淺談環境空氣自動監測質量體系的建立

周雪玲

（廣東省佛山市環境監測中心站，廣東 佛山528000）

1 引言

環境空氣質量連續自動監測系統是由采樣系統、監測儀器、數據通訊、計算機、系統管理及操作人員等多個環節構成，系統中無論哪個環節出現問題都將影響整個系統的正常可靠運行，且系統是無人值守連續自動運行，維護管理周期一般較長，運行期間出現的問題有時不能及時發現，所以必須通過系統質量體系的建立，形成有效的組織架構，從而對系統所有的監測和校準過程執行嚴格的質量控制，對整個系統實施全面的質量保證［1］。此外，在建立日常質量控制和質量保證體系前提下，還應建立常態的質量核查體系，定期開展針對轄區內所有子站的質量檢查，該工作可配合國家每年開展的環境空氣質量專項檢查進行。本文以佛山市為例，探討了環境空氣自動監測質量體系的建立，并結合佛山市近兩年來開展質量核查工作中的經驗對一些常見問題進行了分析，以期為環境空氣自動監測體系運行提供一定的參考。

2 環境空氣自動監測質量體系的建立

2.1 組織架構

截至2015年7月，佛山市已建成環境空氣質量自動監測子站39個，針對大氣自動監測子站數量多分布廣泛的特點，自2013年開始全市實施分級質量管理體系，國控以上子站由市站逐步收歸管理，各區對其他子站實施管理并接受市站質量監督。同時，市站直接介入第三方運營的監督管理，通過專人跟進問題的方式確保子站的運行管理始終處于有效體系范圍內。通過外聘等方式，還補充第三方運營經驗豐富的專業人員，通過以老帶新的方式，重新鞏固市站監督人員在大氣監測子站現場維護方面的技術，為大氣子站現場問題排查解決、質量控制和保證實驗、子站基礎建設等方面提供了重要技術保障。通過人員調整，在環境空氣自動監測方面形成了完整的子站現場、數據審核統計、質量控制和保證、數據分析研究等4組技術分工，完善了質量體系的組織架構。市站所有技術人員均持證上崗，上崗證覆蓋SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5等6項空氣質量自動監測內容。

2.2 質量控制

質量控制是指為了達到質量要求所采取的作業技術和活動，其目的在于通過監視質量形成過程，消除質量環上所有階段引起不合格或不滿意效果的因素［2］。參考珠江三角洲區域空氣監控網絡的相關要求［3］，佛山市質量控制體系涵蓋零/跨檢查及校準、精度檢查、多點校準、顆粒物流量和質量校準、數據審核及日常維護等方面。

2.2.1 零點/跨度檢查及校準

定期的零點/跨度檢查可用于評價當前分析儀的飄移，提高測量的準確度，使分析儀的飄移在可接受的范圍內。零點/跨度檢查及校準的一般程序是先用零氣檢查分析儀，然后用標準氣在分析儀量程70%～90%濃度范圍檢查，記錄分析儀穩定的零點/跨度響應，當儀器響應值超出一定范圍時，對分析儀進行校準，否則一般不進行調整。目前，佛山市所有環境空氣質量自動監測子站的零點/跨度檢查均實現了每周至少進行1次，除部分子站的個別氣體分析儀器因型號與動態校準儀不同而需手工進行零點/跨度檢查，其余大部分子站均能通過軟件添加自動質控任務完成。日常運維人員在每周對子站的巡檢工作中對自動質控不合格的任務進行分析，若不合格系儀器出現故障造成的，現場維修好儀器后再手動執行質控任務，以保證每周零點/跨度檢查結果的合格。

2.2.2 精度檢查

定期的精度檢查，可確定個別設備和整個監測系統的精度，表征了由于設備和環境差異引起的數據可變性。對于SO2、NO2和O3分析儀，量程為500ppb，推薦精度檢查濃度值為80ppb～100ppb；對于CO分析儀，量程為20×10－6，推薦精度檢查濃度值為3.2×10－6～4×10－6。若精度檢查結果超出±15%，則建議檢查精度檢查裝置的步驟、連接和設置。若偏差超過±20%，則應進行調查。目前，佛山市所有環境空氣質量自動監測子站的精度檢查工作至少每隔兩周進行1次，與零點/跨度檢查一樣，一般均通過軟件添加自動任務完成，出現精度檢查不合格的情況處理也同上。

2.2.3 多點校準

多點校準建立了實際污染物濃度輸入和分析儀響應之間的量化關系，可檢查分析儀的線性，一般每半年進行1次，手動操作完成。多點校準應包含6個或以上的測試濃度（建議為滿量程0、10%、30%、50%、70%和90%濃度值），以最小二乘法擬合校準曲線，相關系數應≥0.999、0.99≤斜率≤1.01，截距＜滿量程±1% 若超出上述標準，應做出相應調試。在日常運行過程中，只要儀器進行了遷移、重要部件進行過更換（如紫外燈、光電倍增管、制冷裝置、轉換爐和光源等）以及其他經過任何可能影響氣體分析儀線性的大修后，都應重新進行多點校準。

2.2.4 顆粒物監測儀流量和質量校準

對于顆粒物（PM10、PM2.5）分析儀，質量控制主要包括流量和質量校準兩方面。目前，佛山市在用的顆粒物分析儀主要采用β射線法，流量校準頻率一般為每季度1次，使用經中國測試技術研究院檢定合格的BIOS標準流量計進行流量檢查，若相對誤差超出±2%則進行校準，流量校準的同時利用經廣東省計量院檢定的數字溫濕度計和智能大氣壓力計，同步進行環境溫度及大氣壓力的校準。質量標準校準即對質量傳感器的校準，使用一套可追溯的校準質量箔進行零點及跨度質量校準，校準頻率一般為每半年一次，誤差應不超出制造商額定值的±5%。在日常運行過程中，對采樣頭及采樣管路清洗后，一般都應重新做流量校準。

2.2.5 數據審核

目前，佛山市所有國控空氣子站均已安裝了國家環境空氣監測網數據傳輸與網絡化質控系統，并納入國家城市環境空氣質量監測網，6項常規污染物監測數據均實現了在線審核，并同步報送給國家總站及省站，技術人員按權限在該質控系統開展質量控制審核、數據分析、數據網絡維護等工作。佛山市在用的數據傳輸及網絡化質控系統額外增加開發了對市控及鎮街空氣子站的數據傳輸及在線審核功能，目前，由區站人員對所屬的市控及鎮街空氣子站進行在線數據審核。

2.2.6 日常維護

在子站日常巡檢中，還應做好以下日常維護措施，保證各儀器設備的正常和有效運行。

（1）鋼瓶標準氣的檢查：通過與上一周巡檢表中記錄的各鋼瓶氣壓力讀數對比，查看是否出現突然的壓力下降，因為任何異常的壓力下降表明管路或儀器某處發生了泄漏。若出現該情況，應進行全面的泄漏檢查，盡快發現和糾正泄漏。

（2）更換零氣發生器的氧化劑和活性炭：由于API的701型零氣發生器的氧化劑、活性炭容量較小，日常運維中一般每3個月更換一次，TE的111型容量相對較大，可適當延長更換時限，但一般不超過一年，在實際工作中，可結合氧化劑的變色情況、零氣使用情況及分析儀零點值的響應值判斷，及時更換。

（3）更換氣體過濾膜：每周巡檢時均應對各氣體分析儀的氣體過濾膜進行更換，保證樣氣的清潔。

（4）清洗采樣頭和采樣管路：一般每3個月對顆粒物采樣頭和切割器進行清洗，每年對采樣總管和采樣管路進行清洗，但應根據子站周邊環境狀況，定期檢查采樣頭及切割器積灰情況，而不限定于3個月1次的清洗頻率。

（5）控制站房環境溫度的恒定：冬夏季節，應格外注意子站室內外溫差，若溫差較大采樣管路容易出現冷凝水，因此應適時調整空調設定溫度，并對采樣總管加裝保溫套，防止冷凝現象。

2.3 質量保證

質量保證是指為了提供足夠的信任表明系統能夠滿足質量要求，而在系統中實施的全部有計劃和有系統的活動，其目的在于提供可滿足監測目的且合乎質量要求的數據、將由于儀器故障及各種干擾影響導致數據的損失降至最低和確保系統提供的監測數據有效、準確、可靠、可比［1］。參考珠江三角洲區域空氣監控網絡的相關要求［3］，佛山市質量保證體系主要包括臭氧標準傳遞認證及流量傳遞認證兩方面，具體工作關系如圖1所示。

2.3.1 臭氧標準認證

佛山市臭氧標準傳遞認證共分三級，分別是空氣子站現場動態校準儀對臭氧分析儀進行的第一級校準、市站臭氧校準儀（49ips）對各空氣子站動態校準儀中臭氧發生器的第二級傳遞（順德區屬子站除外）、省站臭氧標準參考光度計（SRP 49）對市站臭氧校準儀（49ips）的第三級傳遞。該工作每年至少進行1次，由市站質量管理實驗室統一對認證合格的動態校準儀出具相關認證報告和標簽。若動態校準儀的流量重新進行過校準或對重要部件進行過維修更換，則應對臭氧標準重新認證。

2.3.2 流量傳遞認證

佛山市流量標準傳遞認證是一種兩級方式的傳遞過程，第一級傳遞是用于現場校準的BIOS標準流量計送至國家計量部門，利用一級標準流量測量裝置進行校準標定，第二級傳遞是用經過一級標準標定過的傳遞標準對各空氣子站的動態校準儀質量流量控制器（MFC）進行校準標定。第二級傳遞工作在市站質量管理實驗室進行，每年至少進行1次，對認證合格的設備，由市站出具相關認證報告和標簽。在日常工作中，臭氧標準認證及流量傳遞連續進行，先對動態校準儀的大、小流量計分別進行傳遞認證后，再進行為期6d的臭氧標準認證。

2.4 質量核查

建立常態的質量核查體系，定期開展針對轄區內所有空氣子站的質量檢查，確認各空氣子站的運行是否符合相關規范要求，也是佛山市環境空氣自動監測質量體系的重要組成部分，該工作可配合國家每年開展的環境空氣質量專項檢查進行。

2.4.1 核查的主要內容

參照國家環境空氣質量專項檢查的相關要點，佛山市質量核查的主要內容包括站房情況、采樣系統的規范性、測試的準確性、數據比對、監測檔案的完整性，具體要求如下。

（1）站房情況。各空氣子站均應配備溫濕度計，站房環境溫度應滿足25±5℃、濕度在80%以下；站房應無漏雨，站房底層應高于支撐樓面，應安裝有避雷針接地、電源防雷、網絡防雷等設施，儀器用電需配有穩壓器。

（2）采樣系統的規范性。各采樣口距地面的高度應在3～25m范圍，周圍水平面應有270°以上的捕集空間（若一邊靠近建筑物，至少應有180°以上），50m范圍內無明顯污染源。

氣體采樣管路應滿足以下要求：采樣總管應選用聚四氟乙烯或硼硅酸鹽玻璃材料，采樣支管須選用聚四氟乙烯材料；采樣總管應豎直安裝，采樣口到站房頂部垂直距離應大于1m，內徑1.5cm～15cm，各支管接頭間距大于8cm；采樣總管配備加熱裝置，加熱溫度控制在30～50℃，避免被空調直吹，室內部分加裝保溫套；采樣支管應插入采樣總管的中心，監測儀器與支管接頭連接的管線長度應小于3m；保證采樣頭、采樣管道的清潔，無積灰、積水或障礙物，采樣風機正常工作。

顆粒物采樣管路應滿足以下條件：采樣口到站房頂部垂直距離大于1m且垂直接入儀器，室內部分加裝保溫套并避免被空調直吹，采樣頭和切割器應無積灰。

（3）測試的準確性。流量測試：利用BIOS標準流量計分別對氣態分析儀的采樣流量、顆粒物分析儀的采樣流量、動態校準儀的零氣和標氣流量進行準確性測試，相對誤差應分別小于±10%、±5%、±5%。

濃度測試：利用SO2、NO、CO一級標準氣和臭氧校準儀分別對氣態污染物的響應濃度、響應時間進行測試，標氣通入采樣總管，由氣體分析儀直接從采樣總管中抽氣的方式，來檢查輸出濃度與儀器響應濃度間的偏差，該偏差應在±10%以內。該測試可從整個氣路檢查系統運行的可靠性，在操作過程需提前關閉采樣風機，并用隔片切斷或塑料袋封裹采樣總管的下端。

（4）數據比對。現場比對儀表的即時數據與數采儀采集數據是否一致，比對數采儀采集數據、中心站原始數據庫數據和上報國家數據是否一致。

（5）監測檔案的完整性。檢查是否具備如下檔案或資料：每周巡檢記錄、用于校準的設備（如流量計、溫度計、大氣壓計等）的計量檢定證書、標準氣體證書（是否在有效期內）、完整的零跨/精度/多點校準記錄、顆粒物流量/質量/溫度/壓力校準記錄、動態校準儀臭氧傳遞和流量傳遞報告、顆粒物切割頭清潔及采樣管清潔記錄、設備維修記錄、耗品耗材更換記錄等。

2.4.2 日常質量核查常見問題

結合近年來佛山市質量核查的實際經驗，對常見問題進行總結和分析。

（1）儀器響應時間較長。在進行跨度測試時，部分子站的多個氣體分析儀都同時出現了儀器響應濃度符合要求但響應時間較長的現象（t90＞5min），這主要是由于運維人員在日常維護中，對儀器管路、反應室等清洗不夠干凈造成的。因此，只要加大對儀器管路及反應室的清洗頻率，并定期測試其響應時間，一般能預防該問題產生，以確保儀器性能保持在最佳狀態。

（2）氣態或顆粒物分析儀采樣流量測試誤差大。對于氣態分析儀的采樣流量校準，由于沒有明確的校準頻率要求，運維人員在日常質控工作中往往忽視了該校準工作，部分氣態分析儀在運行一段時間后就容易出現流量偏差增大問題。出現該問題后，在確認儀器流量計沒有出現故障的前提下，只要利用標準流量計對儀器流量進行重新校準即可，同時在日常質控校準工作中，最好制定相關要求，要求運維人員定期校準。顆粒物分析儀采樣流量偏差大往往是由于運維人員在對流量進行校準時，未等流量計儀器數據完全穩定就執行了校準操作造成。在日常流量校準操作過程中，應等待足夠長時間，待流量計儀器數據完全穩定后再進行校準。

（3）動態校準儀標氣流量測試誤差大。根據實際質量核查經驗，多個子站出現了動態校準儀標氣流量誤差超出±5%，零氣流量誤差符合要求的情況，根據研究和分析，發現用于校準動態校準儀的標準流量計間本身誤差較大是出現該問題的重要影響因素。例如，在某子站現場，市站人員同時帶去了兩套型號相同的標準流量計對動態校準儀的標氣流量進行測試，結果發現，在測試50mL/min流量點時，流量計1測值為46.47mL/min，流量計2測值為50.50mL/min，相對誤差分別為7.61%、－0.99%，兩個流量計誤差達4.03mL/min，可見標準流量計間本身誤差較大已經成為標氣流量檢查的重要制約因素。

（4）支管長度超3m。實際核查中發現，多個子站都出現了氣體分析儀與其支管接頭連接的管線長度超出3m，且往往出現在TE的儀器中，這主要是由于儀器配置的是外置電磁閥，支管先經電磁閥再與分析儀連接，同時為線路美觀而內藏線槽走線，故總支管長度極易超3m。若出現該問題，重新規劃線路的走向或縮短支管長度是主要解決方法。

（5）采樣口捕集空間不足。實際核查中發現，部分子站周邊樹木繁茂，與采樣管水平距離太近，不符合國家規范中“采樣管與周邊樹木水平距離大于兩者高度差的兩倍以上”的要求，該問題的出現往往是運維人員的忽視或不熟悉相關規范造成。因此，針對部分周邊樹木較多的子站，應制定長期的的樹木定時修剪計劃，安排專人跟進和實施，防止采樣口捕集空間不足對采樣準確性的影響。

3 結語

在環境空氣自動監測的日常工作中，只要出現細微的疏忽，都會造成監測結果出現較大的誤差，因此必須建立完備的環境空氣自動監測質量體系來保證環境空氣自動監測工作的有效實施。在實際工作中，我們應在構建合理的組織架構前提下，以規范的質量控制和質量保證制度為基礎，配合定期的質量核查，把控好環境空氣自動監測每個環節，不斷完善質量體系，確保為政府管理部門提供準確、可靠的的空氣質量信息。

［1］國家環境保護總局.空氣和廢氣監測分析方法［M］.第四版增補版.北京：中國環境科學出版社，2003.

［2］鐘流舉，袁 鶯，區宇波，等.區域空氣質量監測網絡質量管理體系與標準操作程序［M］.廣州：廣東科技出版社，2013.

［3］廣東省環境保護監測中心站.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.

［4］倫偉明，鄺俊俠.廣州市空氣質量自動監測系統質量保證和質量控制［J］.廣東科技，2008（180）：218～219.

［5］夏 新，元 潔，吳曉鳳，等.環境空氣自動監測系統質量管理體系框架［J］.中國環境管理，2013，5（4）：48～52.

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［7］蘭國棟.環境空氣質量自動監測系統質量保證工作的探索［J］.干旱環境監測，2007，21（1）：23～26，46.