光浊度计结合β射线法颗粒物监测仪安装维护浅析

梁永健

(广州市环境监测中心站，广州 510030)



仪器使用与维修

光浊度计结合β射线法颗粒物监测仪安装维护浅析

梁永健

(广州市环境监测中心站，广州 510030)

PM2.5是指大气中空气动力学直径小于或等于2.5微米的颗粒物，它对人体健康和环境空气质量的影响极大。广州市环境监测中心站将美国赛默飞世尔公司的5030 SHARP 光浊度计结合β射线法颗粒物监测仪应用于细颗粒物PM2.5监测。经过一段时间的使用及维护，目前该5030 SHARP监测仪运行稳定。本文着重介绍5030 SHARP监测仪的安装，以及维护中容易出现的问题，并提出一些使用注意事项，分享仪器维护经验，希望以此为环境监测技术人员提供该仪器安装和维护方面的参考，以获得准确的监测数据。

环境监测；监测仪；细颗粒物；安装；维护

PM2.5是指大气中空气动力学直径小于或等于2.5微米的颗粒物，因其颗粒极小而能被人体吸入，也称为细颗粒物，对人体健康和大气环境质量的影响极大，是灰霾天气形成的主要因素。2012年国家环保部要求在在京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省会城市开展PM2.5与臭氧等项目监测，2015年底覆盖所有地级以上城市。

作为全国首批开展PM2.5颗粒物监测的城市之一，广州市环境监测中心站配置了美国赛默飞世尔公司的5030 SHARP 光浊度计结合β射线法颗粒物监测仪对环境空气的细颗粒物PM2.5进行监测并向社会发布监测结果。经过2年多的运行维护，仪器工作正常。以下对5030 SHARP的安装及维护经验作简单的介绍。

1 5030 SHARP颗粒物监测仪工作原理

5030 SHARP作为目前最先进的环境颗粒物监测仪，利用了光浊度计结合β射线法对颗粒物浓度进行测量。与前代产品相比，它增加了光浊度计，利用光浊度计时间分辨率高，精度高的特性来结合beta射线法准确度高的特性最终达到高准确度且高精度的测量。

细颗粒物样品沿采样管进入仪器后，首先被光浊度计进行测量。光浊度计组件测量细颗粒物通过880nm的照明光束后的散射光，其响应与细颗粒物浓度成线性关系。由此得出1分钟的细颗粒物质量浓度均值，得到很高的数据精度，如图1所示。

图1 光浊度计工作原理

此后，细颗粒物样品沉积在采样滤纸上，通过β射线对其进行测量。β射线法颗粒物质量计算。公式(1)

(1)

∑mn=装载质量[μg],

β0=没有装载样品时β射线背景计数率[1/s],

βn=装载样品时β射线计数率[1/s],

Fcal=参比膜质量系数[μg]，

Fβn/αn=自然界β与α计数率比值≈3.5

αn=自然界气溶胶辐射总α射线计数率

α0=α射线背景计数率[1/s]

在此之后，还要根据实际的温度和压力变化对∑mn进行修正，再对一个设定的时间T进行线性回归算法算出β射线法的质量浓度，从而得到高准确度的数据。

2 5030SHARP颗粒物监测仪安装注意事项

5030SHARP颗粒物监测仪安装与前代产品FH62颗粒物监测仪安装方法大致相同，主要包括站房开孔、温湿度传感器安装、采样头安装、PM2.5VSCC切割器安装、采样管路与仪器连接、真空泵的连接等程序。较以往不同的是5030SHARP增加了动态加热系统(DHS)，安装完成后要对加热门坎湿度进行设置，以及对仪器软件更新用以调节相邻采样尘斑的的间隔。故在仪器硬件连接好后要注意以下两个事项。

2.1 门坎湿度的设定

门坎湿度设定的不同对监测仪的样品湿度进行了限制，目的是为了使连续质量监测仪测量样品的条件满足重量法中相对湿度的条件[1]，便于与经典的手工重量法进行比对。样品经过采样头及采样管路进入仪器，该系统通过内部加热，最大限度地减少采集样本中半挥发性物质的损失，获得更加准确的测量数据。当环境湿度增加超过门坎值时，应用加热来维持相对湿度始终与门坎值平衡；当相对湿度低于门坎值时，加热器则应停止加热。

2.2 对仪器软件的更新

5030SHARP的β射线采样检测单元对采样样品存集于滤带上，形成尘斑。当一个尘斑满足时间、质量等设定条件后，采样检测单元会打开并进行纸带传动，然后再重新闭合以更换另一个新的采样尘斑。但由于出厂设置纸带传动距离较短，尘斑间距较密，造成旧采样尘斑虽已移离β射线检测区域，但却未完全移离β射线采样检测单元，污染采样检测单元，由于尘斑的厚度使该单元不能完全闭合，造成漏气，令实测颗粒物浓度偏小，如图2、3所示。根据实际使用经验，安装后要注意对仪器进行软件更新，更改采样尘斑间隔，使旧采样尘斑在一次纸带传动后完全移出β射线采样检测单元，提高测量准确性。

图2 升级前采样尘斑间距较密

图3 旧采样尘斑污染的采样检测单元

3 5030SHARP颗粒物监测仪校准注意事项

5030SHARP的校准需要准备经计量认证的温度计、湿度计、压力计、流量计及原厂标配的光浊度计过滤器和β射线校准膜。具体的校准步骤如图4所示。

图4 5030 SHARP校准步骤

3.1 温度、湿度、压力校准

在校准温度之前，需要将仪器动态加热开关关闭至少1小时，以确保各个温度传感器测值稳定。然后，开始分别对T1采样环境温度、T2β射线采样检测单元下部温度、T3限流孔温度及T4加热器加热温度进行校准，其中T2，T3需要将温度传感器拆开才可进行校准。

因仪器配置了动态加热系统，而加热开关是根据相对湿度进行调节的，所以必须对湿度传感器进行校准。需要注意的是湿度传感器放置于光浊度计内，因此校准湿度需要用已校准的湿度传感器探头插入光浊度计入口约2cm处，待稳定后进行校准。

根据使用经验，压力的校准主要是对室外采样口的环境气压传感器P3进行校准，而机内真空泵压力P1及限流孔两端压差P2则只需在出现流量不稳等状态时才进行校准。

3.2 流量校准

在采样管顶端缓慢装上流量计，然后根据实测流量对仪器进行修正。流量计安装不能过快，否则会出现泵停转报错，严重的情况会引致β射线检测器的金属膜片由于真空负压造成损坏。校准过程须注意的是，活塞式标准流量计测量一般使用L/min，需要对流量计读数乘以60折算到L/h,再将数据输入仪器(图5)。

图5 流量校准界面

3.3 光浊度计校准

当仪器运行一段时间后，和常规气态监测仪一样，光浊度计需要定期校准其测量的零点及跨度。由于跨度校准需要专门用于光浊度计校准的校准仪DR4和颗粒物生产器，这部分需要返回原厂才能进行。故根据实际使用经验，一般只对其进行零点校准。使用标配的颗粒物去除器连接采样入口，待其测值稳定并在0±2μg/m3以下时即可对光浊度计进行零点校准。如发现仪器零点偏高，则考虑清洗光浊度计，再对浊度计进行校准。

3.4 β射线检测器校准

与旧款的颗粒物监测仪一样，使用仪器标配的校准膜片对仪器β射线检测器的零点及跨度进行校准，仪器重现性应在±2%以内[2]。

4 日常维护

5030SHARP的日常维护包括采样管路清洗、光浊度计和β射线采样检测单元清洗，纸带更换、气路检漏和真空泵刮片更换。纸带更换和真空泵刮片更换比较简单，以下着重介绍气路及光浊度计清洗[3]。

根据实际经验，应每月对采样头及PM2.5切割器进行彻底清洗。清洗前需要先把采样头及PM2.5切割器完全拆解，然后用纯净水及酒精擦拭干净内部，在重新安装的时候在O型圈涂抹一层薄硅脂，增加密封性。采样头及PM2.5切割器结构分别如图6、图7所示。如污染情况较严重，则应增加清洗频率。若清洗不及时，可能会导致切割器及采样头内污物吸附颗粒物，从而造成测量颗粒物浓度偏低。

光浊度计和β射线采样检测单元则应每年定期清洗。光浊度计内部，如图8所示。在清洗光浊度计的时候，切记不能用手或抹布、纸巾等擦拭光度计内部，如有条件可选择在无尘环境中利用干燥的高压气体对其进行吹扫，以清理光浊度计内部污物。

在完成以上部件清洗工作后，需要对仪器进行检漏操作，确保气路正常。

图6 采样头分解图

图7 PM2.5切割器分解图

图8 光浊度计俯视图

5 结语

环境空气质量已成为社会关注的热点，而PM2.5是影响环境空气质量的主要污染物之一，广州已经于2012年底对外公布实时PM2.5数据。在监测方面，广州使用5030SHARP颗粒物监测仪对PM2.5进行监测，在经过2年的实际运行，仪器性能满足监测要求。本文根据自身使用中积累的经验，归纳总结出该仪器的安装维护等要点，希望能够为从事环境空气质量自动监测技术人员提供参考。

[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.

[2]HJ653-2013环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统技术要求及检测方法.

[3] 裴成磊，黄祖照，刘叶新，邝俊侠，梁永健.β射线吸收法颗粒物自动监测仪器建设及维护[J].现代科学仪器，2014,(1):149-152.

信息简讯

“2015(第九届)中国科学仪器发展年会”在京召开

2015年4月22日，中国科学仪器行业的“达沃斯论坛”——2015 (第九届)中国科学仪器发展年会(ACCSI2015)在北京京仪大酒店召开，会议主题为“创新创造价值”。本届年会由中国仪器仪表行业协会、中国仪器仪表学会、中国仪器仪表学会分析仪器分会、仪器信息网(www.instrument.com.cn)联合主办，首都科技条件平台、我要测(www.woyaoce.cn)协办， 出席会议人数超过800名。

会上，中国仪器仪表行业协会秘书长闫增序分析总结2014年科学仪器行业发展状况并对2015年行业发展情况做出预测。中国仪器仪表学会分析仪器分会理事长关亚风介绍了科学仪器近年来最新技术进展并对未来发展趋势进行了展望。中国仪器仪表学会秘书长朱险峰报告了我国科学仪器制造业发展战略研究成果。仪器信息网市场研究中心主任刘向东以大量的市场调研数据剖析了科学仪器市场需求所在。

在企业高峰论坛上，钢研纳克、珀金埃尔默、天美(控股)、天瑞仪器、永新光学、海洋光学亚洲公司等6家国内外知名科学仪器企业，分别就“步入‘新常态’的中国经济大环境将如何影响科学仪器市场?”、“为了应对当下我国乃至全球经济发展中出现的新情况，业内标杆厂商正在或将要采取哪些新对策?”、“‘移动互联网’、‘大数据’、‘云计算’等新技术的出现能否为科学仪器产业未来的运营模式带来改变?”等问题进行探讨，加深了与会者对中国科学仪器行业发展道路的思考。ACCSI2015还开设了科学仪器研发成果转化推进研讨会、快速检测技术论坛、科学仪器新技术热点应用论坛、科学仪器制造信息化建设论坛、科学仪器标准化论坛、科学仪器行业互联网营销峰会、实验室用试剂发展圆桌论坛等7个分论坛。ACCSI2015颁布的奖项有“2014科学仪器优秀新产品”、“2014绿色仪器”、“2014最受关注仪器”、“2014最具影响力厂商”、“2014最具成长潜力企业”、“2014企业年度人物”和第二届“科学仪器研发特别贡献奖”等。(仪器信息网讯供稿)

钟家湘教授获ACCSI2015 “第二届科学仪器行业研发特别贡献奖”

该奖项设立的目的旨在鼓励多年来在仪器研发第一线，为科学仪器技术创新做出突出贡献的科学家、企业研发人员。北京理工大学教授钟家湘教

授50年来一直活跃在科研、生产、教学的第一线。2000年主持了全自动动态氮吸附仪的改造项目并成功产业化;2004年创建北京精微高博科学技术有限公司，专门从事氮吸附仪的研究与开发;2007年以后致力于研发我国静态比表面及孔径分析仪，先后自主研发成功“静态介孔分析仪”、“静态微孔分析仪”、“静态超微孔分析仪” 等10余种比表面及微孔分析仪器，申请发明专利3项。钟家湘教授对于孔径分析特别是微孔分析的各种理论模型进行了深入研究，对于材料表面特性的表征方法及参数，进行了深刻全面的阐述。钟家湘教授开拓了该领域国产仪器的发展与创新，改变了该领域完全依赖进口的局面;研究成果成功进行了产业化，累计售出近1000台设备。(仪器信息网讯供稿)

“2014科学仪器行业最受关注仪器”名单揭晓

2015年4月22日，2015中国科学仪器发展年会(ACCSI2015)公布了“2014科学仪器行业最受关注仪器”名单。名单如下，排名不分前后。(仪器信息网讯供稿)

2014科学仪器行业最受关注国内仪器

第十三届中国国际科学仪器及实验装备展览会(CISILE2015)举办16家厂商分获CISILE2015自主创新金奖和银奖

2015年4月23日，由中国仪器仪表行业协会主办，北京朗普展览有限公司承办的第十三届中国国际科学仪器及实验装备展览会(CISILE2015)在国家会议中心举办。16家厂商分获CISILE2015自主创新金奖和银奖。CISILE自主创新奖评选活动旨在表彰拥有自主创新能力的优秀国产科学仪器企业，以促进企业提升自主研发能力水平，名单如下。奖项从2004年开始设立，目前已有数十家企业获此荣誉。

CISILE2015自主创新金奖获奖名单

CISILE2015自主创新银奖获奖产品

(仪器信息网讯供稿)

中科赛凌“BTC-03高低温试验箱”

获CISILE2015自主创新奖金奖

中科赛凌BTC-03台式高低温试验箱因创新点明显，技术水平国内领先，接近国际同类产品，获CISILE“自主创新奖金奖”。本产品为办公室实验室等环境专门开发，可方便放置于工作台面上，占地空间小。采用超静音设计，超低能耗，仅需常规办公室电源即可正常使用。 (中科赛凌企划部供稿)

北京吉天“直接进样汞镉测定仪DCMA-200”

获CISILE2015自主创新金奖

DCMA-200可用于固体、液体样品中汞(Hg)和镉(Cd)的同时或分别分析测量。3到5分钟时间，就可以得到准确的分析结果。整个分析过程无需任何化学试剂，不产生任何废液，废气。因其超低功耗，可应用于野外、现场应急监测等特殊环境。

国内专利：ZL 201020259644.X

国际专利：PCT/CN2010/075178

应用范围：

农产品：粮食(大米，小麦等)、蔬菜、水果；

环境样品：净水/污水、土壤、底泥、固废；

食品/轻工：香烟、加工食品、织物、皮革。

详细产品信息请点击：http://www.bjtitanco.com/products_detail/&productId=45.html

(北京吉天仪器公司供稿)

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，工程师，工作于广州市环境监测中心站环境质量自动监测室，从事空气质量自动监测和噪声自动监测工作8年。

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

2015-01-27