浅谈环境空气自动监测质量体系的建立

周雪玲

（广东省佛山市环境监测中心站，广东 佛山528000）

1 引言

环境空气质量连续自动监测系统是由采样系统、监测仪器、数据通讯、计算机、系统管理及操作人员等多个环节构成，系统中无论哪个环节出现问题都将影响整个系统的正常可靠运行，且系统是无人值守连续自动运行，维护管理周期一般较长，运行期间出现的问题有时不能及时发现，所以必须通过系统质量体系的建立，形成有效的组织架构，从而对系统所有的监测和校准过程执行严格的质量控制，对整个系统实施全面的质量保证［1］。此外，在建立日常质量控制和质量保证体系前提下，还应建立常态的质量核查体系，定期开展针对辖区内所有子站的质量检查，该工作可配合国家每年开展的环境空气质量专项检查进行。本文以佛山市为例，探讨了环境空气自动监测质量体系的建立，并结合佛山市近两年来开展质量核查工作中的经验对一些常见问题进行了分析，以期为环境空气自动监测体系运行提供一定的参考。

2 环境空气自动监测质量体系的建立

2.1 组织架构

截至2015年7月，佛山市已建成环境空气质量自动监测子站39个，针对大气自动监测子站数量多分布广泛的特点，自2013年开始全市实施分级质量管理体系，国控以上子站由市站逐步收归管理，各区对其他子站实施管理并接受市站质量监督。同时，市站直接介入第三方运营的监督管理，通过专人跟进问题的方式确保子站的运行管理始终处于有效体系范围内。通过外聘等方式，还补充第三方运营经验丰富的专业人员，通过以老带新的方式，重新巩固市站监督人员在大气监测子站现场维护方面的技术，为大气子站现场问题排查解决、质量控制和保证实验、子站基础建设等方面提供了重要技术保障。通过人员调整，在环境空气自动监测方面形成了完整的子站现场、数据审核统计、质量控制和保证、数据分析研究等4组技术分工，完善了质量体系的组织架构。市站所有技术人员均持证上岗，上岗证覆盖SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5等6项空气质量自动监测内容。

2.2 质量控制

质量控制是指为了达到质量要求所采取的作业技术和活动，其目的在于通过监视质量形成过程，消除质量环上所有阶段引起不合格或不满意效果的因素［2］。参考珠江三角洲区域空气监控网络的相关要求［3］，佛山市质量控制体系涵盖零/跨检查及校准、精度检查、多点校准、颗粒物流量和质量校准、数据审核及日常维护等方面。

2.2.1 零点/跨度检查及校准

定期的零点/跨度检查可用于评价当前分析仪的飘移，提高测量的准确度，使分析仪的飘移在可接受的范围内。零点/跨度检查及校准的一般程序是先用零气检查分析仪，然后用标准气在分析仪量程70%～90%浓度范围检查，记录分析仪稳定的零点/跨度响应，当仪器响应值超出一定范围时，对分析仪进行校准，否则一般不进行调整。目前，佛山市所有环境空气质量自动监测子站的零点/跨度检查均实现了每周至少进行1次，除部分子站的个别气体分析仪器因型号与动态校准仪不同而需手工进行零点/跨度检查，其余大部分子站均能通过软件添加自动质控任务完成。日常运维人员在每周对子站的巡检工作中对自动质控不合格的任务进行分析，若不合格系仪器出现故障造成的，现场维修好仪器后再手动执行质控任务，以保证每周零点/跨度检查结果的合格。

2.2.2 精度检查

定期的精度检查，可确定个别设备和整个监测系统的精度，表征了由于设备和环境差异引起的数据可变性。对于SO2、NO2和O3分析仪，量程为500ppb，推荐精度检查浓度值为80ppb～100ppb；对于CO分析仪，量程为20×10－6，推荐精度检查浓度值为3.2×10－6～4×10－6。若精度检查结果超出±15%，则建议检查精度检查装置的步骤、连接和设置。若偏差超过±20%，则应进行调查。目前，佛山市所有环境空气质量自动监测子站的精度检查工作至少每隔两周进行1次，与零点/跨度检查一样，一般均通过软件添加自动任务完成，出现精度检查不合格的情况处理也同上。

2.2.3 多点校准

多点校准建立了实际污染物浓度输入和分析仪响应之间的量化关系，可检查分析仪的线性，一般每半年进行1次，手动操作完成。多点校准应包含6个或以上的测试浓度（建议为满量程0、10%、30%、50%、70%和90%浓度值），以最小二乘法拟合校准曲线，相关系数应≥0.999、0.99≤斜率≤1.01，截距＜满量程±1% 若超出上述标准，应做出相应调试。在日常运行过程中，只要仪器进行了迁移、重要部件进行过更换（如紫外灯、光电倍增管、制冷装置、转换炉和光源等）以及其他经过任何可能影响气体分析仪线性的大修后，都应重新进行多点校准。

2.2.4 颗粒物监测仪流量和质量校准

对于颗粒物（PM10、PM2.5）分析仪，质量控制主要包括流量和质量校准两方面。目前，佛山市在用的颗粒物分析仪主要采用β射线法，流量校准频率一般为每季度1次，使用经中国测试技术研究院检定合格的BIOS标准流量计进行流量检查，若相对误差超出±2%则进行校准，流量校准的同时利用经广东省计量院检定的数字温湿度计和智能大气压力计，同步进行环境温度及大气压力的校准。质量标准校准即对质量传感器的校准，使用一套可追溯的校准质量箔进行零点及跨度质量校准，校准频率一般为每半年一次，误差应不超出制造商额定值的±5%。在日常运行过程中，对采样头及采样管路清洗后，一般都应重新做流量校准。

2.2.5 数据审核

目前，佛山市所有国控空气子站均已安装了国家环境空气监测网数据传输与网络化质控系统，并纳入国家城市环境空气质量监测网，6项常规污染物监测数据均实现了在线审核，并同步报送给国家总站及省站，技术人员按权限在该质控系统开展质量控制审核、数据分析、数据网络维护等工作。佛山市在用的数据传输及网络化质控系统额外增加开发了对市控及镇街空气子站的数据传输及在线审核功能，目前，由区站人员对所属的市控及镇街空气子站进行在线数据审核。

2.2.6 日常维护

在子站日常巡检中，还应做好以下日常维护措施，保证各仪器设备的正常和有效运行。

（1）钢瓶标准气的检查：通过与上一周巡检表中记录的各钢瓶气压力读数对比，查看是否出现突然的压力下降，因为任何异常的压力下降表明管路或仪器某处发生了泄漏。若出现该情况，应进行全面的泄漏检查，尽快发现和纠正泄漏。

（2）更换零气发生器的氧化剂和活性炭：由于API的701型零气发生器的氧化剂、活性炭容量较小，日常运维中一般每3个月更换一次，TE的111型容量相对较大，可适当延长更换时限，但一般不超过一年，在实际工作中，可结合氧化剂的变色情况、零气使用情况及分析仪零点值的响应值判断，及时更换。

（3）更换气体过滤膜：每周巡检时均应对各气体分析仪的气体过滤膜进行更换，保证样气的清洁。

（4）清洗采样头和采样管路：一般每3个月对颗粒物采样头和切割器进行清洗，每年对采样总管和采样管路进行清洗，但应根据子站周边环境状况，定期检查采样头及切割器积灰情况，而不限定于3个月1次的清洗频率。

（5）控制站房环境温度的恒定：冬夏季节，应格外注意子站室内外温差，若温差较大采样管路容易出现冷凝水，因此应适时调整空调设定温度，并对采样总管加装保温套，防止冷凝现象。

2.3 质量保证

质量保证是指为了提供足够的信任表明系统能够满足质量要求，而在系统中实施的全部有计划和有系统的活动，其目的在于提供可满足监测目的且合乎质量要求的数据、将由于仪器故障及各种干扰影响导致数据的损失降至最低和确保系统提供的监测数据有效、准确、可靠、可比［1］。参考珠江三角洲区域空气监控网络的相关要求［3］，佛山市质量保证体系主要包括臭氧标准传递认证及流量传递认证两方面，具体工作关系如图1所示。

2.3.1 臭氧标准认证

佛山市臭氧标准传递认证共分三级，分别是空气子站现场动态校准仪对臭氧分析仪进行的第一级校准、市站臭氧校准仪（49ips）对各空气子站动态校准仪中臭氧发生器的第二级传递（顺德区属子站除外）、省站臭氧标准参考光度计（SRP 49）对市站臭氧校准仪（49ips）的第三级传递。该工作每年至少进行1次，由市站质量管理实验室统一对认证合格的动态校准仪出具相关认证报告和标签。若动态校准仪的流量重新进行过校准或对重要部件进行过维修更换，则应对臭氧标准重新认证。

2.3.2 流量传递认证

佛山市流量标准传递认证是一种两级方式的传递过程，第一级传递是用于现场校准的BIOS标准流量计送至国家计量部门，利用一级标准流量测量装置进行校准标定，第二级传递是用经过一级标准标定过的传递标准对各空气子站的动态校准仪质量流量控制器（MFC）进行校准标定。第二级传递工作在市站质量管理实验室进行，每年至少进行1次，对认证合格的设备，由市站出具相关认证报告和标签。在日常工作中，臭氧标准认证及流量传递连续进行，先对动态校准仪的大、小流量计分别进行传递认证后，再进行为期6d的臭氧标准认证。

2.4 质量核查

建立常态的质量核查体系，定期开展针对辖区内所有空气子站的质量检查，确认各空气子站的运行是否符合相关规范要求，也是佛山市环境空气自动监测质量体系的重要组成部分，该工作可配合国家每年开展的环境空气质量专项检查进行。

2.4.1 核查的主要内容

参照国家环境空气质量专项检查的相关要点，佛山市质量核查的主要内容包括站房情况、采样系统的规范性、测试的准确性、数据比对、监测档案的完整性，具体要求如下。

（1）站房情况。各空气子站均应配备温湿度计，站房环境温度应满足25±5℃、湿度在80%以下；站房应无漏雨，站房底层应高于支撑楼面，应安装有避雷针接地、电源防雷、网络防雷等设施，仪器用电需配有稳压器。

（2）采样系统的规范性。各采样口距地面的高度应在3～25m范围，周围水平面应有270°以上的捕集空间（若一边靠近建筑物，至少应有180°以上），50m范围内无明显污染源。

气体采样管路应满足以下要求：采样总管应选用聚四氟乙烯或硼硅酸盐玻璃材料，采样支管须选用聚四氟乙烯材料；采样总管应竖直安装，采样口到站房顶部垂直距离应大于1m，内径1.5cm～15cm，各支管接头间距大于8cm；采样总管配备加热装置，加热温度控制在30～50℃，避免被空调直吹，室内部分加装保温套；采样支管应插入采样总管的中心，监测仪器与支管接头连接的管线长度应小于3m；保证采样头、采样管道的清洁，无积灰、积水或障碍物，采样风机正常工作。

颗粒物采样管路应满足以下条件：采样口到站房顶部垂直距离大于1m且垂直接入仪器，室内部分加装保温套并避免被空调直吹，采样头和切割器应无积灰。

（3）测试的准确性。流量测试：利用BIOS标准流量计分别对气态分析仪的采样流量、颗粒物分析仪的采样流量、动态校准仪的零气和标气流量进行准确性测试，相对误差应分别小于±10%、±5%、±5%。

浓度测试：利用SO2、NO、CO一级标准气和臭氧校准仪分别对气态污染物的响应浓度、响应时间进行测试，标气通入采样总管，由气体分析仪直接从采样总管中抽气的方式，来检查输出浓度与仪器响应浓度间的偏差，该偏差应在±10%以内。该测试可从整个气路检查系统运行的可靠性，在操作过程需提前关闭采样风机，并用隔片切断或塑料袋封裹采样总管的下端。

（4）数据比对。现场比对仪表的即时数据与数采仪采集数据是否一致，比对数采仪采集数据、中心站原始数据库数据和上报国家数据是否一致。

（5）监测档案的完整性。检查是否具备如下档案或资料：每周巡检记录、用于校准的设备（如流量计、温度计、大气压计等）的计量检定证书、标准气体证书（是否在有效期内）、完整的零跨/精度/多点校准记录、颗粒物流量/质量/温度/压力校准记录、动态校准仪臭氧传递和流量传递报告、颗粒物切割头清洁及采样管清洁记录、设备维修记录、耗品耗材更换记录等。

2.4.2 日常质量核查常见问题

结合近年来佛山市质量核查的实际经验，对常见问题进行总结和分析。

（1）仪器响应时间较长。在进行跨度测试时，部分子站的多个气体分析仪都同时出现了仪器响应浓度符合要求但响应时间较长的现象（t90＞5min），这主要是由于运维人员在日常维护中，对仪器管路、反应室等清洗不够干净造成的。因此，只要加大对仪器管路及反应室的清洗频率，并定期测试其响应时间，一般能预防该问题产生，以确保仪器性能保持在最佳状态。

（2）气态或颗粒物分析仪采样流量测试误差大。对于气态分析仪的采样流量校准，由于没有明确的校准频率要求，运维人员在日常质控工作中往往忽视了该校准工作，部分气态分析仪在运行一段时间后就容易出现流量偏差增大问题。出现该问题后，在确认仪器流量计没有出现故障的前提下，只要利用标准流量计对仪器流量进行重新校准即可，同时在日常质控校准工作中，最好制定相关要求，要求运维人员定期校准。颗粒物分析仪采样流量偏差大往往是由于运维人员在对流量进行校准时，未等流量计仪器数据完全稳定就执行了校准操作造成。在日常流量校准操作过程中，应等待足够长时间，待流量计仪器数据完全稳定后再进行校准。

（3）动态校准仪标气流量测试误差大。根据实际质量核查经验，多个子站出现了动态校准仪标气流量误差超出±5%，零气流量误差符合要求的情况，根据研究和分析，发现用于校准动态校准仪的标准流量计间本身误差较大是出现该问题的重要影响因素。例如，在某子站现场，市站人员同时带去了两套型号相同的标准流量计对动态校准仪的标气流量进行测试，结果发现，在测试50mL/min流量点时，流量计1测值为46.47mL/min，流量计2测值为50.50mL/min，相对误差分别为7.61%、－0.99%，两个流量计误差达4.03mL/min，可见标准流量计间本身误差较大已经成为标气流量检查的重要制约因素。

（4）支管长度超3m。实际核查中发现，多个子站都出现了气体分析仪与其支管接头连接的管线长度超出3m，且往往出现在TE的仪器中，这主要是由于仪器配置的是外置电磁阀，支管先经电磁阀再与分析仪连接，同时为线路美观而内藏线槽走线，故总支管长度极易超3m。若出现该问题，重新规划线路的走向或缩短支管长度是主要解决方法。

（5）采样口捕集空间不足。实际核查中发现，部分子站周边树木繁茂，与采样管水平距离太近，不符合国家规范中“采样管与周边树木水平距离大于两者高度差的两倍以上”的要求，该问题的出现往往是运维人员的忽视或不熟悉相关规范造成。因此，针对部分周边树木较多的子站，应制定长期的的树木定时修剪计划，安排专人跟进和实施，防止采样口捕集空间不足对采样准确性的影响。

3 结语

在环境空气自动监测的日常工作中，只要出现细微的疏忽，都会造成监测结果出现较大的误差，因此必须建立完备的环境空气自动监测质量体系来保证环境空气自动监测工作的有效实施。在实际工作中，我们应在构建合理的组织架构前提下，以规范的质量控制和质量保证制度为基础，配合定期的质量核查，把控好环境空气自动监测每个环节，不断完善质量体系，确保为政府管理部门提供准确、可靠的的空气质量信息。

［1］国家环境保护总局.空气和废气监测分析方法［M］.第四版增补版.北京：中国环境科学出版社，2003.

［2］钟流举，袁 莺，区宇波，等.区域空气质量监测网络质量管理体系与标准操作程序［M］.广州：广东科技出版社，2013.

［3］广东省环境保护监测中心站.珠江三角洲区域空气监控网络QA/QC手册［M］.广州：广东科技出版社，2007.

［4］伦伟明，邝俊侠.广州市空气质量自动监测系统质量保证和质量控制［J］.广东科技，2008（180）：218～219.

［5］夏 新，元 洁，吴晓凤，等.环境空气自动监测系统质量管理体系框架［J］.中国环境管理，2013，5（4）：48～52.

［6］焦宝玉，陈建文，廖乾邑，等.环境空气质量自动监测子站系统运行管理的质量控制［J］.环境研究与监测，2011，24（1）：1～7.

［7］兰国栋.环境空气质量自动监测系统质量保证工作的探索［J］.干旱环境监测，2007，21（1）：23～26，46.