PM2.5来源解析多通道采样器的运行维护

陈彦宁　洪达驰　裴成磊　张金谱

(广州市环境监测中心站，广州 510030)



PM2.5来源解析多通道采样器的运行维护

陈彦宁洪达驰裴成磊张金谱

(广州市环境监测中心站，广州 510030)

多通道采样器作为广州市PM2.5来源解析工作的重要组成设备，适用于PM2.5颗粒物采样的无机多元素分析，是对大流量采样器的重要补充。2015年，根据广州市政府对环境空气细颗粒物PM2.5来源解析工作业务化开展的要求，在3个站点配置了PM2.5多通道采样器。本文主要总结了新仪器在第一季度采样工作的运行维护方法和仪器的平行性分析。

PM2.5多通道采样器维护平行性分析

1　概述

大气细颗粒物PM2.5是指环境空气动力学直径小于或等于2.5μm的可吸入肺颗粒物，由于其粒径小，并可为毒性物质提供载体，对环境和人体健康产生很大影响[1，2]。广州市环境监测中心站于2009年开始开展细颗粒物PM2.5的监测工作，并于2016年在公园前、九龙镇、万顷沙3个采样点分别配置了一台六通道采样器，采用的仪器为众瑞智能的ZR-3930D型六通道采样器。该仪器是六通道同源平行采样器，可以同时采集大气中TSP、PM10、PM2.5。特殊的分流结构使得含有TSP粒级的颗粒物按各向同性被均匀分配到六路采样通道中，实现颗粒物分类同源平行采样。本文总结了新仪器在第一季度采样工作的运行维护方法和遇到的诸多问题及解决方法，希望能为保障PM2.5来源解析工作的顺利进行和所得数据稳定可靠提供参考。

2　ZR-3930D型六通道采样设备

2.1仪器功能特点及结构

ZR-3930D型六通道采样器具有以下特点：(1)特殊分流结构，保证采样结果各向同性；(2)高负压无刷采样泵，恒流控制电路，流量稳定；(3)滤膜快速换夹装置，切割器可灵活拆卸和清洗；(4)六路采样流量独立控制，采样通道灵活多变，可自由选择；(5)断电记忆功能，来电后恢复采样功能并继续累积采样时间和记录来电时间；(6)实时测量环境温度、湿度和大气压；(7)大容量数据存储功能，每5min存储采样数据，最少可存储3个月；(8)USB接口，支持U盘数据转存；(9)内嵌微型打印机，可直接打印相关数据；

在日常采样工作中，仪器维护和使用人员需要经常打开控制柜前门、主机柜前门、主机柜后门，但控制柜后门搭扣保持锁定状态，除非故障并得到生产者允许，否则仪器维护和使用人员不得打开控制柜后门。此外，滤膜夹持器、PM2.5切割器、PM10切割器、切割器连接杆等采样器部件在取放时左右转动以免将O型圈损坏，破坏仪器气密性。

2.2仪器的设置及操作

ZR-3930D型六通道采样器的操作包括仪器开机、采样、查询、系统维护4个部分，采样工作人员必须熟练掌握这些设置及操作。设置步骤如下：

2.2.1仪器开机

仪器开机前认真检查电源线是否连接牢靠，是否有安全隐患。仪器维护人员可通过自检界面的显示获取仪器是否处于正常状态的信息。

2.2.2仪器采样设置

点击采样按钮进入采样设置界面。 该界面下可设置实时时钟、采样开始时间、采样时间，采样间隔时间和采样次数等，如图1所示。

图1　采样设置

点击启动后，进入采样等待界面，等待到达设定时刻后启动。若此时掉电，则上电后，若已到达设定启动时刻则启动采样，若未到达则自动进入采样等待界面。到达设定采样开始时间或在采样设置界面点击立即采样后，仪器开始运行，进入采样工作，如图2所示。

图2　采样工作

2.2.3数据查询

在主界面、采样设置、采样等待、采样工作状态下，点击数据查询，均可以进入采样文件查询界面。

2.2.4系统维护

在主界面点击维护，输入密码即可进入系统维护界面。系统维护的主要功能有：1、压温标定；2、流量标定；3、修改密码；4、删除数据；5、恢复设置；6、掉电补时。

3　运维及质控

在六通道采样器日常采样过程中，仪器维护人员还需要对仪器的切割器、滤膜夹等部位进行维护和操作，以保证采样的顺利和采样数据的准确和有效。维护包括：切割器的清洁维护、滤膜夹的清洁维护、采样器流量校准等。

3.1切割器的清洁维护

在每一个季度的采样工作开启前，都要对六通道采样器的切割器进行积尘清洁，并涂上新的硅脂，以保证对大颗粒物的吸附；从而保证采样器采集的样品的有效性和准确性。

3.1.1切割器的拆分与安装

仪器操作人员在取放切割器时应左右转动以免将O型圈损坏，破坏仪器气密性。步骤如下：

① 将PM2.5连接杆向上提起，再将PM10切割器连同PM2.5切割器一起向上拔起后取出。

② 将PM2.5切割器向下拔出，使之与PM10切割器分离。

③ PM2.5冲击口朝上，逆时针旋转，则PM2.5捕集板露出。

④ 将PM2.5冲击套放置在PM2.5冲击外管的O型圈上，将PM2.5冲击口与PM2.5冲击外管旋紧。

⑤ 将PM2.5切割器与PM10切割器插接在一起。

⑥ 将PM10切割器-PM2.5切割器插入滤膜夹持器上，再将PM2.5连接杆向下推入PM10切割器中。

3.1.2切割器清洗

在长时间的运行工作过程中，切割器的捕集板会有颗粒物和污物堆积，在每一个季度的采样工作开始之前，都需要对切割器进行清洗。清洗步骤如下：

(1)取出PM10捕集板A和PM2.5捕集板B，先用中性洗涤剂浸泡，除去积尘及污物，再用蒸馏水冲洗，最后用脱脂棉蘸95%乙醇擦拭晾干。

(2)捕集板晾干后，在捕集板表面涂抹硅油，涂层尽可能薄且均匀。

涂抹硅油的操作的意义在于增强对大颗粒物的粘附性[3]。因此此项操作不能忽略，否则将造成PM2.5颗粒物含量的测试结果超差。

3.2滤膜夹的清洁维护

若采样使用的是石英滤膜，考虑到石英滤膜易碎，在每日的滤膜更换的过程中，可能有石英纤维残留在滤膜托网上，同时，长时间采样后，在滤膜夹上也有可能有石英纤维或其他颗粒物堆积。因此必须对滤膜夹进行定期清洁维护。滤膜夹持器与滤膜夹结构图如图3所示。维护方法为：

(1) 按图示方向逆时针旋下滤膜夹持器3，使之与上滤膜夹持器1分离。(滤膜夹持器为三头螺纹结构，只需旋转5～10°即可)再将滤膜夹2取出。

(2) 拆分上下滤膜夹及滤膜托网，用中性洗涤剂浸泡，除去积尘及污物，再用蒸馏水冲洗，最后用脱脂棉蘸95%乙醇擦拭晾干。

图3　滤膜夹持器与滤膜夹

3.3采样器的流量校准

采样器的流量校准是为了保证采样器的采样进气流量符合预设要求，使得采样器采样的样品的有效性得到保障[4]。在每一个季度的采样工作开始之前，采样器维护人员都需要分别对采样器的六个通道的流量进行校准。

3.3.1流量校准的准备

流量校准需准备一台量程为300mL～30000mL的小流量计。由于该流量计采用光学原理测量流量，而且对六通道采样器的流量校准工作是在户外进行，为避免户外阳光可能对流量测量、校准造成影响，可在流量计透光处贴上深色胶带。同时取下PM2.5切割器、PM10切割器和切割器连接杆，并将流量计进气管两端分别连接流量计进气口和夹持器上端进气口。

3.3.2流量的测量与校准

流量测量与校准的步骤如下：

(1)接通六通道采样器的电源，打开系统维护，选择流量标定；

(2)选择相应的测量通道，点击启动按钮，开启所对应通道的采样泵；

(3)同时，打开流量计开关，选择流量持续测量；

(4)待流量计流量读数趋于稳定，对流量计上流量进行读数；

(5)点击显示屏幕上的流量倍率，进入并调整流量倍率，改变实际流量值大小。应注意的是，流量倍率与流量大小成反比例关系。

仪器操作人员在校准的时候要注意，流量计的出气口出不能堵塞或者有遮挡物，同时流量计进气管不能挤压，要保证进气畅通。另外，强风天气可能会对流量测量造成影响，应避免在强风天气下对采样器进行流量校准。

4　六通道采样器比对试验与结果分析

4.1采样实验方案

2015年2月2日至2月9日进行了为期8天的手工采样，4台采样器的采样地点位于广州市环境监测中心站八楼，前后4天分别使用玻璃纤维滤膜和石英滤膜，各采样器的1至3号通道使用PM2.5切割器，采集PM2.5样品；4至6号通道使用PM10切割器，采集PM10样品。每日采样时段为早上10点至次日早上9点。每次更换滤膜的同时记录温湿度，大气压等资料，以备查询。

4.2称重数据

所有滤膜在采样前后均在恒温恒湿条件下放置24h，再进行称重。并按下式计算某种颗粒物(PM10或PM2.5)的含量：

ρ=(W2-W1)÷V×100

式中：ρ—颗粒物(PM10或PM2.5)浓度，μg/m3；

W2—采样后滤膜的质量，mg；

W1—采样前滤膜的质量，mg；

V—标准状况下的采样体积，m3。

如表1、表2所示，数据已经过检查，剔除了由于采样失误导致的5个异常数据。

表1　4台采样器PM2.5手工称重浓度数据

表2　 4台采样器PM10手工称重浓度数据

4.3结果分析4.4.1标准偏差分析

参考《中华人民共和国国家环境保护标准》环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)采样器技术要求及检测方法HJ93-2013 7.2.10参比方法比对测试第(2)项，分别计算4台采样器24个通道测量样品浓度的标准偏差，数据保留两位有效数字，结果见表3。结果表明8天数据均满足标准偏差的要求，数据有效。

表3　每日标准偏差

4.4.2平行性和相关性分析

参考《中华人民共和国国家环境保护标准》环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)采样器技求及检测方法HJ93-2013 7.1.8参比方法比对测试第(5)项(针

表4　采样器CP值　%

对PM10)和7.2.10参比方法比对测试第(5)项(针对PM2.5)，以仪器编号为15030117的采样器为参比采样器，分别计算其余3各台待测采样器的平行性CP，计算结果见表4。

表4结果表明，各采样器均满足CP(PM2.5)及CP(PM10)的要求。

参考《中华人民共和国国家环境保护标准》环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)采样器技求及检测方法HJ93-2013 8采样器监测项目参比方法比对测试对于相关系数的要求，计算3台待测采样器各个通道的相关系数，结果见表5、表6。

表5　3台采样器PM2.5 相关系数

表6　 3台采样器PM10 相关系数

表5和表6结果表明，3台采样器各个通道均满足PM10相关系数和PM2.5相关系数0.93的要求。

5　结论

目前，六通道采样器性能良好，功能正常，在2016年第一季度PM2.5来源解析工作中，运行状态较好。目前能够保障3台仪器稳定采样运行，常见问题及时发现解决，样品能够及时回收，为广州市的PM2.5来源解析工作提供了依据。在2016年第一季度的运维和质控中总结了相关的问题，提出了相应的解决方法，在实际应用中取得了较好的效果。

[1] 黄小欧. 《PM2.5的研究现状及健康效应》[J]. 广东化工，2012,39(5)：292-293.

[2] 孙志豪，崔燕平.《PM2.5对人体健康影响研究概述》[J].环境科技，2013，,2(4)：75-78.

[3] 王晓彦，杜丽，李健军，李钢，郑皓皓，王玮，解淑艳，汪巍.《PM2.5手工监测技术要点探讨》[J].中国环境监测，2014,30(4):150-151.

[4] 张建勇，张建国. 《流量计选型的几个关键点》[J].黑龙江科技信息，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

陈彦宁，男，1966年出生，1989年毕业于广东工业大学工业分析专业，现工作于广州市环境监测中心站环境质量自动监测室，主要从事环境质量的自动监测管理和质量控制工作。

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

2016-03-10