環境空氣自動監測系統質量管理體系框架

夏 新 元 潔 吳曉鳳 姚雅偉 魏恩棋 劉 躍

（1.中國環境監測總站，北京 100012；2.天津市環境監測中心，天津 300070）

前言

環境空氣質量自動監測已經成為我國城市環境空氣質量監測的主要技術手段，是我國評估環境空氣質量、制定大氣污染控制策略和有效實施環境空氣質量管理的基礎體系。

針對環境空氣質量自動監測技術，美國和加拿大等國家無論是監測技術還是監測管理方面，都建立了相對完善的監測技術體系、質量保證和質量控制體系。與這些先進國家相比，我國的環境空氣質量自動監測工作起步較晚，雖然已經取得了長足的進步，但是，從管理理念、監測儀器發展、技術進步、經濟條件、裝備水平和人員能力等多方面，完整的質量管理體系以及監測質量評價體系尚在不斷完善之中[1-6]。

自動監測系統不同于常規的實驗室監測，不再是一臺儀器短時間內的單兵作戰，而是包括采樣系統、測試儀器、數據處理與傳輸等多項內容在內的、工作環境影響因素多、實時在線不間歇運轉、需要各構件協調作業的、完整的一個系統。從質量控制角度看，傳統的計量器具檢定等量值溯源方式不再適用，定期校準和日常維護成為量值溯源和質量控制的重要措

施；環境監測質量管理體系運行尚未全面覆蓋到環境空氣自動監測工作中。環境空氣自動監測系統質量管理總體框架的構建不僅應該涵蓋質量保證措施的管理要求，也應包括質量控制技術的指標要求，從而形成一套完整的質量保證/質量控制（QA/QC）體系，以支撐我國環境空氣自動監測系統的有效運行。

1. 質量保證體系框架

環境空氣質量自動監測質量保證是指系統運行中實施的全部計劃和所有活動，應涵蓋滿足監測目的且合乎質量要求的全部活動與數據信息的規定程序，使得因儀器故障及各種干擾影響而導致的數據損失降至最低點，以確保系統提供的監測數據有效、準確、可靠，且具有代表性。

1.1 人員管理

人員管理是環境監測過程中最重要的環節。一個完善的環境監測質量管理體系，應首先建立良好的人員管理程序，包括關鍵崗位設置及職責、能力培訓及考核和檔案管理等方面。

人員管理包括管理程序、持證上崗制度、關鍵崗位設置和動態技術檔案建立等指標。應明確人員崗位特別是關鍵崗位的設置及職責，并實施監督；關鍵崗位人員是指與監測活動和質量管理有直接關聯的人員，至少應包括最高管理者、技術負責人、授權簽字人、質量負責人、質量監督員和內審員等。所有從事監測活動的人員應具備與其承擔工作相適應的能力，接受相應的教育和培訓，并通過考核；持有合格證的人員，方能從事相應的監測工作；未取得合格證者，只能在持證人員的指導下開展工作，監測質量由持證人員負責；對特殊崗位的人員應進行資格確認；建立人員技術檔案管理制度，根據管理體系文件規定，按照一人一檔的原則建檔，并實施動態管理。

1.2 子站管理

環境空氣質量自動站點位選址應符合國家相關標準，經過行政主管部門審批，點位更新和調整等也應履行審批手續。

子站的站房建設應滿足國家相關規范要求。應定期檢查子站的基礎設施、站房和監測設備的使用狀況，定期進行維修和更新。應逐步建立點位環境管理的巡檢制度。

1.3 儀器設備管理

（1）管理程序

通過建立儀器設備管理程序，對儀器設備的購置、驗收、儲存和使用過程實行控制，規范儀器設備的操作規程和量值溯源工作，保證儀器設備運行狀態符合監測工作要求和使用且始終處于受控狀態。

（2）儀器設備檔案

應以一臺一檔的方式對所有監測儀器建立檔案，并實行動態管理。檔案中包含的儀器設備基本信息應符合《實驗室資質認定評審準則》5.4.5條的要求，并涵蓋《環境監測質量管理技術導則》中4.14.6條的內容。

（3）儀器設備操作規程

應編制儀器設備使用、維護和期間核查的操作規程或作業指導書，確保其現行有效，并便于工作人員隨時取閱。

（4）量值溯源

為保證測試數據的可靠性、統一性和可比性，儀器在投入使用前需進行量值溯源，并建立周期性溯源計劃并實施，保證監測儀器在有效期內使用。量值溯源的方式包括檢定、校準和比對三種。

（5）期間核查

為防止使用不符合技術規范要求的設備，保持監測儀器設備的可信度，需對在兩次溯源期間的儀器設備進行核查，核查方法可采用有證標準物質量值傳遞或量值溯源的方法，也可采用儀器比對等方法。

1.4 安全管理

必須建立環境空氣質量自動監測系統安全有效運行的管理制度和應急預案。每年度應對人員、站房、儀器設備等防護措施進行安全檢查和評估。

1.5 文件管理

應建立文件編制、審核、批準、標識、發放、保管、修訂和廢止等控制程序，確保文件現行有效。建立適合自身具體情況并符合現行質量管理體系的記錄制度，并對各項工作中形成的記錄、科技資料、往來文件（書）檔案進行控制。應有完整的檔案材料，主要包括人員技術檔案、儀器設備檔案、監測方法和程序檔案、原始記錄及監測報告檔案和質量管理檔案等。

1.6 監測報告管理

應建立監測報告的管理程序，準確、清晰、明確、客觀地表述監測結果，對監測報告的編制、簽發、發送、歸檔和修改等過程實施控制。嚴格執行三級審核制度，保證報告內容的完整性、準確性、規范性和數據的合理性等。報告簽發人應有明確授權并經過考核。應建立環境空氣質量日報、預報發布制度，以評價環境空氣質量的變化趨勢和預警空氣污染的潛在風險，規范各類環境空氣質量報告的發布模式。應在規定時限內，按照《環境保護檔案管理規范 環境監測》（HJ/T 8.2—1994）的規定對原始記錄、監測報告以及相關資料進行保存。

1.7 審核管理

（1）監測數據審核管理

應確保全面、客觀地反映監測結果，不得選擇性地舍棄不利數據、人為干擾監測和評價結果。對監測過程異常值的判斷和處理應符合《數據的統計處理和解釋 正態樣本離群值的判斷和處理》（GB/T 4883—2008）、《數值修約規則與極限數值的表示和判定》（GB/T 8170—2008）和相關環境監測分析方法標準的要求，滿足監測數據統計有效性規定，保證監測數據準確、連續和完整。

（2）成效審核管理

應建立對監測和數據處理系統作出量化、獨立和認定的評估程序，實現成效審核的目的，即獨立審核監測網絡的運作，考核整個監測網絡和各子站監測數據的準確度。審核內容至少應包括審核頻次要求、審核濃度、采用標準可追溯性方法對數據結果記錄與處理（監測數據負值、超控制限、停電及異常值判斷與處理等）的審核、數據處理審核程序（監測數據有效性判定方法）等。

（3）系統審核與有效性評價

通過檢查質量系統內各個范疇，包括質量管理計劃與實施、成效目標的符合性、人員資源配置的合理性、內部審核和預防糾正措施成效的評估、新監測技術和設備的可用性等，保證系統持續準確和有效，建立系統運行考核制度、質量管理體系運行監審制度、系統運行有效性審核與評價程序等。

2. 質量控制體系框架

質量控制技術指標體系包含了自動監測系統質量要求所采取的全部操作技術和活動，是針對空氣質量自動監測不同環節的作用和特點，采取不同的質量控制方法，監視全部工作過程的所有活動，尋找導致不合格、不滿意的原因，從而實現對監測全過程的質量管理。質量控制分為過程控制和結果控制。質量控制指標包括質量控制的內容和質量控制的指標兩個方面含義。

2.1 點位布設

點位的選址應遵循具有較好代表性、能客觀反映一定空間范圍內的環境空氣質量水平和變化規律、各監測點之間的設置條件應盡可能一致等原則。

點位周圍環境主要考慮以下因素：監測點距污染源的距離、點式監測儀器采樣口周圍、監測光束附近或開放光程監測儀器發射光源到監測光束接收端之間是否有阻礙環境空氣流通的障礙物、從采樣口或監測光束到附近最高障礙物之間的水平距離、采樣口周圍水平面的捕集空間范圍等。

點位數量設置應綜合考慮建成區城市人口數量、建成區面積等因素。

2.2 站房建設

站房為無窗或雙層密封窗結構，墻體應有較好的保溫性能，有條件時，門與儀器房之間應設有緩沖間。站房面積以保證操作人員操作和儀器維修為原則。

站房內環境主要包括室內溫度、相對濕度以及供電、安全防護、防水防潮、排氣等指標。室內溫度控制在25℃±5℃，相對濕度控制在80%以下，供電系統應配有電源過壓、過載和漏電保護裝置，必要時應有穩壓裝置，應有防雷電和防電磁波干擾的措施。一般站房地層應離地面（或房頂）一定距離以做到防水防潮。子站室內還應有抽氣風機排氣設備及排氣口，排氣口離站房內地面距離在0.2m以上。

站房房頂設置氣象桿或氣象塔等附屬設施時，氣象桿、氣象塔與站房頂的垂直高度應大于2m，并且氣象桿、氣象塔和子站房的建筑結構應能經受10級以上的風力（南方沿海地區應能經受12級以上的風力）。

2.3 樣品采集系統

采樣口位置應考慮以下因素：采樣口或監測光束距離地面高度；采樣口距建筑物墻壁、屋頂等支撐物表面的長度；開放光程監測儀器光程通過區域及距離；多個采樣口間的距離；點式分析儀采樣口與道路之間最小間隔距離；開放光程監測儀器光程距地面的高度以及儀器發射端至接收端之間的光束角度。

采樣系統主要包括采樣頭、采樣管路、采樣總管、抽氣泵以及開放光程監測儀器等，應定期對采樣系統進行維護。應定期清洗采樣頭進氣口的濾網；每次采樣總管清洗完后，都應做檢漏測試。采樣總管應定期清洗；總管到監測儀器采樣口之間的氣路管線每年至少清洗一次；PM10采樣頭應定期清洗；抽氣泵的格網應定期更換；開放光程監測儀器應定期清潔一次發射/接收端的前窗玻璃窗鏡。

2.4 監測方法與數據采集

SO2采用紫外熒光法或差分吸收光譜分析法，NO2采用化學發光法或差分吸收光譜分析法，CO采用氣體濾波相關紅外吸收法或非分散紅外吸收法，O3采用紫外熒光法或差分吸收光譜分析法，PM10和PM2.5采用β射線法或微量振蕩天平法。數據有效性按《環境空氣質量標準》（GB 3096—2012）執行，計算有效數據的小時均值、點日平均濃度、點月平均濃度和點年平均濃度值。

2.5 標準溯源

應建立標準溯源管理程序，明確溯源內容和周期、實施和監督職責等。

使用經國家計量部門質量檢驗和標準傳遞過的一級標準流量測定裝置對用于現場校準和標定的傳遞標準進行流量校準和標定；溯源周期按照國家相關規定執行。參照《環境空氣質量自動監測技術規范》（HJ/T 193）中的有關要求，對滲透管、標準氣體和零氣發生器實施標準傳遞和標定。使用經國家計量部門質量檢驗和標準傳遞過的一級臭氧發生器或二級臭氧發生器進行臭氧測定儀器校準；溯源周期按照國家有關規定執行。開放光程監測儀器采用在監測光束中插入檢查池、用等效的方法進行校準。定期對標準氣象傳感器/氣象參數測量儀、分析天平、精密電阻箱和標準萬用表等計量儀器進行檢定。

2.6 系統校準

（1）零跨漂移：應定期進行單點校準，包括零點和跨度校準。

（2）多點校準：應定期進行多點線性校準。

（3）流量：應定期進行流量校準，采樣流量偏差應控制在一定范圍之內。

（4）標準膜重現性：應定期進行標準膜的校準測試，標準膜的質量和重現性應滿足一定的要求。

2.7 性能審核指標

（1）精密度

應定期進行精密度審核。SO2和NO2監測儀器應采用標準氣體測定的方式進行精密度審核。PM10監測儀器應采用流量測定的方式進行精密度審核。

（2）準確度

應定期進行準確度審核。SO2和NO2監測儀器應采用標準氣體測定的方式進行準確度審核。PM10監測儀器的準確度審核應采用標準濾膜檢測或與經典重量法比對方式進行。O3監測儀器采用臭氧測定的方式進行精密度和準確度審核。

由于開放光程監測儀器的采樣監測部位全部暴露在幾百米的環境空間中，因此，對該儀器的校準通常采用在監測光束中插入檢查池，用等效的方法進行校準。

在做開放光程監測儀器的精密度檢查時，要求環境背景相對穩定，最好選在氣象或污染空氣瞬間變化相對穩定的時段進行。基線差不能超過20%。

3. 結論

質量管理體系是管理內容和技術內容的有機結合，是實施全程序質量管理的基本導則，是保證環境空氣自動監測活動有效實施的基本要求，并需要在監測工作中不斷完善。

[1] USEPA.Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems， Volume II， Ambient Air Quality Monitoring Program[S].EPA － 454/B, United States Environmental Protection Agency, 2008.

[2] 廣東省環境保護監測中心站編.珠江三角洲區域空氣監控網絡QA/QC手冊[M].廣州：廣東科技出版社，2007.

[3] 孫鵬，劉偉，劉躍等.加拿大空氣監測網絡質量保證/質量控制要素簡介[A].環境監測科技進展報告，北京：中國環境科學出版社，2009：1296-1300.

[4] 孫鵬，夏新，于洋等.美國空氣監測質量保證/質量控制技術體系簡介[A].環境監測科技進展報告，北京：中國環境科學出版社，2009：1301-1304.

[5] 談榮華，王泳，張敏.單點校準在環境空氣質量自動監測系統中的應用探討[J].上海環境科學，2003，182-184.

[6] 甘平，葉曉紅.自動監測儀器監測方法規范化的研究[J].中國環境監測，2002，18(4)：40-44.