可吸入肺顆粒物，由于其粒徑小，并可為毒性物質(zhì)提供載體，對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生很大影響[1，2]。廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站于2009年開始開展細(xì)顆粒物PM2.5的監(jiān)測工作，并于2016年在公園前、九龍鎮(zhèn)、萬頃沙3個(gè)采樣點(diǎn)分別配置了一臺(tái)六通道采樣器，采用的儀器為眾瑞智能的ZR-3930D型六通道采樣器。該儀器是六通道同源平行采樣器，可以同時(shí)采集大氣中TSP、PM10、PM2.5。特殊的分流結(jié)構(gòu)使得含有TSP粒級(jí)的顆粒物按各向同性被均勻分配到六路采樣通道中，實(shí)現(xiàn)顆粒物分類同源平行采樣。本文總結(jié)了新儀器在第一季度采樣工作的運(yùn)行維護(hù)方法和遇到的諸多問題及解決方法，希望能為保障PM2.5來源解析工作的順利進(jìn)行和所得數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠提供參考。

2　ZR-3930D型六通道采樣設(shè)備

2.1儀器功能特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)

ZR-3930D型六通道采樣器具有以下特點(diǎn)：(1)特殊分流結(jié)構(gòu)，保證采樣結(jié)果各向同性；(2)高負(fù)壓無刷采樣泵，恒流控制電路，流量穩(wěn)定；(3)濾膜快速換夾裝置，切割器可靈活拆卸和清洗；(4)六路采樣流量獨(dú)立控制，采樣通道靈活多變，可自由選擇；(5)斷電記憶功能，來電后恢復(fù)采樣功能并繼續(xù)累積采樣時(shí)間和記錄來電時(shí)間；(6)實(shí)時(shí)測量環(huán)境溫度、濕度和大氣壓；(7)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，每5min存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)，最少可存儲(chǔ)3個(gè)月；(8)USB接口，支持U盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存；(9)內(nèi)嵌微型打印機(jī)，可直接打印相關(guān)數(shù)據(jù)；

在日常采樣工作中，儀器維護(hù)和使用人員需要經(jīng)常打開控制柜前門、主機(jī)柜前門、主機(jī)柜后門，但控制柜后門搭扣保持鎖定狀態(tài)，除非故障并得到生產(chǎn)者允許，否則儀器維護(hù)和使用人員不得打開控制柜后門。此外，濾膜夾持器、PM2.5切割器、PM10切割器、切割器連接桿等采樣器部件在取放時(shí)左右轉(zhuǎn)動(dòng)以免將O型圈損壞，破壞儀器氣密性。

2.2儀器的設(shè)置及操作

ZR-3930D型六通道采樣器的操作包括儀器開機(jī)、采樣、查詢、系統(tǒng)維護(hù)4個(gè)部分，采樣工作人員必須熟練掌握這些設(shè)置及操作。設(shè)置步驟如下：

2.2.1儀器開機(jī)

儀器開機(jī)前認(rèn)真檢查電源線是否連接牢靠，是否有安全隱患。儀器維護(hù)人員可通過自檢界面的顯示獲取儀器是否處于正常狀態(tài)的信息。

2.2.2儀器采樣設(shè)置

點(diǎn)擊采樣按鈕進(jìn)入采樣設(shè)置界面。 該界面下可設(shè)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘、采樣開始時(shí)間、采樣時(shí)間，采樣間隔時(shí)間和采樣次數(shù)等，如圖1所示。

圖1　采樣設(shè)置

點(diǎn)擊啟動(dòng)后，進(jìn)入采樣等待界面，等待到達(dá)設(shè)定時(shí)刻后啟動(dòng)。若此時(shí)掉電，則上電后，若已到達(dá)設(shè)定啟動(dòng)時(shí)刻則啟動(dòng)采樣，若未到達(dá)則自動(dòng)進(jìn)入采樣等待界面。到達(dá)設(shè)定采樣開始時(shí)間或在采樣設(shè)置界面點(diǎn)擊立即采樣后，儀器開始運(yùn)行，進(jìn)入采樣工作，如圖2所示。

圖2　采樣工作

2.2.3數(shù)據(jù)查詢

在主界面、采樣設(shè)置、采樣等待、采樣工作狀態(tài)下，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)查詢，均可以進(jìn)入采樣文件查詢界面。

2.2.4系統(tǒng)維護(hù)

在主界面點(diǎn)擊維護(hù)，輸入密碼即可進(jìn)入系統(tǒng)維護(hù)界面。系統(tǒng)維護(hù)的主要功能有：1、壓溫標(biāo)定；2、流量標(biāo)定；3、修改密碼；4、刪除數(shù)據(jù)；5、恢復(fù)設(shè)置；6、掉電補(bǔ)時(shí)。

3　運(yùn)維及質(zhì)控

在六通道采樣器日常采樣過程中，儀器維護(hù)人員還需要對(duì)儀器的切割器、濾膜夾等部位進(jìn)行維護(hù)和操作，以保證采樣的順利和采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和有效。維護(hù)包括：切割器的清潔維護(hù)、濾膜夾的清潔維護(hù)、采樣器流量校準(zhǔn)等。

3.1切割器的清潔維護(hù)

在每一個(gè)季度的采樣工作開啟前，都要對(duì)六通道采樣器的切割器進(jìn)行積塵清潔，并涂上新的硅脂，以保證對(duì)大顆粒物的吸附；從而保證采樣器采集的樣品的有效性和準(zhǔn)確性。

3.1.1切割器的拆分與安裝

儀器操作人員在取放切割器時(shí)應(yīng)左右轉(zhuǎn)動(dòng)以免將O型圈損壞，破壞儀器氣密性。步驟如下：

① 將PM2.5連接桿向上提起，再將PM10切割器連同PM2.5切割器一起向上拔起后取出。

② 將PM2.5切割器向下拔出，使之與PM10切割器分離。

③ PM2.5沖擊口朝上，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則PM2.5捕集板露出。

④ 將PM2.5沖擊套放置在PM2.5沖擊外管的O型圈上，將PM2.5沖擊口與PM2.5沖擊外管旋緊。

⑤ 將PM2.5切割器與PM10切割器插接在一起。

⑥ 將PM10切割器-PM2.5切割器插入濾膜夾持器上，再將PM2.5連接桿向下推入PM10切割器中。

3.1.2切割器清洗

在長時(shí)間的運(yùn)行工作過程中，切割器的捕集板會(huì)有顆粒物和污物堆積，在每一個(gè)季度的采樣工作開始之前，都需要對(duì)切割器進(jìn)行清洗。清洗步驟如下：

(1)取出PM10捕集板A和PM2.5捕集板B，先用中性洗滌劑浸泡，除去積塵及污物，再用蒸餾水沖洗，最后用脫脂棉蘸95%乙醇擦拭晾干。

(2)捕集板晾干后，在捕集板表面涂抹硅油，涂層盡可能薄且均勻。

涂抹硅油的操作的意義在于增強(qiáng)對(duì)大顆粒物的粘附性[3]。因此此項(xiàng)操作不能忽略，否則將造成PM2.5顆粒物含量的測試結(jié)果超差。

3.2濾膜夾的清潔維護(hù)

若采樣使用的是石英濾膜，考慮到石英濾膜易碎，在每日的濾膜更換的過程中，可能有石英纖維殘留在濾膜托網(wǎng)上，同時(shí)，長時(shí)間采樣后，在濾膜夾上也有可能有石英纖維或其他顆粒物堆積。因此必須對(duì)濾膜夾進(jìn)行定期清潔維護(hù)。濾膜夾持器與濾膜夾結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。維護(hù)方法為：

(1) 按圖示方向逆時(shí)針旋下濾膜夾持器3，使之與上濾膜夾持器1分離。(濾膜夾持器為三頭螺紋結(jié)構(gòu)，只需旋轉(zhuǎn)5～10°即可)再將濾膜夾2取出。

(2) 拆分上下濾膜夾及濾膜托網(wǎng)，用中性洗滌劑浸泡，除去積塵及污物，再用蒸餾水沖洗，最后用脫脂棉蘸95%乙醇擦拭晾干。

圖3　濾膜夾持器與濾膜夾

3.3采樣器的流量校準(zhǔn)

采樣器的流量校準(zhǔn)是為了保證采樣器的采樣進(jìn)氣流量符合預(yù)設(shè)要求，使得采樣器采樣的樣品的有效性得到保障[4]。在每一個(gè)季度的采樣工作開始之前，采樣器維護(hù)人員都需要分別對(duì)采樣器的六個(gè)通道的流量進(jìn)行校準(zhǔn)。

3.3.1流量校準(zhǔn)的準(zhǔn)備

流量校準(zhǔn)需準(zhǔn)備一臺(tái)量程為300mL～30000mL的小流量計(jì)。由于該流量計(jì)采用光學(xué)原理測量流量，而且對(duì)六通道采樣器的流量校準(zhǔn)工作是在戶外進(jìn)行，為避免戶外陽光可能對(duì)流量測量、校準(zhǔn)造成影響，可在流量計(jì)透光處貼上深色膠帶。同時(shí)取下PM2.5切割器、PM10切割器和切割器連接桿，并將流量計(jì)進(jìn)氣管兩端分別連接流量計(jì)進(jìn)氣口和夾持器上端進(jìn)氣口。

3.3.2流量的測量與校準(zhǔn)

流量測量與校準(zhǔn)的步驟如下：

(1)接通六通道采樣器的電源，打開系統(tǒng)維護(hù)，選擇流量標(biāo)定；

(2)選擇相應(yīng)的測量通道，點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，開啟所對(duì)應(yīng)通道的采樣泵；

(3)同時(shí)，打開流量計(jì)開關(guān)，選擇流量持續(xù)測量；

(4)待流量計(jì)流量讀數(shù)趨于穩(wěn)定，對(duì)流量計(jì)上流量進(jìn)行讀數(shù)；

(5)點(diǎn)擊顯示屏幕上的流量倍率，進(jìn)入并調(diào)整流量倍率，改變實(shí)際流量值大小。應(yīng)注意的是，流量倍率與流量大小成反比例關(guān)系。

儀器操作人員在校準(zhǔn)的時(shí)候要注意，流量計(jì)的出氣口出不能堵塞或者有遮擋物，同時(shí)流量計(jì)進(jìn)氣管不能擠壓，要保證進(jìn)氣暢通。另外，強(qiáng)風(fēng)天氣可能會(huì)對(duì)流量測量造成影響，應(yīng)避免在強(qiáng)風(fēng)天氣下對(duì)采樣器進(jìn)行流量校準(zhǔn)。

4　六通道采樣器比對(duì)試驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1采樣實(shí)驗(yàn)方案

2015年2月2日至2月9日進(jìn)行了為期8天的手工采樣，4臺(tái)采樣器的采樣地點(diǎn)位于廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站八樓，前后4天分別使用玻璃纖維濾膜和石英濾膜，各采樣器的1至3號(hào)通道使用PM2.5切割器，采集PM2.5樣品；4至6號(hào)通道使用PM10切割器，采集PM10樣品。每日采樣時(shí)段為早上10點(diǎn)至次日早上9點(diǎn)。每次更換濾膜的同時(shí)記錄溫濕度，大氣壓等資料，以備查詢。

4.2稱重?cái)?shù)據(jù)

所有濾膜在采樣前后均在恒溫恒濕條件下放置24h，再進(jìn)行稱重。并按下式計(jì)算某種顆粒物(PM10或PM2.5)的含量：

ρ=(W2-W1)÷V×100

式中：ρ—顆粒物(PM10或PM2.5)濃度，μg/m3；

W2—采樣后濾膜的質(zhì)量，mg；

W1—采樣前濾膜的質(zhì)量，mg；

V—標(biāo)準(zhǔn)狀況下的采樣體積，m3。

如表1、表2所示，數(shù)據(jù)已經(jīng)過檢查，剔除了由于采樣失誤導(dǎo)致的5個(gè)異常數(shù)據(jù)。

表1　4臺(tái)采樣器PM2.5手工稱重濃度數(shù)據(jù)

表2　 4臺(tái)采樣器PM10手工稱重濃度數(shù)據(jù)

4.3結(jié)果分析4.4.1標(biāo)準(zhǔn)偏差分析

參考《中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技術(shù)要求及檢測方法HJ93-2013 7.2.10參比方法比對(duì)測試第(2)項(xiàng)，分別計(jì)算4臺(tái)采樣器24個(gè)通道測量樣品濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，數(shù)據(jù)保留兩位有效數(shù)字，結(jié)果見表3。結(jié)果表明8天數(shù)據(jù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)偏差的要求，數(shù)據(jù)有效。

表3　每日標(biāo)準(zhǔn)偏差

4.4.2平行性和相關(guān)性分析

參考《中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技求及檢測方法HJ93-2013 7.1.8參比方法比對(duì)測試第(5)項(xiàng)(針

表4　采樣器CP值　%

對(duì)PM10)和7.2.10參比方法比對(duì)測試第(5)項(xiàng)(針對(duì)PM2.5)，以儀器編號(hào)為15030117的采樣器為參比采樣器，分別計(jì)算其余3各臺(tái)待測采樣器的平行性CP，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4結(jié)果表明，各采樣器均滿足CP(PM2.5)及CP(PM10)的要求。

參考《中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技求及檢測方法HJ93-2013 8采樣器監(jiān)測項(xiàng)目參比方法比對(duì)測試對(duì)于相關(guān)系數(shù)的要求，計(jì)算3臺(tái)待測采樣器各個(gè)通道的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表5、表6。

表5　3臺(tái)采樣器PM2.5 相關(guān)系數(shù)

表6　 3臺(tái)采樣器PM10 相關(guān)系數(shù)

表5和表6結(jié)果表明，3臺(tái)采樣器各個(gè)通道均滿足PM10相關(guān)系數(shù)和PM2.5相關(guān)系數(shù)0.93的要求。

5　結(jié)論

目前，六通道采樣器性能良好，功能正常，在2016年第一季度PM2.5來源解析工作中，運(yùn)行狀態(tài)較好。目前能夠保障3臺(tái)儀器穩(wěn)定采樣運(yùn)行，常見問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決，樣品能夠及時(shí)回收，為廣州市的PM2.5來源解析工作提供了依據(jù)。在2016年第一季度的運(yùn)維和質(zhì)控中總結(jié)了相關(guān)的問題，提出了相應(yīng)的解決方法，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。

[1] 黃小歐. 《PM2.5的研究現(xiàn)狀及健康效應(yīng)》[J]. 廣東化工，2012,39(5)：292-293.

[2] 孫志豪，崔燕平.《PM2.5對(duì)人體健康影響研究概述》[J].環(huán)境科技，2013，,2(4)：75-78.

[3] 王曉彥，杜麗，李健軍，李鋼，鄭皓皓，王瑋，解淑艷，汪巍.《PM2.5手工監(jiān)測技術(shù)要點(diǎn)探討》[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2014,30(4):150-151.

[4] 張建勇，張建國. 《流量計(jì)選型的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)》[J].黑龍江科技信息，2012,30：78.

Operation and maintenance of ambient air PM2.5multi-channel sampler.

Chen Yanning; Hong Dachi; Pei Chenglei;Zhang Jingpu

The multi-channel sampler is one of the essential equipment to analyze the source of PM2.5, which applies to an analysis of inorganic elements aiming at PM2.5particulate matter, is a significant supplement of high-volume sampler. This paper mainly summarizes its operation and maintenance method as well as the parallel analysis of the equipment.

PM2.5;multi-channel sampler; maintenance; parallel analysis

陳彥寧，男，1966年出生，1989年畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)工業(yè)分析專業(yè)，現(xiàn)工作于廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測室，主要從事環(huán)境質(zhì)量的自動(dòng)監(jiān)測管理和質(zhì)量控制工作。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.05.019

2016-03-10