環境空氣質量監測系統探討

羅鴻初

摘 要：空氣質量監測是國家環境監測管理的重要組成部分，對城市生態環境系統的可持續發展有著重大的影響。結合多年的實踐經驗，從氣體物質監測和固體顆粒物監測兩方面出發，重點探討了環境空氣質量監測系統的比較，并提出相關意見，以供實踐參考。

關鍵詞：環境；空氣；質量；監測

中圖分類號：X84 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0152-02

隨著國民經濟建設步伐的加快，人們的物質文明生活也不斷提高，資源、環境和各種自然災害等已逐漸成為人類在可持續發展中面臨的問題。其中，人們賴以生存的重要自然資源之一的大氣環境資源受到了嚴重的威脅和污染，這就對城市環境空氣質量監測工作提出了更高的要求。目前，環境空氣監測方法主要包括手工監測和自動監測兩種方法。傳統的手工監測方法是采用大氣采樣器采集空氣樣品，再通過實驗室分析得出監測結果；而空氣自動監測方法則是一套全自動的無人值守的空氣質量監測系統，工作人員只需要進行日常的操作和維護便可運作。本文重點比較了自動監測系統和手工監測方法，希望對加強大氣環境的保護有所幫助。

1 對氣體物質監測方法的比較

氣體物質監測系統分為長光程空氣和點式空氣自動監測兩種系統。長光程自動監測系統運用光學差分吸收光譜法，利用氣體分子各自的特征吸收波長，采用從發射端發射光束經開放環境到接收端的方法，來測定該光束光程上平均空氣污染物濃度；點式空氣自動監測方法是在固定點上通過采樣系統將環境空氣采入，并測定空氣污染物濃度的監測分析方法。現對這兩種自動監測系統和手工監測方法進行比較。

1.1 采樣過程比較

1.1.1 從采樣的空間范圍分析

長光程自動監測儀是以采集一段光程（規定不低于100 m）內的氣體作為樣品，因此，長光程自動監測儀的采集樣本更能代表這一地帶氣體濃度的平均值。

點式空氣自動監測儀和手工監測均是采集采樣口附近狹小范圍內的空氣。

1.1.2 從采樣的時間分析

手工監測方法是通過吸收液對氣體24 h連續不間斷的采樣，每天采集一個樣品，只能監測到該日的日均值。

長光程空氣自動監測儀是分時段對幾種氣體的輪流采樣，能夠監測到各時段的濃度均值和日均值，反映出該日的濃度變化趨勢。但是，由于是由一個儀器對幾種氣體的輪流采樣，因此每天對每種氣體的采樣總時間很短，不能更好地反映日均值。

點式空氣自動監測儀對每種氣體都有各自的采樣儀和分析儀，這就滿足了對每種氣體進行分時段的連續采樣，保證了總采樣時間能夠監測到各個時段的濃度均值，反映出一天的濃度變化趨勢，還能更好地反映日均值。

1.2 從樣品分析過程比較

手工分析方法采用特定的吸收液吸收特定氣體，然后采用分光光度法測定，但該方法可能存在吸收液吸收氣體不完全的弊端。

長光程自動監測系統運用光學差分吸收光譜法，利用氣體分子各自的特征吸收波長，通過對其特征吸收確定濃度。這種方法雖然避免了手工監測方法對特征氣體吸收不完全的弊端，但是對自然光強的變化和影響能見度的雨、霧、塵、雪的干擾，在一定程度上要作自動修正，當光強被大雨、濃霧或沙塵大幅度衰減，而使接收端得不到足夠的光強信號時，儀器就無法正常運行。

點式空氣自動監測儀對每種氣體都有各自的采樣儀和分析儀，紫外熒光儀測定SO2，化學發光儀測定NO2，氣體濾波相關紅外吸收儀測定CO，紫外光度儀測定O3，每種分析儀都配備單獨的采樣設備，然后通過采樣儀吸收特定氣體到特定的分析儀內進行分析。因此，從樣品分析過程來看，點式空氣自動監測儀既避免了手工監測方法吸收液對特定氣體吸收不完全的弊端，又解決了長光程自動監測儀在大雨、濃霧或沙塵天氣光信號低導致儀器無法正常運行的問題。

2 對固體顆粒物監測方法的比較

按照對固體顆粒物的監測分析方法，自動監測方法有TEOM微量振蕩天平法和Beta射線法，手工監測方法即為重量法。使用兩種自動監測方法的監測儀監測結果都要與重量法的監測結果進行比對，比對的結果符合要求才可投入使用。

2.1 從采樣過程比較

2.1.1 從采樣的空間范圍分析

三種監測方法均是對采樣口附近狹小范圍的氣體采樣。

2.1.2 從采樣時間及連續性分析

手工監測方法通常是以恒速24 h連續抽取定量體積的空氣，使其通過具有PM10或PM2.5切割特性的采樣器，PM10和PM2.5被收集在各自濾膜上，對日常的空氣質量進行監測時，手工監測方法一般不采用間斷采樣或隔時段采樣。該采樣方法能夠保證一天的總采樣時間，從而保證了日均值的準確性。

TEOM微量振蕩天平法和Beta射線法均是隔時段采樣，即“采樣→分析→采樣→分析”這樣的循環過程，在每小時內一部分時間是采樣時間，另一部分是樣品的分析時間。這兩種自動監測系統每天的總采樣時間小于24 h，與手工監測方法相比，不能更好地反映日均值，但可以出具時均值，能夠反映出該日顆粒物濃度的變化趨勢。

2.2 從分析過程比較

2.2.1 手工監測方法

手工監測方法是重量法，即根據采樣前后的重量差來計算顆粒物的濃度。手工監測方法的濾膜在采樣前后只需進行恒溫干燥即可測量，揮發性物質損失極其微小。

2.2.2 TEOM微量振蕩天平法

TEOM微量振蕩天平法是在質量傳感器內使用一個振蕩空心錐形管，在空心錐形管振蕩端上安放可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特性和它的質量。通過振蕩頻率變化，來計算出濾膜上顆粒物質量。在測量過程中，為了消除水汽的影響，需要加溫，但加溫過程會造成顆粒物中揮發性物質的損失，從而影響數據的準確性。為了減少加溫過程造成揮發性物質的損失，TEOM微量振蕩天平法監測儀器可配置膜動態測量裝置，從而最大限度地減少揮發損失。

2.2.3 Beta射線法

Beta射線法則是利用Beta射線衰減的原理，環境空氣由采樣泵吸入采樣管，經過濾膜后排出，顆粒物沉淀在濾膜上，當β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時，Beta射線的能量衰減，通過對衰減量的測定，計算出顆粒物的濃度。同樣，在測量過程中，為了消除水汽的影響，需要加溫，加溫過程會造成顆粒物中揮發性物質的損失。對此，可在Beta射線監測儀的采樣管配置溫度動態調整裝置，能夠保持受測量氣流的濕度相對穩定在核定測量水平，可以減少揮發損失的影響。此外，該方法存在標準傳遞的問題，難免會造成一定的誤差。

就兩種自動監測方法比較而言，Beta射線監測儀具有價格低、維護工作量小的優點；TEOM微量振蕩天平法維護工作量較大、成本較高，但配置了膜動態測量裝置，可以更好地解決揮發性損失的問題。

3 結束語

通過比較空氣環境自動監測系統和手工監測方法可知，自動監測系統更為自動化，可以提供更多時段的監測數據，但仍需要解決以下幾個問題：①長光程自動監測系統對氣體的分析存在采樣時間短的問題，無法反映日均值；②點式空氣質量自動監測系統的采樣僅是對采樣口附近狹小范圍內的采樣，且樣品缺乏代表性；③TEOM微量振蕩天平法需要頻繁更換動態膜，維護費用和維護工作量較大，且成本較高；④TEOM微量振蕩天平法存在標準傳遞的問題，要解決因標準傳遞帶來的偏差。

參考文獻

[1]宋濤.淺論環境空氣質量自動監測系統的日常維護[J].綠色科技，2012（11）.

[2]張大鵬.空氣質量自動監測與手工監測方法的對比分析[J].科學時代·下半月，2013（01）.

〔編輯：李玨〕