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光散射法在颗粒物检测中的应用
2017/03/02 14:32
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方案摘要：
产品配置单：
空气质量检测仪AdvancedSense Pro
型号： AdvancedSense Pro
产地： 美国
品牌： 格雷沃夫
面议
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方案详情：
随着我国工业、交通等能源消费的不断增长和城市规模的不断扩大，硫氧化物、氮氧化物及颗粒物等大气污染物的排放量总体呈不断上升趋势，城市空气污染问题日趋严重。雾霾已经成为当今生活空气污染的主要话题，而雾霾形成的主要因素是PM2.5。因此对PM2.5的监测尤为重要。
传统的滤膜称重法在实际监测任务中具有操作繁琐、费时、以及不能及时得到现场测定结果等缺点，难以满足实际工作任务的需求。而利用光散射法原理的便携式颗粒物检测设备克服了传统方法的缺点，具有反应迅速灵敏、轻巧便携、操作简单、现场直读等优势，此类设备受到了相关工作人员的青睐。在GBT 18204.2-2014 《公共场所卫生检验方法 第2部分：化学污染物》中，光散射法也被纳入国标方法。
为了检验光散射法在实际工作中的可行性，不少学者对光散射法粉尘仪的性能方面做了大量的实验研究。
1）K值
谈立峰等人分别用LD-1型激光粉尘仪和滤膜称重法同时对常州地区四类公共场所分四季进行监测，通过研究数据发现，K值不受公共场所行业类型的不同、季节变化以及是否使用空调的影响,监测结果稳定，但是K值是否受地区影响有待于进一步研究。
而刘海荣等人同时用P-5L2型光散射数字测尘仪和滤膜称重法对常州地区四类公共场所分四季进行监测,他们的研究结果表明，K 值不受公共场所行业类型、季节以及是否使用空调的影响, 因而监测结果较稳定,但易受香烟烟雾的干扰。得出颗粒物的质量浓度与相对浓度有关，回归方程为y(mg/m3) =-0.0361+0.0001x(Cpm)。还有其他学者在武汉、成都使用同款设备得出K值，通过比对表明K值可能和地理、气候、环境等影响因素有关，建议不同地区使用不同光散射数字测尘仪是应该测得相应的K值，测得数据会更加可靠。
2）精密度
中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所( 原预防医学科学院环境卫生与卫生工程研究所) 对P-5L2 型数字粉尘仪和LD-1(H) 型激光粉尘仪的精密度进行了测定,通过计算得出他们各自的ROU，都达到标准的要求。说明光散射法测定公共场所的颗粒物质量浓度数据相对可靠。
3）湿度
黄婧等人使用两台不同型号的LD-6S（一台开启湿度修正功能，另一台关闭）激光粉尘仪与滤膜称重法对比实验，研究结果表明，当环境湿度大于60%，湿度对颗粒物( 粉尘) 浓度测量的干扰明显增大。
经过大量研究表明光散射法粉尘仪测量数据相对可靠，所以光散射法粉尘仪在公共场所空气可吸入颗粒物监测中应用是可行的。
检测案例
一、检测地点：办公室
二、检测时间：2016年6月16日至2016年6月17日
三、检测环境描述：
1.办公室的使用面积大约为20平方米；
2.办公室内有六个办公工位，办公人员有进出流动，办公时间内最多时为六人，最少时为一人；
3.办公室内有打印机、空调；
4.检测期间办公室在上午8:40至下午18:30期间门窗打开（或关闭门窗开空调），其余时间处于门窗封闭状态。
四、检测目的
1.检测并评估办公室的颗粒物浓度变化状况；
2.熟悉并掌握格雷沃夫空气质量检测仪（PC3016颗粒物检测仪）的操作。
五、检测设备
手持式便携式仪器：PC3016颗粒物检测仪
仪器采用激光散射法原理，用激光作光源，在入射光方向以外借检测散射光强度、频移及其角度依赖性等而得到粒子重量、尺寸、分布及聚集态结构等信息的方法。
六、检测过程
1.检测前使用调零过滤器对空气质量检测仪（PC3016颗粒物检测仪）进行连续8小时调零过滤。
2.检测人员将PC3016接上AC电源，进行24小时连续采样，仪器采样设置如下：
①采样周期：120
②采样时间：12min
③采样间歇时间：12min
④采样延时：10s
⑤采样数据单位：μg/m3
⑥结果数值类型：累计值（∑）
3.采样过程中由于天气温度较高，办公室内偶尔会开空调，人员走动（工作需要），下午上班之后由于工作原因，3人一起离开了办公室，办公室内仅剩3人。
4.16日北京的天气情况是晚上7点到8点半之间有雷阵雨并伴有大风。
5.下午18:30到第二天早上8:40办公室门窗是密闭的。
七、检测数据及数据分析
1.检测数据
1)PC-3016颗粒物检测仪24小时连续监测数据如下表所示：
Date Time | PM0.3 | PM0.5 | PM1.0 | PM2.5 | PM5.0 | PM10 | TMP |
(2016/6/16-2016/6/17) | (μg/m3) | (μg/m3) | (μg/m3) | (μg/m3) | (μg/m3) | (μg/m3) | (μg/m3) |
09:38:48 AM | 0 | 39.24 | 101.38 | 136.62 | 279.28 | 331.88 | 509.68 |
10:02:54 AM | 0 | 39.33 | 100.83 | 136.50 | 282.42 | 335.15 | 511.18 |
10:27:00 AM | 0 | 39.18 | 101.98 | 136.58 | 260.65 | 294.86 | 387.03 |
10:51:06 AM | 0 | 40.56 | 94.23 | 127.77 | 261.82 | 305.87 | 440.71 |
11:15:12 AM | 0 | 41.84 | 87.38 | 118.30 | 244.90 | 284.43 | 403.10 |
11:39:18 AM | 0 | 41.87 | 87.18 | 118.36 | 247.58 | 288.15 | 418.76 |
12:03:24 PM | 0 | 41.81 | 87.47 | 118.30 | 248.55 | 296.99 | 452.62 |
12:27:30 PM | 0 | 40.66 | 73.43 | 96.39 | 177.78 | 194.77 | 241.59 |
12:51:36 PM | 0 | 37.87 | 61.74 | 76.18 | 120.08 | 129.77 | 173.51 |
01:15:42 PM | 0 | 32.86 | 50.19 | 58.76 | 77.56 | 79.58 | 89.82 |
01:39:48 PM | 0 | 26.86 | 39.43 | 47.20 | 73.02 | 81.37 | 115.40 |
02:03:54 PM | 0 | 27.27 | 40.25 | 47.68 | 71.15 | 74.82 | 87.29 |
02:28:00 PM | 0 | 25.65 | 39.51 | 51.68 | 105.52 | 122.19 | 185.48 |
02:52:06 PM | 0 | 27.16 | 40.95 | 50.52 | 82.39 | 87.75 | 104.93 |
03:16:12 PM | 0 | 27.62 | 41.23 | 49.54 | 72.03 | 74.82 | 86.14 |
03:40:18 PM | 0 | 28.40 | 42.29 | 50.86 | 77.35 | 83.72 | 109.05 |
04:04:24 PM | 0 | 36.38 | 55.32 | 65.71 | 94.15 | 98.99 | 115.24 |
04:28:30 PM | 0 | 34.73 | 52.20 | 62.31 | 95.43 | 104.07 | 140.49 |
04:52:36 PM | 0 | 34.21 | 51.76 | 63.20 | 110.46 | 124.62 | 186.77 |
05:16:42 PM | 0 | 34.58 | 52.71 | 63.77 | 107.18 | 118.62 | 165.28 |
05:40:48 PM | 0 | 34.81 | 53.07 | 63.33 | 97.39 | 104.60 | 124.86 |
06:04:54 PM | 0 | 33.53 | 50.58 | 59.88 | 87.48 | 92.19 | 107.28 |
06:29:00 PM | 0 | 31.69 | 47.39 | 56.81 | 90.47 | 99.56 | 137.83 |
06:53:06 PM | 0 | 30.09 | 44.99 | 55.58 | 101.25 | 114.54 | 149.50 |
07:17:12 PM | 0 | 29.41 | 44.06 | 55.17 | 107.75 | 122.37 | 163.41 |
07:41:18 PM | 0 | 32.72 | 50.83 | 63.64 | 142.77 | 179.80 | 312.40 |
08:05:24 PM | 0 | 35.58 | 58.19 | 71.10 | 134.99 | 153.70 | 209.84 |
08:29:30 PM | 0 | 35.30 | 57.67 | 69.95 | 124.09 | 134.88 | 163.91 |
08:53:36 PM | 0 | 36.02 | 59.11 | 71.03 | 118.83 | 126.11 | 141.59 |
09:17:42 PM | 0 | 35.25 | 57.51 | 67.98 | 108.02 | 112.50 | 123.52 |
09:41:48 PM | 0 | 33.78 | 54.17 | 63.44 | 97.56 | 101.23 | 108.16 |
10:05:54 PM | 0 | 33.00 | 52.65 | 61.45 | 92.87 | 96.58 | 103.35 |
10:30:00 PM | 0 | 32.06 | 50.10 | 58.34 | 84.45 | 86.46 | 89.23 |
10:54:06 PM | 0 | 31.08 | 47.64 | 55.14 | 79.07 | 80.69 | 84.08 |
11:18:12 PM | 0 | 30.89 | 47.26 | 54.75 | 79.35 | 81.98 | 87.37 |
11:42:18 PM | 0 | 30.29 | 45.92 | 52.99 | 73.92 | 75.48 | 77.79 |
12:06:24 AM | 0 | 30.07 | 45.49 | 52.28 | 72.35 | 73.52 | 75.67 |
12:30:30 AM | 0 | 30.76 | 47.15 | 54.34 | 75.22 | 77.17 | 79.63 |
12:54:36 AM | 0 | 30.34 | 46.54 | 53.40 | 74.84 | 76.79 | 80.56 |
01:18:42 AM | 0 | 28.97 | 43.68 | 49.95 | 70.49 | 71.95 | 75.19 |
01:42:48 AM | 0 | 27.54 | 41.01 | 46.92 | 66.12 | 68.59 | 70.90 |
02:06:54 AM | 0 | 26.41 | 39.53 | 45.50 | 67.93 | 71.05 | 77.13 |
02:31:00 AM | 0 | 25.22 | 37.72 | 43.71 | 66.62 | 70.13 | 76.21 |
02:55:06 AM | 0 | 23.81 | 34.93 | 40.45 | 60.33 | 62.57 | 66.81 |
03:19:12 AM | 0 | 22.91 | 33.34 | 38.61 | 57.35 | 59.92 | 65.00 |
03:43:18 AM | 0 | 22.30 | 32.49 | 37.65 | 57.49 | 60.54 | 65.24 |
04:07:24 AM | 0 | 21.99 | 32.03 | 37.11 | 57.05 | 59.72 | 65.57 |
04:31:30 AM | 0 | 21.97 | 31.96 | 37.06 | 56.63 | 59.39 | 64.71 |
04:55:36 AM | 0 | 22.41 | 32.81 | 37.97 | 58.67 | 61.82 | 66.83 |
05:19:42 AM | 0 | 23.75 | 35.32 | 41.11 | 64.94 | 68.16 | 75.01 |
05:43:48 AM | 0 | 25.37 | 38.47 | 44.96 | 71.62 | 75.52 | 83.45 |
06:07:54 AM | 0 | 26.08 | 40.07 | 47.05 | 76.82 | 80.88 | 91.36 |
06:32:00 AM | 0 | 26.03 | 39.96 | 47.52 | 79.81 | 84.59 | 95.83 |
06:56:06 AM | 0 | 27.32 | 43.36 | 51.75 | 91.72 | 98.84 | 116.40 |
07:20:12 AM | 0 | 26.56 | 41.61 | 49.90 | 89.01 | 96.10 | 111.27 |
07:44:18 AM | 0 | 23.94 | 36.06 | 43.37 | 77.74 | 83.85 | 94.47 |
08:08:24 AM | 0 | 21.56 | 31.68 | 38.00 | 68.70 | 74.29 | 86.84 |
08:32:30 AM | 0 | 19.63 | 28.27 | 33.89 | 61.67 | 67.26 | 80.43 |
08:56:36 AM | 0 | 19.98 | 29.37 | 35.84 | 73.33 | 84.44 | 121.40 |
09:20:42 AM | 0 | 21.27 | 31.99 | 38.50 | 76.77 | 87.94 | 125.83 |
在上表中可以得到办公室中连续监测24小时PM0.3的浓度值始终为零，这是因为激光散射的检测原理对于空气动力学粒径小于0.3μm的颗粒物忽略不计。
2)上班时间与不上班时间所检测数据的平均值如下表所示：
时间 | PM0.5 | PM1.0 | PM2.5 | PM5.0 | PM10 | TMP |
(μg/m3) | (μg/m3) | (μg/m3) | (μg/m3) | (μg/m3) | (μg/m3) | |
上班 | 33.57 | 60.55 | 77.22 | 140.59 | 159.25 | 221.65 |
下班 | 28.01 | 42.96 | 50.66 | 81.94 | 87.68 | 102.25 |
根据上表可以得到上班时间的颗粒物浓度始终高于不上班时间的浓度，PM5.0、PM10、TMP的浓度上班时间是不上班时间的一倍多；PM0.5、PM1.0、PM2.5上班时间的浓度也始终大于不上班时间的浓度。按国家标准《GB18883-2002室内空气质量标准》，PM10的浓度限值为0.15mg/m3，即为150μg/m3，PM10浓度在上班期间的平均值为159.25μg/m3，PM10的浓度超标，PM10浓度在不上班期间的平均值为87.69μg/m3，PM10的浓度未超标，所以办公室在上班期间存在PM10超标问题。
八、检测结论
1.通过本次采样测试可以得出，整个检测过程中所测得PM10在上班期间浓度的平均值大于《GB18883-2002室内空气质量标准》中PM10的限值，所以办公室在上班期间存在超标问题。
2.本次采样测试用的是手持式便携式检测设备PC-3016颗粒物检测仪，由于它所采样的环境是人的活动地方，所以人的活动对颗粒物浓度的影响非常明显。
3.空气动力学粒径越大的颗粒物在没有任何干扰的情况下沉降速度越快，粒径越小在没有任何干扰的情况下沉降速度越慢。
九、意见及建议
从检测数据的结果来看，办公室在上班期间存在PM10超标问题，建议：
1. 根据办公房间的空间大小配备适量的工作人员；如果人员过多时配备空气净化装置。
2. 室内可以添加一些绿色植物（花草）以确保空气清新。
森馥科技空气质量事业部（www.mingtan100.com www.mingtest.com)
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