Excel函数在二噁英废气监测数据中的应用

白 昭,王 瑶

(1.陕西省环境监测中心站,西安 710048;2.陕西省环境科学研究院,西安 710048)

前 言

二噁英类化合物(Dioxin，以下简称二噁英)是一类高毒性脂溶性有机化合物，具有极强的致癌性。它的化学性质非常稳定，在自然界中不易被微生物降解，也不易被氧化还原、水解等化学反应所消耗。二噁英在自然界中不能自然生成。主要在人类日常工业生产活动中，通过固体废弃物焚烧、化工合成、化工漂白及金属回收冶炼等特定行业产生并随废气、废水及灰渣排入环境中。目前，我国通过出台相关行业二噁英废气排放标准控制其二噁英排放量。

由于二噁英在自然界中含量很低，主要采用高分辨气相/高分辨质谱对废气样品进行检测分析。该技术数据处理过程复杂，计算量大，极易出错，对数据处理人员要求非常高。随着电子计算机的快速发展，Excel软件在环境监测数据处理[1]及数据修约[2-3]中的应用越来越广泛。二噁英的数据处理可通过编辑Excel函数公式对原始数据进行处理计算和修约判定，从而快速准确的得出二噁英废气监测结果。

1 数据处理要求

1.1 数据处理流程

二噁英类化合物是由两大类化合物组成，他们分别是多氯二苯并-对-二噁英和多氯二苯并呋喃。二噁英类的同类物共有210种，其中有17种被公认为对人体及环境可能造成严重后果而被列入重点监控名单。通过对这17种二噁英同类物原始数据的函数计算及数据修约判定，快速准确计算出结果。具体处理流程详见下图。

图 数据处理流程图Fig. Data processing flow chart

1.2 数据处理依据

参照《环境空气和废气二噁英类的测定同位素稀释高分辨气象色谱-高分辨质谱法》(HJ77.2-2008)中12.3.4数值修约与表达条款规定：“报告检出限按数值修约规则GB/T8170修约为1位有效数字。质量浓度结果位数应不多于检出限位数，按数值修约规则GB/T8170修约为2位或1位有效数字。”

2 Excel函数调用

2.1 需调用函数及功能介绍[4]

IF函数 判断是否满足某个条件，如果满足返回一个值，如果不满足返回另一个值。函数格式为IF(逻辑判断表达式，为“真”时所表达内容，为“假”时所表达内容)；

ROUND函数 按指定的位数对数值进行四舍五入。函数格式为ROUND(需要四舍五入的数值，保留的小数位数)；

INT函数 将数值向下舍入到最接近的整数。函数格式为INT(需要舍入的数值)；

AND函数 如果所用逻辑判断表达式都为“真”时，则返回逻辑“真”,反之返回逻辑“假”。函数格式为AND (条件1，条件2，条件3，…)；

SUM函数 可以将指定参数的所有数字求和。函数格式为SUM(所指定数字的起始格：所指定数字的终止格)；

LOG函数 用于计算指定数字为底数的数的对数。函数格式为LOG(需要计算的数值，对数的底数)。

2.2 需调用的数据

Excel数据处理中需要调用采样期间标态下的采样体积和含氧量,样品净化后的上机定容体积，仪器分析结果中的进样检出限及进样浓度这五组原始数据及HJ77.2-2008标准中涉及的回收率限制和毒性当量因子，详见表1。

表1 函数需调用的二噁英原始数据Tab.1 Dioxin data for function calls

续表1

3 二噁英各同类物质量浓度及检出限计算

3.1 二噁英17种同类物的样品检出限(单元格E9-E25)

由于受仪器灵敏度、样品浓度及干扰物等因素的影响，二噁英的17种同类物的样品检出限也各有不同。样品检出限不仅能反映出仪器的状态、样品的净化程度，同是它也是重要的指控手段。

计算公式：17种同类物的样品检出限=17种同类物进样检出限*定容体积/取样量，单位为ng/Nm3

数据修约：计算结果四舍五入后保留1位有效数字

函数设定：=ROUND(D9*C9/B9,1-(INT(LOG(D9*C9/B9+0.1^7))+1))

该公式所在单元格为E9,为2378-TCDF检出限的计算公式。其余16种同类物检出限(单元格E10-E25)可在Excel中对E9进行下拉拖拽直接计算结果。

3.2 二噁英17种同类物实测质量浓度(单元格G9-G25)

二噁英17种同类物实测质量浓度是通过内标法计算出的17种同类物的实际浓度，它能及时反映出样品中二噁英的实际含量。

计算公式：17种同类物实测质量浓度=17种同类物进样浓度*定容体积/取样量

数据修约：计算结果小于该同类物检出限时，按未检出“N.D.”计算;若大于或等于该同类物检出限时，根据检出限位数四舍五入保留1～2位有效数字，但该实测质量浓度结果位数应不多于检出限位数，单位为ng/Nm3

函数设定为：=IF(F9*C9/B9>=E9,IF(INT(LOG(F9*C9/B9+0.1^7))=INT(LOG(E9+0.1^7)),ROUND(F9*C9/B9,1-(INT(LOG(F9*C9/B9+0.1^7))+1)),ROUND(F9*C9/B9,2-(INT(LOG(F9*C9/B9+0.1^7))+1))),"N.D.")

该公式所在单元格为G9,为2378-TCDF实测质量浓度的计算公式。其余16种同类物实测质量浓度(单元格G10-G25)可在Excel中对G9进行下拉拖拽直接计算结果。

3.3 二噁英17种同类物折算质量浓度(单元格H9-H25)

二噁英17种同类物折算质量浓度是对样品进行的氧气校正计算，即折算成11%氧浓度下17种同类物的质量浓度，它能有效防止样品在采集前，因加入空气稀释而导致实测样品浓度降低。

计算公式：17种同类物折算质量浓度=17种同类物实测质量浓度*(21-11)/(21-含氧量)

数据修约：若该同类物实测质量浓度为“N.D.”时，折算质量浓度仍为“N.D.”。否则其计算结果四舍五入后保留2位有效数字，单位为ng/Nm3

函数设定为：=IF(F9*C9/B9>E9, ROUND(G9*10/(21-$B$6),2-(INT(LOG(G9*10/(21-$B$6)+0.1^7))+1)),"N.D.")

该公式所在单元格为H9,为2378-TCDF折算质量浓度的计算公式。其余16种同类物的折算质量浓度(单元格H10-H25)可在Excel中对H9进行下拉拖拽直接计算结果。

3.4 二噁英17种同类物毒性当量(以下简称TEQ)质量浓度(单元格I9-I25)

二噁英17种同类物TEQ质量浓度是衡量该同类物的毒性大小。一般公认2378-TCDD毒性最大，其他16种同类物的TEQ质量浓度均折算为相当于2378-TCDD的等价浓度。

计算公式：17种同类物TEQ质量浓度=17种同类物折算质量浓度*该同类物的毒性当量因子(详见表2)；"N.D."时按1/2检出限乘以该同类物的毒性当量因子计算。

表2 二噁英的毒性当量因子Tab.2 Toxicity equivalent factor table of dioxins

函数设定为：=IF(F9*C9/B9>=E9,ROUND(H9*J9,2-(INT(LOG(H9*J9+0.1^7))+1)), E9/2*J9)

该公式所在单元格为I9,为2378-TCDF TEQ质量浓度的计算公式。其余16种同类物 TEQ质量浓度(单元格I10-I25)可在Excel中对I9进行下拉拖拽直接计算结果。

4 样品各质量浓度的计算

4.1 样品的二噁英实测质量浓度(单元格G27)

样品的实测质量浓度是该样品的17种二噁英同类物实测质量浓度之和，保留两位有效数字，单位为ng/Nm3。

函数设定为：=ROUND(SUM(G9:G25),2-(INT(LOG(SUM(G9:G25)+0.1^7))+1))

4.2 样品的二噁英折算质量浓度(单元格H27)

样品的折算质量浓度是该样品的17种二噁英同类物折算质量浓度之和，保留两位有效数字，单位为ng/Nm3。

函数设定为：=ROUND(SUM(H9:H25),2-(INT(LOG(SUM(H9:H25)+0.1^7))+1))

4.3 二噁英样品的TEQ质量浓度(单元格I27)

样品的TEQ质量浓度是该样品的17种二噁英同类物TEQ质量浓度之和，保留两位有效数字，单位为ng/Nm3。

函数设定为：=ROUND(SUM(I9:I25),2-(INT(LOG(SUM(I9:I25)+0.1^7))+1))

5 二噁英同类物回收率判定

二噁英回收率是否满足“HJ77.2-2008”标准要求，是反映样品在采样、净化和分析过程中样品的损失情况，是数据可靠性的重要保证，也是重要的质控措施。

通过对比表3，对样品中17种二噁英同类物的回收率数值(K9-K25)和37Cl-2378-TCDD(K26)回收率数值进行判定，判定结果合格为“PASS”,判定结果不合格为“NO PASS”,判定结果计入单元格N9-N26。

表3 二噁英回收率检测范围要求Tab.3 Dioxin recovery detection range requirements

续表3

函数设定为：

=IF(AND(L9

该公式所在单元格为 N9,为2378-TCDF回收率的判定结果公式。其余16种同类物和37Cl-2378-TCDD回收率的判定结果(单元格N10-N26)可通过Excel中对N9的下拉拖拽直接计算结果。

如果所有的回收率数值均在范围，则该样品回收率符合质控要求。样品判定结果计入单元格E6。

函数设定为：

=IF(AND(N9="PASS", N10="PASS", N11="PASS", N12="PASS", N13="PASS", N16="PASS", N17="PASS", N19="PASS", N20="PASS", N21="PASS", N22="PASS", N24="PASS", N25="PASS", N26="PASS","PASS","NOT PASS")

6 结 语

在二噁英废气数据处理中，通过二噁英废气数据进行有效的Excel函数化处理计算，将原来每个样品70余次的计算量及大量的修约处理简化为直接获得结果，并能告知分析人员结果是否达到指控要求。该方法的应用，可大大降低了计算量和错误率，提高了工作效率及数据处理的准确性，将分析人员从枯燥繁杂的数据处理中解放出来，也为下一步二噁英减排工作提供技术支撑。