固定污染源废气低浓度颗粒物的测定中β射线法与重量法对比分析

李金莹 樊晓翠 焉 峰 谢元壮 邢 志 许爱华 杨中元

(1.青岛明华电子仪器有限公司，青岛 266000；2.泰安市计量科学研究所，泰安 271000；3.山东省计量科学研究院，济南 250014；4.山东省社会公正计量行，济南 250014)

1 引言

目前低浓度颗粒物监测分析方法是《固定污染源废气 低浓度颗粒物的测定 重量法》(HJ 836-2017)，该标准方法基于重量法，存在以下几点问题：1)时效性低、周期长：现场采样时间长，采样完成后还需进行实验室分析；2)数据准确度较差：尤其在脱硫后管道内出现颗粒物浓度低、温度低、湿度高的“二低一高”状况时，越来越多的暴露出了数据准确度较差的情况；3)平行性差：在现场采样质控环节、样品保存及运输环节、烘干平衡称重分析环节等过程中，不可避免的会引入人为误差；4)过程繁琐，费时费力：采样前后均需要烘干、平衡滤膜或滤筒，工作过程相对繁琐。因此，可实时快速定量出结果的颗粒物直读方法(β射线法)成为污染源废气颗粒物现场执法和在线分析仪比对溯源的重要手段。

β射线法原理将具有加热功能的颗粒物组合式采样管由采样孔插入烟道中，利用等速采样原理抽取一定量的含颗粒物的废气，采用烟道外过滤的方式，颗粒物被截留在滤膜上。用β射线照射滤膜，根据采样前后单位面积的滤膜上β射线衰减量得出滤膜上捕集的颗粒物质量和同时抽取的废气体积，计算出颗粒物的浓度[1]。目前β射线法污染源颗粒物直读测试仪具有检出限低、重复性高、响应时间快、数据可靠和现场适应性强等优点。

本文针对低浓度颗粒物的监测，在实验室采样过程中同时采用β射线法与重量法原理的仪器进行检测采样，将测量结果线性回归、准确度、重复性等方面展开对比分析。

2 材料与方法

2.1 仪器

两台MH3300型烟气烟尘颗粒物浓度测试仪(青岛明华电子仪器有限公司)；MH3091型烟尘采样测试探头(青岛明华电子仪器有限公司)；MH3090T型低浓度烟尘采样管(青岛明华电子仪器有限公司)；低浓度粉尘仪(张家港朗亿机电设备有限公司)；恒温恒湿箱(上海增达科技股份有限公司)；天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司)，烘箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)。

2.2 采样与测定

采样布点选择在实验室低浓度粉尘仪检定装置的两个平行采样口上，采样时间依据标干采样体积不小于1m3计算，采集4组不同浓度的颗粒物，每个浓度点采3次。将MH3300型烟气烟尘颗粒物浓度测试仪分别配置MH3091型烟尘采样测试探头与MH3090T型低浓度烟尘采样管同时进行采样，用等速采样法抽取粉尘仪检定装置发生的颗粒物[2]，其中，重量法烟枪将颗粒物捕集在采样头上，待采样结束后，将采样头放入静电密封袋内，再放入样品箱；然后回实验室进行清洗、烘烤、平衡、称重，最后计算颗粒物浓度[3]。

2.3 方法对比分析

试验通过低浓度粉尘仪检定装置发生4组不同浓度的颗粒物，颗粒物浓度分别发生4mg/m3、10mg/m3、25 mg/m3、40mg/m3。其中，每组浓度进行3次采样，测量位置为低浓度粉尘仪检定装置的两个平行采样口，重量法测量样品总数为12个，具体数据如表1～表4所示。

表1 两种方法测量4mg/m3浓度对照表

表2 两种方法测量10mg/m3浓度对照表

表3 两种方法测量25mg/m3浓度对照表

表4 两种方法测量40mg/m3浓度对照表

2.3.1线性回归分析

表5 两种方法测量平均值

然后按公式(1)计算回归曲线的相关系数r[4]。

(1)

式中：r-比对测试回归曲线相关系数；

j-计算平均值时，j取3；

根据公式计算得出β射线法与重量法的相关系数r>0.99(r=0.9942)，此结果证明了两种方法所测数据的相关性高。以β射线法为数据横轴，重量法数据为纵轴，两种方法数据的相关性曲线如图1所示；同理，根据公式计算得出两种方法分别与发尘浓度的相关系数均为r>0.99，即两种方法不仅相互之间的相关性高，而且分别与发尘浓度相关性也高，其相关性曲线如图2所示。

图1 β射线与重量法测量数据 线性回归分析图

图2 两种方法与发尘浓度数据 线性回归分析图

2.3.2准确度分析

(2)

δ—相对误差，%。

根据公式计算得出四组不同样品浓度的准确度数值，如表6所示。从表中可以看出，β射线法准确度数据均小于重量法数据，即β射线法测的数据准确度要优于重量法。

表6 两种方法烟尘浓度准确度数值表

2.3.3重复性分析

对以上采样测定的数据结果进行重复性分析，根据公式(3)，分别计算两种方法测量值的重复性s[5]。

(3)

根据公式计算得出四组不同样品浓度的准确度数值，如表7所示。从表中可以看出，β射线法重复性数据均小于重量法数据，即β射线法测的数据重复性优于重量法。

表7 两种方法烟尘浓度重复性数值表

3 结论

通过上述内容，对固定污染源废气中低浓度颗粒物测量结果进行分析可知，β射线法测量数据与重量法测量数据不仅相关性很强(线性相关系数r>99%)，而且β射线法所测量的结果准确度与重复性均优于重量法。除此之外，β射线法比重量法在实际测量过程中操作更简洁明了；测量速度快；在避免重量法采样前后繁琐准备工作的同时，也减少了中间操作过程中的人为误差；可以现场直接显示测量数据，提高了数据时效性；有利于应急预警监测和执法监测，并能提升环境监管效能。