[实用新型]重量法大气颗粒物浓度在线监测的采样、称量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种空气颗粒物质量浓度在线监测的装置与方法，特别是关于一种用重量法进行空气颗粒物质量浓度在线监测的采样、称量装置和方法。

空气颗粒物指的是分散在空气中的固态或液态颗粒状物质，根据其粒径大小，又可分为空气动力学直径小于或等于100 μm的总悬浮颗粒物(TSP)和空气动力学直径小于或等于10μm的可吸入颗粒物（ PM10）。可吸入颗粒物又可细分为细粒PM2.5(空气动力学直径小于或等于2.5 μm)和粗粒(空气动力学直径介于2.5μm至10μm ) 。

流行病学和毒理学的研究表明：人群呼吸系统和心血管系统疾病发病率、住院人数以及人群死亡率等都与大气中颗粒物浓度的变化相关。颗粒物，尤其是细颗粒物是其它污染物进入人体的载体，能够被吸入肺泡直接进入血液，严重危害人体健康，被公认为对人体健康危害最大，且代表性最强的大气污染物。颗粒物除对人体健康产生不良影响以外，还会对能见度、酸沉降、云和降水、大气的辐射平衡、平流层和对流层的化学反应等造成重要影响。因此，为保障人体健康、客观反映环境质量，需要对空气颗粒物质量浓度进行在线、连续、精确的监测。

根据最新颁布的《环境空气PM10和PM2.5的测定 重量法》（HJ 618-2011），进行空气颗粒物质量浓度监测的标准方法是重量法，用能够截获颗粒物的滤膜，采样前在15~30℃中任一温度下，在50%左右的相对湿度下进行恒重后得其初始质量，采样过程中精确测控采样流量和时间——累计记录采样标准状态体积，采样后回到15~30℃的同一温度、50%左右的相对湿度下恒重后称得其截获质量，以初始质量、截获质量、采样标准状态体积计算出颗粒物浓度的监测结果。重量法的原理简单，测定数据可靠，测量不受颗粒物形状、大小、颜色、化学组成等的影响。因此，重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其它方法是否准确的标杆。但重量法采样、称量都需要手工操作，程序比较繁琐、费时，不能立即给出测试结果，这就限制了该方法在空气颗粒物质量浓度自动、在线监测领域的应用。

目前市场上用于环境空气颗粒物质量浓度在线监测的仪器主要采用振荡天平法和β射线法。

 1980年代R&P公司将振荡天平技术应用于空气颗粒物自动监测，其测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一个一端固定、另一端装有滤膜的空心锥形玻璃管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形玻璃管在电场作用下往复振荡，其振荡频率随滤膜上收集的颗粒物的质量变化而发生改变，仪器通过准确测量频率的变化计算出采集到的颗粒物的质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的气体样品体积计算得出空气中颗粒物的质量浓度。但是温度也会影响锥形玻璃管的振荡频率，所以必须保证振荡天平的工作温度不受气体样品温度变化的影响。因此，振荡天平法颗粒物质量浓度监测仪都有加热、保温的部件与构造，以保障振荡天平在被测样品气流中，其工作温度能够保持恒定，一般为50℃，大大超过了标准重量法称重时的温度（15-30℃）。这使得一部分在标准重量法测定时稳定存在的物质由于温度的升高而挥发损失，导致测值偏低。据报道，振荡天平法测值一般比标准重量法约低8%。为补偿这部分因高温挥发带来的监测结果误差，Thermo Fisher Scientific公司采用滤膜动态测量系统（FDMS）来进行补偿的修正。FDMS让采样的滤膜周期性、间歇地使用经冷凝和颗粒物过滤的洁净空气进行吹扫，将在洁净空气吹扫期间颗粒物的减少量来补偿原测定结果。FDMS系统补偿的理想前提是：那些在标准重量法测定时“不该”挥发的物质，在高温（50℃）下在12分钟内（一个采样和吹扫周期）随时间匀速挥发释放，只有这种情况下吹扫期间减少的质量才能够补偿因过高温度而挥发失去的颗粒物质量。而在实际环境条件下这样的前提很难满足，尤其是气化温度在30-50℃之间的物质，当加热到50℃时很快就挥发殆尽了，对这些组分FDMS系统显然是无法补偿的，这显然将影响监测结果的准确性。