探討β射線法顆粒物在線監測儀與手工采樣器比對測試

白曉亮， 趙 利

(太原市環境監測中心站，山西 太原 030002)

分析與測試

探討β射線法顆粒物在線監測儀與手工采樣器比對測試

白曉亮， 趙 利

(太原市環境監測中心站，山西 太原 030002)

β射線法顆粒物在線監測儀系統具有使用方便、數據可靠和維護成本低等優點。在介紹該儀器基本原理的基礎上，將手工顆粒物采樣器與β射線法顆粒物在線監測系統進行同步比對測試。測試結果表明，該分析儀性能穩定，測定的環境空氣中PM10濃度數據相對誤差低于±10%，能夠滿足大氣顆粒物監測的需求。β射線法顆粒物在線監測儀為大范圍空間顆粒物質量濃度的監測提供了一種快速、實時的手段。

：顆粒物；PM10；在線監測系統；β射線法

引 言

目前，我國大部分城市空氣中的首要污染物是顆粒物，顆粒物污染已成為重要的空氣污染之一[1-3]。隨著現代化城市的快速發展，建設工程施工產生的揚塵對顆粒物的污染貢獻不容小覷。揚塵中的顆粒物PM10也稱可吸入顆粒物，它是空氣動力學直徑≤10 μm的顆粒物。PM10長期累積會引起呼吸系統疾病，如氣促、咳嗽，誘發哮喘、慢性支氣管炎、慢性肺炎等[4]。因此，國家環保部在2012年出臺相應的標準[5]，將PM10納入空氣質量指標體系，對其進行嚴格監控。

常見顆粒物的監測方法主要分為手工監測和在線監測。其中，手工監測是利用空氣顆粒物采樣器對特定區域的空氣連續監測一段時間后，通過對富集在采樣器內顆粒物總重量的稱量來監測顆粒物的濃度。手工監測雖具有成本低、操作簡便等特點，但費事、費力，且存在一定的人為誤差。因此，手工監測的應用主要集中在對比監測中[6]。而在線監測則是利用在線監測儀對區域內的空氣進行連續采樣并自動分析顆粒物濃度的一種方法，其常見原理為β射線法[7]。在線監測具有操作簡便、數據可靠等特點。

本文通過將太原市空氣自動監測站——富力城測試點的β射線法顆粒物監測儀與傳統手工監測法對顆粒物PM10質量測定濃度結果比較，了解β射線法顆粒物監測儀在實際監測過程中的準確性和實用性，考察在線監測系統對揚塵顆粒物PM10監測新方法的重要意義。

1 β射線法顆粒物自動監測系統

1.1 工作原理

β射線法+光散射法測量的原理：結合2種方法的優點。通過β射線法高準確性的數據，定期自動校準光散射的實時數據，得到非常準確的顆粒物實時數據，能夠及時反應突然濃度的變化要求。特別是工地施工現場復雜的情況。

光散射法測量的原理：建立在微粒的Mie散射理論基礎上。當光照射在空氣中的顆粒物上時會產生散射光，在顆粒物性質一定的條件下，顆粒物的散射光強度與其質量濃度成正比。通過測量散射光的強度與應用轉換系數，求得顆粒物質質量。

β射線法測量的原理：采用β射線法。根據β射線吸收原理設計，β射線是一種高速電子流，它穿過物質時與物質內部電子發生非彈性碰撞，其能量被部分吸收。當β射線源最大能量小于1Mev時，穿透物質的質量較小，β射線源強度恒定，則被吸收量大小只與吸收物質的質量有關，而與吸收物質的物化特性(如成分、粒度、分散度、形狀、顏色等)無關。所以，它能直接測量質量濃度，而不需進行任何的換算。

本監測系統是以恒定的β射線源先后穿過空白濾膜和采集有顆粒物樣品的濾膜，比較其吸收量的變化，便可求得顆粒物樣品的質量。

1.2 在線監測系統基本結構

在線監測系統針對建筑工地粉塵高、噪音大的特點，集成顆粒物監測系統、視頻監控系統、噪聲監控系統及GPS定位、數據集成系統于一體，將建筑工地環境質量信息及時傳遞到管理部門，促進建筑工地及時接受監管，文明施工。HN-CK3000型揚塵在線監測系統結構見圖1，該系統主要由采樣入口裝置(PM10、PM2.5切割器)、管路連接件、采樣抽氣泵、監控系統、聲級器、氣象參數、通信傳輸裝置及系統控制裝置等組成。

圖1 HN-CK3000系統結構示意圖

PM2.5切割器按原理可分為撞擊式、旋風式和虛擬式3種。此系統使用的PM2.5切割器為旋風式。

監測系統是基于β射線衰減法的原理。工作時，采樣氣流經切割器切割出符合粒徑要求的顆粒物，然后進入監測系統進行測量分析，最終計算得到實時的顆粒物濃度。為保證最佳的切割效率，監測系統需要實時測量大氣壓和溫度，實時恒定采樣入口和切割器的工況流量。同時，監測系統還應實時連續上傳所測得的顆粒物濃度等數據[8]。

2 手工監測方法

手工監測是在TH-150顆粒物采樣器系統中進行的。該采樣系統由切割頭(PM10)、大氣溫度檢測單元、濾膜更換單元、流量控制系統和溫控系統等組成。通過抽氣泵將環境空氣抽入儀器，流量控制在100 L/min，氣流經PM10切割器后，空氣動力學直徑>10 μm的顆粒物被留在切割器中，≤10 μm的顆粒物則被截留在濾膜上。

使用TH-BQX1便攜式氣體、粉塵、煙塵采樣器校驗裝置對流量進行校準；其他按照《環境空氣顆粒物(PM10)手工監測方法(重量法)技術規范》中規定的顆粒物手工監測質控措施。整體質控措施執行規定中對于現場與實驗室的相關要求[9-10]。

3 比對測試

在2016-4-20～2016-4-26和2016-5-4～2016-5-10這2個時間段期間，將β射線法顆粒物在線監測儀與顆粒物采樣器進行同步比對測試。監測點位選擇2個地點，共計4個點位，分別為：1)太原市環境監測中心站實驗樓樓頂布置1套HN-CK3000揚塵在線監測系統，揚塵在線監測系統周圍布置手工監測點位2個。2)富力城施工場地上風向、下風向各布置1套HN-CK3000揚塵在線監測系統，每套揚塵在線監測系統周圍布置手工監測點位2個。

綜合比對手工監測數據和HN-CK3000揚塵在線監測系統監測數據，計算每次小時值和日均值相對誤差，每天4次小時值平均相對誤差，7天日均值平均相對誤差，測試數據如第46頁圖2所示。

通過分析圖2中的同步比對數據可以知道，在線監測日均值0.178 mg/m3～0.233 mg/m3，平均值為0.207 mg/m3；手工監測日均值0.186 mg/m3～0.241 mg/m3，平均值為0.212 mg/m3；相對誤差-4.3%～2.1%，平均值相對誤差為-2.5%。在線監測小時值0.178 mg/m3～0.268 mg/m3，手工監測小時值0.175 mg/m3～0.261 mg/m3；相對誤差-8.4%～4.4%。富力城上風向，在線監測日均值0.278 mg/m3～1.225 mg/m3，平均值為0.544 mg/m3；手工監測日均值0.274 mg/m3～1.201 mg/m3，平均值為0.541 mg/m3;相對誤差-1.7%～2.0%，平均值相對誤差為0.6%。富力城下風向，在線監測日均值0.214 mg/m3～0.551 mg/m3，平均值為0.385 mg/m3；手工監測日均值0.240 mg/m3～0.545 mg/m3，平均值為0.390 mg/m3;相對誤差-10.8%～2.3%，平均值相對誤差為-1.2%。

β射線+動態加熱系統聯用光散射原理揚塵在線監測系統與手工監測(重量法)測定的環境空氣中PM10濃度數據相對誤差低于±10%,揚塵在線監測系統能夠反映大氣環境中顆粒物濃度水平和變化趨勢。

圖2 比對測試結果

4 結論

利用PMS-200顆粒物采樣器與β射線法顆粒物在線監測儀進行同步比對測試。比對結果表明，該分析儀性能穩定，測定的環境空氣中PM10質量濃度數據相對誤差低于±10%，能夠滿足大氣顆粒物監測的需求。β射線法顆粒物在線監測儀為大范圍空間顆粒物質量濃度的監測提供了一種快速、實時的手段。

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Comparativetestofβ-rayparticlemethodinon-linemonitorandmanualsamplertest

BAIXiaoliang,ZHAOLi

(TaiyuanEnvironmentalMonitoringCenterStation,TaiyuanShanxi030002,China)

The β-ray particle on-line monitor system has the advantages of easy operation, reliable data and low maintenance cost. On basis of introducing the basic principle of the instrument,manual particle sampler is compared with β-ray particle on-line monitoring system. The β-results show that the analyzer has stable performance, and the relative error of PM10 concentration in ambient air is less than + 10%, which can meet the demand of monitoring atmospheric particulates. The β-ray particle on-line monitor provides a fast and real-time means for monitoring the mass concentration of large space particles.

particulate matter; PM10; on-line monitoring system; β-ray method

2017-04-13

白曉亮，男，1982年出生，2005年畢業于南京信息工程大學環境科學專業，本科學歷，工程師，從事現場監測工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.13

X831;X513

A

1004-7050(2017)03-0044-03