手工监测与自动设备监测下PM2.5含量对比分析

魏静 刘金圣

摘要：本文选取了几个不同类型的对环境空气颗粒物进行连续监测的仪器，通过获得的检测数据和手工方法监测的数据进行对比，并将数据对比结果进行分析。在从标准偏差、数据相关性、误差相对值等几个方面开展分析后，得出结论：同一类别的自动检測设备监测出的数据具有较好的相关性，不同类型的自动监测仪器监测出的数据具有一定差异性。两种方式监测出的PM2.5含量监测值具有一定规律性，手工监测与自动设备监测的数值在不同程度污染情况下具有相似的变化趋势。这就表明，自动监测设备对环境空气颗粒物的监测值较为可靠，可以利用监测值为天气变化趋势进行提前预警，为环境形势变化提供数据支撑。

关键词：PM2.5;手工监测;自动设备监测

Abstract：This article selected several different types of instruments for continuous monitoring of ambient air particulate matter， and by compare of the obtained detection data with the data monitored by manual methods， and at the same time analyzed the results of the data comparison. After carrying out analysis from several aspects such as standard deviation， data correlation， relative error value，the conclusion was drawn： the data monitored by the same type of automatic detection equipment had good correlation， and the data monitored by different types of automatic monitoring instruments had certain differences.The PM2.5 content monitoring value monitored by the two methods had certain regularity， and the value monitored by manual monitoring and automatic equipment had similar trends under different levels of pollution. This showed that the automatic monitoring equipment was more reliable in monitoring the ambient air particulate matter， which could use the monitoring value to provide early warning of weather changes and to provide data support for changes in the environmental situation.

Key words： PM2.5;Manual monitoring;Automatic equipment monitoring

1 实验背景

随着大气环境的不断变化，颗粒物成为我国大多数地区的首要空气污染物，城市大气污染已经由SO2气态污染类型演变成以颗粒物和臭氧为主要成分的固气混合污染类型，属于典型的二次污染[1]。自新的《环境空气质量标准》出台以来，PM2.5便被纳入空气质量控制范围。PM2.5数据来源为遍布各地的环境监测点自动监测数值，通过自动监测设备获取监测数值并向社会进行监测结果公布。有别于以二氧化硫为代表的气态污染物来源于特定标准物质、容易进行来源校准的特点，PM2.5成分比较复杂，由于不同监测点使用的自动监测设备型号不同，难以保障监测数据的准确性和完整性。常用的方法是以手工监测方法作为PM2.5含量监测的辅助方法，通过和自动监测设备监测值进行对比后进行评价和数据修正，以确保自动监测数据真实可靠。在实际操作过程中，将重量法作为PM10和PM2.5标准分析方法，对自动监测设备监测值进行校核[2]。二者之间存在的关联性成为校核的关键因素[3]。

因此，本文开展实验性分析，主要设备为3台自动监测设备（2台为深圳中环环保监测设备科技有限公司生产的型号为ZHHB-YZ的自动监测设备、1台为日本柴田公司生产的型号为AH-600F的手工监测设备）和三台手工监测设备（北京华美恒强公司生产的HMTM-242设备），通过对2020年1月1日～2020年1月25日连续监测获得的150个有效数据按照行业计算公式进行计算值分析，开展手工监测和自动监测设备监测下PM2.5含量对比研究。

2 对比结果分析

2.1 同类型监测设备监测结果分析

在测试阶段获取的了两种监测方式下的PM2.5含量值，并对其相对标准偏差进行了计算，结果如表1所示。

从表1的数据可以发现，自动监测设备的相对标准偏差区间为2.1%～14.1%，同一型号的两台自动监测设备相对标准偏差为0.2%～6.3%，均在小于10%的区间内，具有较高的精密度。手工监测设备的相对标准偏差区间为1.2%～8.1%，均小于10%，具有较高的精密度。这些监测数据和计算结果表明选择的自动监测设备如果品牌和型号不同，则在计算结果上存在一定差异性。

2.2 手工监测和自动监测数据对比分析

将用于实验的3台自动监测设备和3台手工监测设备取得的数据平均值进行对比，可以发现相似的规律性，在25d的监测中，环境质量优良的有5d，轻度及中度污染的天数有10d，重度及以上环境质量的天数有9d，也就是说，在不同的空气环境质量下，两种监测方式下PM2.5含量值具有较好的相关性和较好的变化趋势。统计手工监测与自动设备监测下获取数据的相对误差如图1所示。由图1两种监测设备监测数据相对误差分布散点图可以看出，正误差占比16.7%、负误差占比83.3%，相对误差±5%以内的比例为29.2%，±5～±10%的数据比例为45.8%，大于±10%的数据比例为25%。并且从数据点看，手工监测设备的监测值大多数要高于自动设备监测值，主要有两方面的原因[4]：一方面，可能是自动监测仪器对挥发性成分的损失未采取有效系数补偿，另一方面，可能是由于自动设备、手工仪器或操作的系统存在误差。

3 研究结论和认识

本文的研究工作主要取得3个方面的结论和认识。

第一，实验过程选择的两种监测方式监测到的PM2.5含量数据在不同空气环境质量下都呈现出较为一致的规律性，具有相似的变化趋势。因此，利用自动监测设备进行空气质量监测点的颗粒物含量自动监测，得到的资料可信度高，可以用在天气预警、控制质量评估、空气污染趋势判断方面为有关部门提供参考。

第二，手工监测设备采用相同的品牌和型号，得到的测量数据误差都没有超过10%，具有较高的精密程度。自动监测手段采用3台不同型号的监测设备，得到的相对标准偏差区间为2.1%～14.1%，自动监测方式下2台相同型号的设备相对标准偏差下降幅度明显，且都没有超过10%，这就表明选择的自动监测设备如果品牌和型号不同，则在计算结果上存在一定差异性。因此，在后期选择不同品牌和型号的自动监测设备进行PM2.5含量监测时，需要考虑天气变化和空气质量实际情况进行合理决策，确保监测到的空气质量信息真实可靠。

第三，两种监测方式和手段得到的实验结果表明，手工监测设备的监测值大多数要高于自动设备监测值，主要有两方面的原因：一方面，可能是自动监测仪器对挥发性成分的损失未采取有效系数补偿，另一方面，可能是由于自动设备、手工仪器或操作的系统存在误差。

参考文献

[1]潘本锋，李莉娜.影响PM2.5自动监测准确度的主要因素[J].中国环境监测，2018，3（5）：22-25.

[2]王强，钟琪，迟颖，等.环境空气PM2.5连续监测系统手工采样比对测试[J].环境科学，2017，6（12）：43-45.

[3]郑翔翔，洪正昉，陈浩，等.PM2.5手工标准方法与自动监测法比对分析[J].环境污染与防治，2018，10（6）：131-132.

[4]刘然.探讨环境空气中PM2.5自动监测方法的比较及应用[J].环境与发展，2019，2（01）：36-37.

收稿日期：2020-05-09

作者简介：魏静（1989-），女，汉族，本科学历，中级职称，研究方向为环境监测。