梁永健

(廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣州 510030)

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儀器使用與維修

光濁度計結合β射線法顆粒物監(jiān)測儀安裝維護淺析

梁永健

(廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站，廣州 510030)

PM2.5是指大氣中空氣動力學直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，它對人體健康和環(huán)境空氣質量的影響極大。廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站將美國賽默飛世爾公司的5030 SHARP 光濁度計結合β射線法顆粒物監(jiān)測儀應用于細顆粒物PM2.5監(jiān)測。經過一段時間的使用及維護，目前該5030 SHARP監(jiān)測儀運行穩(wěn)定。本文著重介紹5030 SHARP監(jiān)測儀的安裝，以及維護中容易出現(xiàn)的問題，并提出一些使用注意事項，分享儀器維護經驗，希望以此為環(huán)境監(jiān)測技術人員提供該儀器安裝和維護方面的參考，以獲得準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

環(huán)境監(jiān)測；監(jiān)測儀；細顆粒物；安裝；維護

PM2.5是指大氣中空氣動力學直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，因其顆粒極小而能被人體吸入，也稱為細顆粒物，對人體健康和大氣環(huán)境質量的影響極大，是灰霾天氣形成的主要因素。2012年國家環(huán)保部要求在在京津冀、長三角、珠三角等重點區(qū)域以及直轄市和省會城市開展PM2.5與臭氧等項目監(jiān)測，2015年底覆蓋所有地級以上城市。

作為全國首批開展PM2.5顆粒物監(jiān)測的城市之一，廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站配置了美國賽默飛世爾公司的5030 SHARP 光濁度計結合β射線法顆粒物監(jiān)測儀對環(huán)境空氣的細顆粒物PM2.5進行監(jiān)測并向社會發(fā)布監(jiān)測結果。經過2年多的運行維護，儀器工作正常。以下對5030 SHARP的安裝及維護經驗作簡單的介紹。

1 5030 SHARP顆粒物監(jiān)測儀工作原理

5030 SHARP作為目前最先進的環(huán)境顆粒物監(jiān)測儀，利用了光濁度計結合β射線法對顆粒物濃度進行測量。與前代產品相比，它增加了光濁度計，利用光濁度計時間分辨率高，精度高的特性來結合beta射線法準確度高的特性最終達到高準確度且高精度的測量。

細顆粒物樣品沿采樣管進入儀器后，首先被光濁度計進行測量。光濁度計組件測量細顆粒物通過880nm的照明光束后的散射光，其響應與細顆粒物濃度成線性關系。由此得出1分鐘的細顆粒物質量濃度均值，得到很高的數(shù)據(jù)精度，如圖1所示。

圖1 光濁度計工作原理

此后，細顆粒物樣品沉積在采樣濾紙上，通過β射線對其進行測量。β射線法顆粒物質量計算。公式(1)

(1)

∑mn=裝載質量[μg],

β0=沒有裝載樣品時β射線背景計數(shù)率[1/s],

βn=裝載樣品時β射線計數(shù)率[1/s],

Fcal=參比膜質量系數(shù)[μg]，

Fβn/αn=自然界β與α計數(shù)率比值≈3.5

αn=自然界氣溶膠輻射總α射線計數(shù)率

α0=α射線背景計數(shù)率[1/s]

在此之后，還要根據(jù)實際的溫度和壓力變化對∑mn進行修正，再對一個設定的時間T進行線性回歸算法算出β射線法的質量濃度，從而得到高準確度的數(shù)據(jù)。

2 5030SHARP顆粒物監(jiān)測儀安裝注意事項

5030SHARP顆粒物監(jiān)測儀安裝與前代產品FH62顆粒物監(jiān)測儀安裝方法大致相同，主要包括站房開孔、溫濕度傳感器安裝、采樣頭安裝、PM2.5VSCC切割器安裝、采樣管路與儀器連接、真空泵的連接等程序。較以往不同的是5030SHARP增加了動態(tài)加熱系統(tǒng)(DHS)，安裝完成后要對加熱門坎濕度進行設置，以及對儀器軟件更新用以調節(jié)相鄰采樣塵斑的的間隔。故在儀器硬件連接好后要注意以下兩個事項。

2.1 門坎濕度的設定

門坎濕度設定的不同對監(jiān)測儀的樣品濕度進行了限制，目的是為了使連續(xù)質量監(jiān)測儀測量樣品的條件滿足重量法中相對濕度的條件[1]，便于與經典的手工重量法進行比對。樣品經過采樣頭及采樣管路進入儀器，該系統(tǒng)通過內部加熱，最大限度地減少采集樣本中半揮發(fā)性物質的損失，獲得更加準確的測量數(shù)據(jù)。當環(huán)境濕度增加超過門坎值時，應用加熱來維持相對濕度始終與門坎值平衡；當相對濕度低于門坎值時，加熱器則應停止加熱。

2.2 對儀器軟件的更新

5030SHARP的β射線采樣檢測單元對采樣樣品存集于濾帶上，形成塵斑。當一個塵斑滿足時間、質量等設定條件后，采樣檢測單元會打開并進行紙帶傳動，然后再重新閉合以更換另一個新的采樣塵斑。但由于出廠設置紙帶傳動距離較短，塵斑間距較密，造成舊采樣塵斑雖已移離β射線檢測區(qū)域，但卻未完全移離β射線采樣檢測單元，污染采樣檢測單元，由于塵斑的厚度使該單元不能完全閉合，造成漏氣，令實測顆粒物濃度偏小，如圖2、3所示。根據(jù)實際使用經驗，安裝后要注意對儀器進行軟件更新，更改采樣塵斑間隔，使舊采樣塵斑在一次紙帶傳動后完全移出β射線采樣檢測單元，提高測量準確性。

圖2 升級前采樣塵斑間距較密

圖3 舊采樣塵斑污染的采樣檢測單元

3 5030SHARP顆粒物監(jiān)測儀校準注意事項

5030SHARP的校準需要準備經計量認證的溫度計、濕度計、壓力計、流量計及原廠標配的光濁度計過濾器和β射線校準膜。具體的校準步驟如圖4所示。

圖4 5030 SHARP校準步驟

3.1 溫度、濕度、壓力校準

在校準溫度之前，需要將儀器動態(tài)加熱開關關閉至少1小時，以確保各個溫度傳感器測值穩(wěn)定。然后，開始分別對T1采樣環(huán)境溫度、T2β射線采樣檢測單元下部溫度、T3限流孔溫度及T4加熱器加熱溫度進行校準，其中T2，T3需要將溫度傳感器拆開才可進行校準。

因儀器配置了動態(tài)加熱系統(tǒng)，而加熱開關是根據(jù)相對濕度進行調節(jié)的，所以必須對濕度傳感器進行校準。需要注意的是濕度傳感器放置于光濁度計內，因此校準濕度需要用已校準的濕度傳感器探頭插入光濁度計入口約2cm處，待穩(wěn)定后進行校準。

根據(jù)使用經驗，壓力的校準主要是對室外采樣口的環(huán)境氣壓傳感器P3進行校準，而機內真空泵壓力P1及限流孔兩端壓差P2則只需在出現(xiàn)流量不穩(wěn)等狀態(tài)時才進行校準。

3.2 流量校準

在采樣管頂端緩慢裝上流量計，然后根據(jù)實測流量對儀器進行修正。流量計安裝不能過快，否則會出現(xiàn)泵停轉報錯，嚴重的情況會引致β射線檢測器的金屬膜片由于真空負壓造成損壞。校準過程須注意的是，活塞式標準流量計測量一般使用L/min，需要對流量計讀數(shù)乘以60折算到L/h,再將數(shù)據(jù)輸入儀器(圖5)。

圖5 流量校準界面

3.3 光濁度計校準

當儀器運行一段時間后，和常規(guī)氣態(tài)監(jiān)測儀一樣，光濁度計需要定期校準其測量的零點及跨度。由于跨度校準需要專門用于光濁度計校準的校準儀DR4和顆粒物生產器，這部分需要返回原廠才能進行。故根據(jù)實際使用經驗，一般只對其進行零點校準。使用標配的顆粒物去除器連接采樣入口，待其測值穩(wěn)定并在0±2μg/m3以下時即可對光濁度計進行零點校準。如發(fā)現(xiàn)儀器零點偏高，則考慮清洗光濁度計，再對濁度計進行校準。

3.4 β射線檢測器校準

與舊款的顆粒物監(jiān)測儀一樣，使用儀器標配的校準膜片對儀器β射線檢測器的零點及跨度進行校準，儀器重現(xiàn)性應在±2%以內[2]。

4 日常維護

5030SHARP的日常維護包括采樣管路清洗、光濁度計和β射線采樣檢測單元清洗，紙帶更換、氣路檢漏和真空泵刮片更換。紙帶更換和真空泵刮片更換比較簡單，以下著重介紹氣路及光濁度計清洗[3]。

根據(jù)實際經驗，應每月對采樣頭及PM2.5切割器進行徹底清洗。清洗前需要先把采樣頭及PM2.5切割器完全拆解，然后用純凈水及酒精擦拭干凈內部，在重新安裝的時候在O型圈涂抹一層薄硅脂，增加密封性。采樣頭及PM2.5切割器結構分別如圖6、圖7所示。如污染情況較嚴重，則應增加清洗頻率。若清洗不及時，可能會導致切割器及采樣頭內污物吸附顆粒物，從而造成測量顆粒物濃度偏低。

光濁度計和β射線采樣檢測單元則應每年定期清洗。光濁度計內部，如圖8所示。在清洗光濁度計的時候，切記不能用手或抹布、紙巾等擦拭光度計內部，如有條件可選擇在無塵環(huán)境中利用干燥的高壓氣體對其進行吹掃，以清理光濁度計內部污物。

在完成以上部件清洗工作后，需要對儀器進行檢漏操作，確保氣路正常。

圖6 采樣頭分解圖

圖7 PM2.5切割器分解圖

圖8 光濁度計俯視圖

5 結語

環(huán)境空氣質量已成為社會關注的熱點，而PM2.5是影響環(huán)境空氣質量的主要污染物之一，廣州已經于2012年底對外公布實時PM2.5數(shù)據(jù)。在監(jiān)測方面，廣州使用5030SHARP顆粒物監(jiān)測儀對PM2.5進行監(jiān)測，在經過2年的實際運行，儀器性能滿足監(jiān)測要求。本文根據(jù)自身使用中積累的經驗，歸納總結出該儀器的安裝維護等要點，希望能夠為從事環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測技術人員提供參考。

[1]HJ656-2013，環(huán)境空氣顆粒物(PM2.5)手工監(jiān)測方法(重量法)技術規(guī)范.

[2]HJ653-2013環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法.

[3] 裴成磊，黃祖照，劉葉新，鄺俊俠，梁永健.β射線吸收法顆粒物自動監(jiān)測儀器建設及維護[J].現(xiàn)代科學儀器，2014,(1):149-152.

信息簡訊

“2015(第九屆)中國科學儀器發(fā)展年會”在京召開

2015年4月22日，中國科學儀器行業(yè)的“達沃斯論壇”——2015 (第九屆)中國科學儀器發(fā)展年會(ACCSI2015)在北京京儀大酒店召開，會議主題為“創(chuàng)新創(chuàng)造價值”。本屆年會由中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會、中國儀器儀表學會、中國儀器儀表學會分析儀器分會、儀器信息網(www.instrument.com.cn)聯(lián)合主辦，首都科技條件平臺、我要測(www.woyaoce.cn)協(xié)辦， 出席會議人數(shù)超過800名。

會上，中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會秘書長閆增序分析總結2014年科學儀器行業(yè)發(fā)展狀況并對2015年行業(yè)發(fā)展情況做出預測。中國儀器儀表學會分析儀器分會理事長關亞風介紹了科學儀器近年來最新技術進展并對未來發(fā)展趨勢進行了展望。中國儀器儀表學會秘書長朱險峰報告了我國科學儀器制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究成果。儀器信息網市場研究中心主任劉向東以大量的市場調研數(shù)據(jù)剖析了科學儀器市場需求所在。

在企業(yè)高峰論壇上，鋼研納克、珀金埃爾默、天美(控股)、天瑞儀器、永新光學、海洋光學亞洲公司等6家國內外知名科學儀器企業(yè)，分別就“步入‘新常態(tài)’的中國經濟大環(huán)境將如何影響科學儀器市場?”、“為了應對當下我國乃至全球經濟發(fā)展中出現(xiàn)的新情況，業(yè)內標桿廠商正在或將要采取哪些新對策?”、“‘移動互聯(lián)網’、‘大數(shù)據(jù)’、‘云計算’等新技術的出現(xiàn)能否為科學儀器產業(yè)未來的運營模式帶來改變?”等問題進行探討，加深了與會者對中國科學儀器行業(yè)發(fā)展道路的思考。ACCSI2015還開設了科學儀器研發(fā)成果轉化推進研討會、快速檢測技術論壇、科學儀器新技術熱點應用論壇、科學儀器制造信息化建設論壇、科學儀器標準化論壇、科學儀器行業(yè)互聯(lián)網營銷峰會、實驗室用試劑發(fā)展圓桌論壇等7個分論壇。ACCSI2015頒布的獎項有“2014科學儀器優(yōu)秀新產品”、“2014綠色儀器”、“2014最受關注儀器”、“2014最具影響力廠商”、“2014最具成長潛力企業(yè)”、“2014企業(yè)年度人物”和第二屆“科學儀器研發(fā)特別貢獻獎”等。(儀器信息網訊供稿)

鐘家湘教授獲ACCSI2015 “第二屆科學儀器行業(yè)研發(fā)特別貢獻獎”

該獎項設立的目的旨在鼓勵多年來在儀器研發(fā)第一線，為科學儀器技術創(chuàng)新做出突出貢獻的科學家、企業(yè)研發(fā)人員。北京理工大學教授鐘家湘教

授50年來一直活躍在科研、生產、教學的第一線。2000年主持了全自動動態(tài)氮吸附儀的改造項目并成功產業(yè)化;2004年創(chuàng)建北京精微高博科學技術有限公司，專門從事氮吸附儀的研究與開發(fā);2007年以后致力于研發(fā)我國靜態(tài)比表面及孔徑分析儀，先后自主研發(fā)成功“靜態(tài)介孔分析儀”、“靜態(tài)微孔分析儀”、“靜態(tài)超微孔分析儀” 等10余種比表面及微孔分析儀器，申請發(fā)明專利3項。鐘家湘教授對于孔徑分析特別是微孔分析的各種理論模型進行了深入研究，對于材料表面特性的表征方法及參數(shù)，進行了深刻全面的闡述。鐘家湘教授開拓了該領域國產儀器的發(fā)展與創(chuàng)新，改變了該領域完全依賴進口的局面;研究成果成功進行了產業(yè)化，累計售出近1000臺設備。(儀器信息網訊供稿)

“2014科學儀器行業(yè)最受關注儀器”名單揭曉

2015年4月22日，2015中國科學儀器發(fā)展年會(ACCSI2015)公布了“2014科學儀器行業(yè)最受關注儀器”名單。名單如下，排名不分前后。(儀器信息網訊供稿)

2014科學儀器行業(yè)最受關注國內儀器

第十三屆中國國際科學儀器及實驗裝備展覽會(CISILE2015)舉辦16家廠商分獲CISILE2015自主創(chuàng)新金獎和銀獎

2015年4月23日，由中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會主辦，北京朗普展覽有限公司承辦的第十三屆中國國際科學儀器及實驗裝備展覽會(CISILE2015)在國家會議中心舉辦。16家廠商分獲CISILE2015自主創(chuàng)新金獎和銀獎。CISILE自主創(chuàng)新獎評選活動旨在表彰擁有自主創(chuàng)新能力的優(yōu)秀國產科學儀器企業(yè)，以促進企業(yè)提升自主研發(fā)能力水平，名單如下。獎項從2004年開始設立，目前已有數(shù)十家企業(yè)獲此榮譽。

CISILE2015自主創(chuàng)新金獎獲獎名單

CISILE2015自主創(chuàng)新銀獎獲獎產品

(儀器信息網訊供稿)

中科賽凌“BTC-03高低溫試驗箱”

獲CISILE2015自主創(chuàng)新獎金獎

中科賽凌BTC-03臺式高低溫試驗箱因創(chuàng)新點明顯，技術水平國內領先，接近國際同類產品，獲CISILE“自主創(chuàng)新獎金獎”。本產品為辦公室實驗室等環(huán)境專門開發(fā)，可方便放置于工作臺面上，占地空間小。采用超靜音設計，超低能耗，僅需常規(guī)辦公室電源即可正常使用。 (中科賽凌企劃部供稿)

北京吉天“直接進樣汞鎘測定儀DCMA-200”

獲CISILE2015自主創(chuàng)新金獎

DCMA-200可用于固體、液體樣品中汞(Hg)和鎘(Cd)的同時或分別分析測量。3到5分鐘時間，就可以得到準確的分析結果。整個分析過程無需任何化學試劑，不產生任何廢液，廢氣。因其超低功耗，可應用于野外、現(xiàn)場應急監(jiān)測等特殊環(huán)境。

國內專利：ZL 201020259644.X

國際專利：PCT/CN2010/075178

應用范圍：

農產品：糧食(大米，小麥等)、蔬菜、水果；

環(huán)境樣品：凈水/污水、土壤、底泥、固廢；

食品/輕工：香煙、加工食品、織物、皮革。

詳細產品信息請點擊：http://www.bjtitanco.com/products_detail/&productId=45.html

(北京吉天儀器公司供稿)

Discussion of installation and maintenance on the particulate monitor based on light scattering and beta attenuation.

LiangYongjian

(GuangzhouEnvironmentalMonitoringCenter,Guangzhou,Guangdong510030,China)

This paper focuses on the installation of 5030 SHARP and the problems that may appear in daily maintenance, and presents the points for attention in daily use.

environmental monitoring; monitor; fine particles; installation; maintenance

梁永健，男，1984年生，工程師，工作于廣州市環(huán)境監(jiān)測中心站環(huán)境質量自動監(jiān)測室，從事空氣質量自動監(jiān)測和噪聲自動監(jiān)測工作8年。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.03.020

2015-01-27