β射线法大气颗粒物监测仪原理及常见故障分析

环境空气PM2.5和PM10自动监测相关问题分析【摘要】在公众对改善环境空气质量需求的推动下，大气细颗粒物PM2.5作为基本监测项目纳入《环境空气质量标准》（GB3095-2012），肇庆市已完成PM2.5的监测能力建设和实时发布。

根据2012年6月5日城市大气颗粒物（PM2.5和PM10）监测数据，出现了城市大气颗粒物（PM2.5和PM10）监测因为仪器方法技术局限而出现负值和“倒挂”（PM2.5监测浓度高于PM10）的现象，对该现象的研究分析对将来的自动监测工作极为重要。

【关键词】环境空气；PM2.5；PM10；负值；“倒挂”肇庆市已于2012年6月5日按照《环境空气质量标准》（GB3095-2012）在原有PM10监测和发布的基础上，增加了对PM2.5的监测分析和实时发布。

PM10是粒径小于等于10微米的颗粒物，也称为可吸入颗粒物。

PM2.5是直径小于等于2.5微米的颗粒物，也称为细颗粒物。

PM2.5是PM10的一部分。

在公众对改善环境空气质量需求的推动下，大气细颗粒物PM2.5作为基本监测项目纳入《环境空气质量标准》（GB3095-2012），肇庆市已完成PM2.5的监测能力建设和实时发布。

根据2012年6月5日以来城市大气颗粒物（PM2.5和PM10）监测数据，出现了城市大气颗粒物（PM2.5和PM10）监测因为仪器方法技术局限而出现负值和“倒挂”（PM2.5监测浓度高于PM10）的现象而影响数据实时发布的问题，在此对该问题进行分析探讨。

就目前肇庆市环境空气自动监测设备而言，主要为β射线方法和微量振荡天平方法的仪器，出现小时值为负值的现象通常见于微量振荡天平方法仪器。

微量振荡天平方法仪器是基于石英振荡杆上的膜片负重改变而导致振荡频率变化的原理来测量颗粒物的质量浓度。

正常情况下采样的颗粒物在膜片上是逐渐增加以及振荡频率变慢的变化过程，由膜片称重增量反映相关频率的降低变化与采样流量即可计算获得相应采样时段内的颗粒物浓度。

光散射式粉尘测试仪优缺点分析及工作原理
粉尘，是指悬浮在空气中的固体微粒。

习惯上对粉尘有许多名称，如灰尘、尘埃、烟尘、矿尘、砂尘、粉末等，这些名词没有明显的界限。

粉尘检测仪简称粉尘仪，也叫粉尘测量仪或粉尘测试仪，主要用于检测环境空气中的粉尘浓
射线衰减分析法(BAM，直接试)
压电微量天平法(Piezobalance)
扩散式采样(被动采样，称重法)
级联式多级采样(撞击，称重或计数法)
几种检测技术的比对：
光散射法Array检测原理
根据梅氏理论(Dr.
Gustav MieJ 即球状颗粒物的散射理论。

当光束被照到认为是球体的颗粒时，会产生光的散射及吸收现象。

对于数量级与使用光波长相等或较大的颗粒，光散射是光能衰减的主要形式。

对于某个颗粒来说，如不存在多次散射，则散射光与颗粒大小
浓度有关。

通过测量散射光强度，经过转换求得粉尘质量浓度。

光散射颗粒物检测仪包括粒径切割器、光源、集光镜、传感器、放大器、分析电路、显示器、抽气泵等，当颗粒物经抽气泵以特定流量通过粒径切割器后进入光学室，由光源发出的光线照射在颗粒物上产生散射，此散射光通过集光镜到达传感器上，传感器把感受到的信号转换成电信号，经过放大和分析电路，可以计算脉冲
现场直接读取浓度数值(实时浓度、平均浓度、TWA、STEL)
价格便宜，耗材少，维护成本低。

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β-ray测厚原理β-射线测厚是一种常用的无损测量技术，用于测量材料的厚度。

本文将介绍β-射线测厚的原理及其应用。

一、β-射线的特性β-射线是一种高速电子或正电子，具有较强的穿透能力。

它们可以通过物质中的原子核发射出来，速度接近光速。

β-射线的能量较高，可以穿透一定厚度的物质。

二、β-射线测厚原理β-射线测厚利用β-射线的穿透能力来测量材料的厚度。

当β-射线穿过材料时，其强度会随着材料的厚度增加而减小。

通过测量β-射线的衰减程度，可以推算出材料的厚度。

三、β-射线测厚仪器β-射线测厚仪器由β-射线源、探测器和显示器组成。

β-射线源通常是放射性同位素，如铯-137或钴-60。

探测器用于测量β-射线的强度，常见的探测器有Geiger-Muller计数管和半导体探测器。

显示器用于显示测量结果，一般为数字显示或模拟指针。

四、β-射线测厚的应用β-射线测厚广泛应用于工业领域，特别是在金属加工和建筑材料中。

以下是一些应用示例：1. 金属板材测厚：在金属加工中，需要对金属板的厚度进行测量，以确保产品质量。

β-射线测厚可以准确快速地测量金属板的厚度，无需破坏样品。

2. 涂层测厚：在涂装工艺中，需要对涂层的厚度进行控制，以确保涂层的质量和性能。

β-射线测厚可以非破坏性地测量涂层的厚度，从而控制涂装质量。

3. 管道壁厚测量：在石油化工等行业，管道的壁厚是关键参数之一。

β-射线测厚可以通过管道外壁测量管道的壁厚，无需拆卸管道，为管道的维护和安全提供了便利。

4. 建筑材料测厚：在建筑工程中，需要对混凝土、砖块等材料的厚度进行测量。

β-射线测厚可以准确测量这些材料的厚度，用于质量控制和结构安全评估。

五、β-射线测厚的优势β-射线测厚具有以下优势：1. 非破坏性测量：β-射线测厚可以在不破坏材料的情况下进行测量，避免了样品的损坏。

2. 快速高效：β-射线测厚仪器操作简单，测量速度快，可以在短时间内完成测量。

3. 准确可靠：β-射线测厚具有较高的测量精度和重复性，可靠性较高。

明华mh3300说明书MH3300型烟气颗粒物浓度测试仪（烟尘直读仪）采用β射线吸收法，实现固定污染源烟气排放中颗粒物浓度现场测量的便携式颗粒物浓度测试仪器。

该仪器以β射线吸收法为质量测量基本原理，采用国标规定的烟气等速跟踪或定流量采样方法，具有测量精度高，使用方便等特点，不受颗粒物大小、颜色、燃料特性等特性影响，特别适用于烟气低浓度排放颗粒物浓度的现场测量。

主要特点1.采用β射线吸收法，不受颗粒物大小、颜色、燃料等特性影响；2.极高的检出限，解决超低排放，浓度低于5mgm3颗粒物浓度的检测要求；可以满足超净排放，浓度低于1mgm3颗粒物浓度的监测要求；亦可以作为便携式颗粒物自动连续监测使用，作为在线颗粒物CEMS的比对校准。

3.采样管全程加热且温度可调，彻底解决烟气湿度对测量结果的影响。

4.采样管采用钛合金材料设计，耐腐蚀，重量轻；采用高光洁度内采样管，极大减少颗粒物的吸附。

5.采样管可拆卸设计，方便现场携带使用，亦可满足不同的采样条件。

6.具有ZG技术的滤带传动检测技术，整卷滤膜可满足几十次测量。

7.采样位置和检测位置各自独立，解决了温度、压力等因素的影响。

8.采用标准膜校准，方便准确。

9.采用安全、稳定的C14放射源，满足国家豁免标准。

10.闪烁计数检测方式，测量精度高。

11.断电保护、来电自动恢复，记录实时数据、历史数据。

12.高负载采样泵，可轻松克服烟道负压。

13.有防静电措施，避免现场静电干扰。

执行标准1.GBT161571996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》。

2.HJT3972007《固定源废气监测技术规范》。

3.HJ752017《固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测技术规范》。

固定污染源废气低浓度颗粒物的测定β射线法1 适用范围本标准规定了测定固定污染源废气中低浓度颗粒物的β射线法。

本标准适用于固定污染源废气中低浓度颗粒物（≤50 mg/m3）的测定。

当采样体积为1 m3（标干体积）时，方法检出限为0.1 mg/m3。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 16157 固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法HJ/T 48 烟尘采样器技术条件HJ/T 397 固定源废气监测技术规范HJ 836 固定污染源废气低浓度颗粒物的测定重量法3 术语和定义3.1 β射线 beta-ray放射性元素核衰变过程中发出的电子流。

注：β射线源可以使用147Pm、14C 或85Kr 等放射源。

3.2 烟道外过滤 out-stack filtration在烟道内对颗粒物进行等速采样，并将颗粒物截留在位于烟道外的过滤介质上的方法。

4 方法原理将具有加热/制冷功能的颗粒物采样管由采样孔插入烟道中，利用等速采样方法抽取一定量的含颗粒物的废气，采用烟道外过滤的方式，颗粒物被截留在捕集材料上。

β射线通过滤膜时，能量发生衰减，通过对衰减量的测定计算出颗粒物的质量。

β射线衰减量与颗粒物的质量遵循以下吸收定律：N = N0·e-km （1）式中：N——单位时间内通过滤膜的β射线量；N0——单位时间内发射的β射线量；k——单位质量吸收系数，cm2/mg；m——单位面积颗粒物质量，mg/cm2。

颗粒物质量经如下方法测得：步骤1：空白滤膜的测定N1=N0·e-km0 （2）步骤2：颗粒物截留后滤膜的测定N2=N0·e-k(m0+Δm) （3）合并式（2）和（3）得：N1=N2·e kΔm （4）或Δm=1k ln N1N2（5）式中：N1——单位时间内通过空白滤膜的β射线量；N2——单位时间内通过颗粒物截留后滤膜的β射线量；m0——单位面积空白滤膜的本底颗粒物质量，mg/cm2；△m——单位面积滤膜上截留的颗粒物质量，mg/cm2。

《我国典型地区大气颗粒物测量技术、粒径分布及长期变化趋势》篇一一、引言大气颗粒物是指在大气中悬浮的各种固体和液体颗粒，对环境、气候、生态以及人类健康等都具有重要的影响。

因此，研究大气颗粒物的测量技术、粒径分布以及长期变化趋势具有重要的意义。

本文选取我国典型地区为研究对象，分析其大气颗粒物的测量技术、粒径分布以及长期变化趋势。

二、大气颗粒物测量技术（一）光散射法光散射法是目前较为常用的大气颗粒物测量方法之一。

其原理是利用激光束照射到大气颗粒物上，通过测量散射光强度来推算颗粒物的浓度和粒径分布。

该方法具有测量速度快、精度高、实时性强的优点。

（二）β射线吸收法β射线吸收法是通过测量β射线经过大气颗粒物后的吸收程度来推算颗粒物的浓度。

该方法具有灵敏度高、动态范围广的优点，适用于对高浓度颗粒物的测量。

（三）其他方法除了光散射法和β射线吸收法外，还有电子显微镜法、浊度计法等测量方法。

这些方法各有优缺点，根据不同的研究目的和实际需求，可选择合适的测量方法。

三、典型地区大气颗粒物粒径分布我国典型地区的大气颗粒物粒径分布受到地理位置、气候、人类活动等多种因素的影响。

一般来说，大气颗粒物的粒径分布呈现双峰或多峰特征，其中以PM2.5和PM10等细颗粒物为主要组成部分。

PM2.5是指粒径小于或等于 2.5微米的颗粒物，因其粒径小、质量轻，易于在大气中长时间悬浮，对环境和人体健康的影响尤为严重。

而PM10则包括更大粒径的颗粒物，同样具有不可忽视的危害。

四、长期变化趋势（一）总体趋势近年来，随着工业化和城市化的快速发展，我国典型地区的大气颗粒物浓度呈现上升趋势。

然而，随着政府对环境保护的重视和采取的系列措施，如大气污染防治行动计划的实施，大气颗粒物的浓度也呈现出逐步下降的趋势。

这表明我国的环保政策已初见成效。

（二）具体原因分析1. 自然因素：气候、地形等自然因素对大气颗粒物的浓度和分布具有重要影响。

例如，风力、降水等气象条件有助于大气颗粒物的扩散和沉降。

扬尘是建筑拆迁，道路施工，材料运输等施工过程的必然产物，这些颗粒物中的部
分受重力的作用沉降到地面、道路、建筑物等可以容纳的地方，它们在自然力或人类活
动等的影响下会再次或多次进入环境空气中形成扬尘，对空气造成严重污染。

扬尘监测仪是治理扬尘最有效的手段，能够对颗粒物PM2.5、PM10浓度进行连
续监测，可通过联动雾炮、塔喷等设施通过喷水在扬尘区形成雾区进行除尘降尘，从源
头上降低颗粒物的产生，能够有效控制建筑扬尘对大气环境的污染。

目前，扬尘监测仪对颗粒物PM2.5和PM10浓度的监测方法主要有激光散射法，
β射线法和震荡天平法三种：

（1）激光散射法：
当光照射在空气中悬浮的粒子上时，产生光散射。在光学系统和粉尘性质一定的条
件下，散射光强度与粉尘浓度成比例。光散射法测定空气中的粉尘浓度是通过测量散射
光强度，经过转换求得粉尘质量浓度的方法。

（2）β射线法：
β射线穿过待测定物质后，其强度衰减程度仅与被穿透物质的质量有关，而与其物
理、化学性能无关。当仪器按规定流量抽取空气样品，气体通过带状滤纸过滤，使粉尘
集中到该滤纸上，捕集前和捕集后的滤纸经β射线照射并测定透过滤纸的β射线强度，
便能间接测出附在滤纸上的粉尘质量。
（3）振荡天平法：
锥形元件于其自然频率下振荡，振荡频率由振荡器件的物理特性、参加振荡的滤膜
质量和沉积在滤膜上的颗粒物质量决定。仪器通过采样泵和质量流量计，使环境空气以
一恒定的流量通过采样滤膜，颗粒物则沉积在滤膜上。测量出一定间隔时间前后的两个
振荡频率，就能计算出在这一段时间里收集在滤膜上颗粒物的质量，再除以流过滤膜的
空气的总体积，得到这段时间内空气中颗粒物的平均浓度。

可吸入颗粒的自动检测化学1201 41266014林晓海可吸入颗粒物通常指粒径在10微米以下的颗粒物，又称为PM10。

可吸入颗粒物可以被人体吸入，沉积在呼吸道、肺泡等部位从而引发疾病。

颗粒物的直径越小，进入呼吸道的部位越深。

10微米直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，5微米直径的可进入呼吸道的深部，2微米以下的可深入到细支气管和肺泡。

可吸入颗粒物是在环境空气中长期飘浮的悬浮微粒，对大气能见度影响很大。

可吸入颗粒物通常来自在未铺沥青、水泥的路面上行使的机动车、材料的破碎碾磨处理过程以及被风扬起的尘土。

可吸入尘同时在大气中还可为化学反应提供反应床，是气溶胶化学中研究的重点对象，已被定为空气质量监测的一个重要指标。

常用的监测仪器有：β射线检测仪、压电晶振法检测仪、光散射型检测仪和锥震微天平法检测仪。

1. β射线检测仪在空气质量自动监测系统中，常用β射线检测仪监测颗粒物，其原理是根据射线衰减大小作相关性浓度测量；通过分别测量未采颗粒物滤带和采颗粒物滤带对β射线吸收程度的差异来测量空气中颗粒物量。

2. 压电晶振法检测仪压电晶振法检测仪的核心部分是静电采样室，它由高压放电针、石英谐振器及电极组成。

空气中的颗粒物因高压电晕放电作用而带上负电荷，它被带有正电荷的石英振荡器电极表面吸引放电并沉积在其表面上，尘量增加使振荡频率降低，频率降低程度与尘量成正比，这就是晶振荡检测原理。

缺点是是需要定期清洗石英振荡器的电极，颗粒物采集率不稳定。

3. 光散射型检测仪光散射型检测仪主要依据光经空气中颗粒物的侧向散射原理，具有测量速度快、适应性好及容易实现自动测量等特点。

缺点是精度不高，一般为 0.01mg/m3。

目前这类仪器主要用于烟尘（污染源）的测量，受颗粒物的粒径影响大，直接检测环境空气的颗粒物浓度尚未成熟。

但也有用于公共场所测量空气颗粒物浓度的报道。

其计数式的检测仪可以测定颗粒物的大小和个数，主要用于有特殊要求的环境空气检测（如超净工作室）。

激光粒度仪常见故障维修处理方法激光粒度仪是一种常用的粒度分析仪器，广泛应用于颗粒物料的粒度分布测量。

然而，由于长时间使用或操作不当，激光粒度仪可能会出现一些常见故障。

本文将介绍一些常见的故障及其维修处理方法，以帮助用户解决问题。

一、仪器无法启动当激光粒度仪无法启动时，首先需要检查电源是否连接正常，电源线是否损坏。

如果电源连接正常，可以尝试更换电源线进行测试。

如果问题仍然存在，可能是仪器内部的电路故障，建议联系售后服务进行维修。

二、仪器显示异常或无法显示如果激光粒度仪的显示屏异常或无法显示，可以先尝试重新启动仪器，看是否能够解决问题。

如果问题仍然存在，可能是显示屏本身故障或者与主控板之间的连接问题。

建议联系售后服务进行维修或更换显示屏。

三、测量结果异常当激光粒度仪的测量结果异常时，首先需要检查样品的准备是否正确。

确保样品没有污染或受到外界干扰。

其次，可以尝试重新校准仪器，以确保测量结果的准确性。

如果问题仍然存在，可能是激光器或光学系统出现故障，建议联系售后服务进行维修。

四、仪器噪声过大当激光粒度仪的噪声过大时，可能是激光器或光学系统存在问题。

可以尝试清洁光学元件，以消除可能的污染。

如果问题仍然存在，可能是激光器老化或光学元件损坏，建议联系售后服务进行维修或更换部件。

五、仪器无法连接电脑或数据传输异常如果激光粒度仪无法连接电脑或数据传输异常，首先需要检查连接线是否连接正确，是否损坏。

可以尝试更换连接线进行测试。

如果问题仍然存在，可能是仪器的通讯接口故障，建议联系售后服务进行维修。

六、其他故障除了上述常见故障外，激光粒度仪还可能出现其他故障，如温度过高、激光功率不稳定等。

对于这些故障，建议联系售后服务进行维修，以确保仪器的正常运行。

激光粒度仪常见故障的维修处理方法包括检查电源连接、更换电源线、重新启动仪器、联系售后服务进行维修或更换部件等。

在使用激光粒度仪时，用户应注意正确操作，定期进行维护保养，以延长仪器的使用寿命并确保测量结果的准确性。

大气中TSP的采样与测定TSP的定义：指漂浮在空气中的固体（粉尘、煤烟）和液体（雾霾）颗粒物的总称，其粒径范围为0.1-100μm（1*10-6m) 试验方法：①滤膜捕集——重量法②TEOM微量振荡天平测尘仪法③β-射线衰减TSP测尘仪法重量法：用抽气仪器抽取一定体积的空气通过滤膜，则空气中的悬浮颗粒物被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜质量之差，即可计算TSP的质量浓度。

一．实验目的1.了解TSP采样器的构造及工作原理2.掌握重量法测定空气中悬浮颗粒物TSP的基本技术及采样方法二．实验原理通过采样器以恒速抽取一定体积的空气，空气中粒径大于100μm的颗粒物被除去，小于100μm的悬浮颗粒物被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜质量之差，计算TSP的质量浓度。

三．实验仪器小流量TSP采样器滤膜（超细玻璃纤维滤膜）分析天平镊子四．实验步骤1.准备：用光照（灯光、手机灯）检查滤膜，不得有针孔或任何缺陷。

然后立即称量，精确到0.1㎎，并记下滤膜重量W 0。

2.采样：打开采样头顶盖，取下滤膜夹，将称量过的滤膜绒面向上，平放在支持网上，放上滤膜夹，再安好采样头顶盖，并设定采样流量Q N ,开始采样，并记下采样时间。

样品采好后，取下采样头，用镊子轻轻取出滤膜，绒面向里对折，若发现滤膜有损坏，需重新采样。

3.称量：将采样后的滤膜立即用分析天平称量，精确到0.1㎎，记下滤膜重量W 1。

五．数据记录与处理 采样时间（min) 现场采样流量（L/min) 滤膜重量（g ）TSP 浓度（μg/m 3)采样前 采样后 重量计算公式：C(总悬浮颗粒物）（μg/m 3)=t)(k 01⋅-N Q W W W 0-----采样前滤膜的质量（g ）W 1-----采样后滤膜的质量（g ）t--------累计采样时间（min ）Q N -----现场采样流量（L/minK------常数（k=1*109）。