环境空气质量监测系统探讨

罗鸿初

摘 要：空气质量监测是国家环境监测管理的重要组成部分，对城市生态环境系统的可持续发展有着重大的影响。结合多年的实践经验，从气体物质监测和固体颗粒物监测两方面出发，重点探讨了环境空气质量监测系统的比较，并提出相关意见，以供实践参考。

关键词：环境；空气；质量；监测

中图分类号：X84 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0152-02

随着国民经济建设步伐的加快，人们的物质文明生活也不断提高，资源、环境和各种自然灾害等已逐渐成为人类在可持续发展中面临的问题。其中，人们赖以生存的重要自然资源之一的大气环境资源受到了严重的威胁和污染，这就对城市环境空气质量监测工作提出了更高的要求。目前，环境空气监测方法主要包括手工监测和自动监测两种方法。传统的手工监测方法是采用大气采样器采集空气样品，再通过实验室分析得出监测结果；而空气自动监测方法则是一套全自动的无人值守的空气质量监测系统，工作人员只需要进行日常的操作和维护便可运作。本文重点比较了自动监测系统和手工监测方法，希望对加强大气环境的保护有所帮助。

1 对气体物质监测方法的比较

气体物质监测系统分为长光程空气和点式空气自动监测两种系统。长光程自动监测系统运用光学差分吸收光谱法，利用气体分子各自的特征吸收波长，采用从发射端发射光束经开放环境到接收端的方法，来测定该光束光程上平均空气污染物浓度；点式空气自动监测方法是在固定点上通过采样系统将环境空气采入，并测定空气污染物浓度的监测分析方法。现对这两种自动监测系统和手工监测方法进行比较。

1.1 采样过程比较

1.1.1 从采样的空间范围分析

长光程自动监测仪是以采集一段光程（规定不低于100 m）内的气体作为样品，因此，长光程自动监测仪的采集样本更能代表这一地带气体浓度的平均值。

点式空气自动监测仪和手工监测均是采集采样口附近狭小范围内的空气。

1.1.2 从采样的时间分析

手工监测方法是通过吸收液对气体24 h连续不间断的采样，每天采集一个样品，只能监测到该日的日均值。

长光程空气自动监测仪是分时段对几种气体的轮流采样，能够监测到各时段的浓度均值和日均值，反映出该日的浓度变化趋势。但是，由于是由一个仪器对几种气体的轮流采样，因此每天对每种气体的采样总时间很短，不能更好地反映日均值。

点式空气自动监测仪对每种气体都有各自的采样仪和分析仪，这就满足了对每种气体进行分时段的连续采样，保证了总采样时间能够监测到各个时段的浓度均值，反映出一天的浓度变化趋势，还能更好地反映日均值。

1.2 从样品分析过程比较

手工分析方法采用特定的吸收液吸收特定气体，然后采用分光光度法测定，但该方法可能存在吸收液吸收气体不完全的弊端。

长光程自动监测系统运用光学差分吸收光谱法，利用气体分子各自的特征吸收波长，通过对其特征吸收确定浓度。这种方法虽然避免了手工监测方法对特征气体吸收不完全的弊端，但是对自然光强的变化和影响能见度的雨、雾、尘、雪的干扰，在一定程度上要作自动修正，当光强被大雨、浓雾或沙尘大幅度衰减，而使接收端得不到足够的光强信号时，仪器就无法正常运行。

点式空气自动监测仪对每种气体都有各自的采样仪和分析仪，紫外荧光仪测定SO2，化学发光仪测定NO2，气体滤波相关红外吸收仪测定CO，紫外光度仪测定O3，每种分析仪都配备单独的采样设备，然后通过采样仪吸收特定气体到特定的分析仪内进行分析。因此，从样品分析过程来看，点式空气自动监测仪既避免了手工监测方法吸收液对特定气体吸收不完全的弊端，又解决了长光程自动监测仪在大雨、浓雾或沙尘天气光信号低导致仪器无法正常运行的问题。

2 对固体颗粒物监测方法的比较

按照对固体颗粒物的监测分析方法，自动监测方法有TEOM微量振荡天平法和Beta射线法，手工监测方法即为重量法。使用两种自动监测方法的监测仪监测结果都要与重量法的监测结果进行比对，比对的结果符合要求才可投入使用。

2.1 从采样过程比较

2.1.1 从采样的空间范围分析

三种监测方法均是对采样口附近狭小范围的气体采样。

2.1.2 从采样时间及连续性分析

手工监测方法通常是以恒速24 h连续抽取定量体积的空气，使其通过具有PM10或PM2.5切割特性的采样器，PM10和PM2.5被收集在各自滤膜上，对日常的空气质量进行监测时，手工监测方法一般不采用间断采样或隔时段采样。该采样方法能够保证一天的总采样时间，从而保证了日均值的准确性。

TEOM微量振荡天平法和Beta射线法均是隔时段采样，即“采样→分析→采样→分析”这样的循环过程，在每小时内一部分时间是采样时间，另一部分是样品的分析时间。这两种自动监测系统每天的总采样时间小于24 h，与手工监测方法相比，不能更好地反映日均值，但可以出具时均值，能够反映出该日颗粒物浓度的变化趋势。

2.2 从分析过程比较

2.2.1 手工监测方法

手工监测方法是重量法，即根据采样前后的重量差来计算颗粒物的浓度。手工监测方法的滤膜在采样前后只需进行恒温干燥即可测量，挥发性物质损失极其微小。

2.2.2 TEOM微量振荡天平法

TEOM微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在空心锥形管振荡端上安放可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特性和它的质量。通过振荡频率变化，来计算出滤膜上颗粒物质量。在测量过程中，为了消除水汽的影响，需要加温，但加温过程会造成颗粒物中挥发性物质的损失，从而影响数据的准确性。为了减少加温过程造成挥发性物质的损失，TEOM微量振荡天平法监测仪器可配置膜动态测量装置，从而最大限度地减少挥发损失。

2.2.3 Beta射线法

Beta射线法则是利用Beta射线衰减的原理，环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，Beta射线的能量衰减，通过对衰减量的测定，计算出颗粒物的浓度。同样，在测量过程中，为了消除水汽的影响，需要加温，加温过程会造成颗粒物中挥发性物质的损失。对此，可在Beta射线监测仪的采样管配置温度动态调整装置，能够保持受测量气流的湿度相对稳定在核定测量水平，可以减少挥发损失的影响。此外，该方法存在标准传递的问题，难免会造成一定的误差。

就两种自动监测方法比较而言，Beta射线监测仪具有价格低、维护工作量小的优点；TEOM微量振荡天平法维护工作量较大、成本较高，但配置了膜动态测量装置，可以更好地解决挥发性损失的问题。

3 结束语

通过比较空气环境自动监测系统和手工监测方法可知，自动监测系统更为自动化，可以提供更多时段的监测数据，但仍需要解决以下几个问题：①长光程自动监测系统对气体的分析存在采样时间短的问题，无法反映日均值；②点式空气质量自动监测系统的采样仅是对采样口附近狭小范围内的采样，且样品缺乏代表性；③TEOM微量振荡天平法需要频繁更换动态膜，维护费用和维护工作量较大，且成本较高；④TEOM微量振荡天平法存在标准传递的问题，要解决因标准传递带来的偏差。

参考文献

[1]宋涛.浅论环境空气质量自动监测系统的日常维护[J].绿色科技，2012（11）.

[2]张大鹏.空气质量自动监测与手工监测方法的对比分析[J].科学时代·下半月，2013（01）.

〔编辑：李珏〕