固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定中β射線法與重量法對比分析

李金瑩 樊曉翠 焉 峰 謝元壯 邢 志 許愛華 楊中元

(1.青島明華電子儀器有限公司，青島 266000；2.泰安市計量科學研究所，泰安 271000；3.山東省計量科學研究院，濟南 250014；4.山東省社會公正計量行，濟南 250014)

1 引言

目前低濃度顆粒物監測分析方法是《固定污染源廢氣 低濃度顆粒物的測定 重量法》(HJ 836-2017)，該標準方法基于重量法，存在以下幾點問題：1)時效性低、周期長：現場采樣時間長，采樣完成后還需進行實驗室分析；2)數據準確度較差：尤其在脫硫后管道內出現顆粒物濃度低、溫度低、濕度高的“二低一高”狀況時，越來越多的暴露出了數據準確度較差的情況；3)平行性差：在現場采樣質控環節、樣品保存及運輸環節、烘干平衡稱重分析環節等過程中，不可避免的會引入人為誤差；4)過程繁瑣，費時費力：采樣前后均需要烘干、平衡濾膜或濾筒，工作過程相對繁瑣。因此，可實時快速定量出結果的顆粒物直讀方法(β射線法)成為污染源廢氣顆粒物現場執法和在線分析儀比對溯源的重要手段。

β射線法原理將具有加熱功能的顆粒物組合式采樣管由采樣孔插入煙道中，利用等速采樣原理抽取一定量的含顆粒物的廢氣，采用煙道外過濾的方式，顆粒物被截留在濾膜上。用β射線照射濾膜，根據采樣前后單位面積的濾膜上β射線衰減量得出濾膜上捕集的顆粒物質量和同時抽取的廢氣體積，計算出顆粒物的濃度[1]。目前β射線法污染源顆粒物直讀測試儀具有檢出限低、重復性高、響應時間快、數據可靠和現場適應性強等優點。

本文針對低濃度顆粒物的監測，在實驗室采樣過程中同時采用β射線法與重量法原理的儀器進行檢測采樣，將測量結果線性回歸、準確度、重復性等方面展開對比分析。

2 材料與方法

2.1 儀器

兩臺MH3300型煙氣煙塵顆粒物濃度測試儀(青島明華電子儀器有限公司)；MH3091型煙塵采樣測試探頭(青島明華電子儀器有限公司)；MH3090T型低濃度煙塵采樣管(青島明華電子儀器有限公司)；低濃度粉塵儀(張家港朗億機電設備有限公司)；恒溫恒濕箱(上海增達科技股份有限公司)；天平(賽多利斯科學儀器(北京)有限公司)，烘箱(上海博訊實業有限公司醫療設備廠)。

2.2 采樣與測定

采樣布點選擇在實驗室低濃度粉塵儀檢定裝置的兩個平行采樣口上，采樣時間依據標干采樣體積不小于1m3計算，采集4組不同濃度的顆粒物，每個濃度點采3次。將MH3300型煙氣煙塵顆粒物濃度測試儀分別配置MH3091型煙塵采樣測試探頭與MH3090T型低濃度煙塵采樣管同時進行采樣，用等速采樣法抽取粉塵儀檢定裝置發生的顆粒物[2]，其中，重量法煙槍將顆粒物捕集在采樣頭上，待采樣結束后，將采樣頭放入靜電密封袋內，再放入樣品箱；然后回實驗室進行清洗、烘烤、平衡、稱重，最后計算顆粒物濃度[3]。

2.3 方法對比分析

試驗通過低濃度粉塵儀檢定裝置發生4組不同濃度的顆粒物，顆粒物濃度分別發生4mg/m3、10mg/m3、25 mg/m3、40mg/m3。其中，每組濃度進行3次采樣，測量位置為低濃度粉塵儀檢定裝置的兩個平行采樣口，重量法測量樣品總數為12個，具體數據如表1～表4所示。

表1 兩種方法測量4mg/m3濃度對照表

表2 兩種方法測量10mg/m3濃度對照表

表3 兩種方法測量25mg/m3濃度對照表

表4 兩種方法測量40mg/m3濃度對照表

2.3.1線性回歸分析

表5 兩種方法測量平均值

然后按公式(1)計算回歸曲線的相關系數r[4]。

(1)

式中：r-比對測試回歸曲線相關系數；

j-計算平均值時，j取3；

根據公式計算得出β射線法與重量法的相關系數r>0.99(r=0.9942)，此結果證明了兩種方法所測數據的相關性高。以β射線法為數據橫軸，重量法數據為縱軸，兩種方法數據的相關性曲線如圖1所示；同理，根據公式計算得出兩種方法分別與發塵濃度的相關系數均為r>0.99，即兩種方法不僅相互之間的相關性高，而且分別與發塵濃度相關性也高，其相關性曲線如圖2所示。

圖1 β射線與重量法測量數據 線性回歸分析圖

圖2 兩種方法與發塵濃度數據 線性回歸分析圖

2.3.2準確度分析

(2)

δ—相對誤差，%。

根據公式計算得出四組不同樣品濃度的準確度數值，如表6所示。從表中可以看出，β射線法準確度數據均小于重量法數據，即β射線法測的數據準確度要優于重量法。

表6 兩種方法煙塵濃度準確度數值表

2.3.3重復性分析

對以上采樣測定的數據結果進行重復性分析，根據公式(3)，分別計算兩種方法測量值的重復性s[5]。

(3)

根據公式計算得出四組不同樣品濃度的準確度數值，如表7所示。從表中可以看出，β射線法重復性數據均小于重量法數據，即β射線法測的數據重復性優于重量法。

表7 兩種方法煙塵濃度重復性數值表

3 結論

通過上述內容，對固定污染源廢氣中低濃度顆粒物測量結果進行分析可知，β射線法測量數據與重量法測量數據不僅相關性很強(線性相關系數r>99%)，而且β射線法所測量的結果準確度與重復性均優于重量法。除此之外，β射線法比重量法在實際測量過程中操作更簡潔明了；測量速度快；在避免重量法采樣前后繁瑣準備工作的同時，也減少了中間操作過程中的人為誤差；可以現場直接顯示測量數據，提高了數據時效性；有利于應急預警監測和執法監測，并能提升環境監管效能。