关于重量法和β射线吸收原理测量可吸入颗粒物
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空气中的PM2。
5检测技术目前世界上流行的颗粒物自动监测美国联邦等效方法设备技术主要以:振荡天平技术、Beta射线技术、Beta射线光浊度技术和光散射技术为主。
在中国的PM10颗粒物监测中大量采用了振荡天平和Beta射线技术的自动监测设备,以这两项技术为基础开发的PM2.5颗粒物监测仪也已进入中国的环境监测领域.一、振荡天平法振荡天平技术是在上世纪80年代,由美国R&P公司应用于环境颗粒物自动监测领域。
在仪器中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定另一端装有滤膜的空心锥形玻璃管,样品气流通过滤膜,颗粒物被收集在滤膜上。
在工作时空心锥形玻璃管是处于往复振荡的状态,它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生改变,仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物的质量,然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。
一台符合美国环保署要求,获得美国联邦等效方法号的振荡天平法PM2。
5颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2。
5切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成。
流量为每小时1立方米的环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后成为符合技术要求的PM2。
5颗粒物样品气体.来自于PM2.5切割器的PM2。
5样品气体进入膜动态测量系统后首先会经过干燥器,在那里样品的相对湿度降到一定的程度,随后样品气体会根据系统切换阀的状态流向不同的部件.在测量的第一时段,PM2。
5样品会直接到达微量振荡传感器,样品中的颗粒物被收集在滤膜上,当第一时段结束时仪器可测得滤膜上的颗粒物的质量,计算出样品的质量浓度;在测量的第二时段,系统切换阀将PM2.5样品气样导入滤膜动态测量系统的冷凝器,样品气体中的颗粒物和有机物等组分被冷凝并被安装在那里的过滤器截留,通过冷凝器之后的纯净气体再进入微量振荡传感器,由于此时气样中不含颗粒物,因此传感器上的滤膜不会增重,反而因滤膜上的已收集颗粒物中的挥发性或半挥发性颗粒物的持续挥发,而造成滤膜上已收集颗粒物的质量减少,在第二时段结束时仪器可测得测量周期内挥发掉的颗粒物的质量和浓度。
实验一环境空气中悬浮颗粒物浓度的测定——重量法(一)实验意义及目的环境空气中悬浮颗粒物(如TSP、PM10、PM2.5等)是一种常规的污染物,目前我国许多城市的大气首要污染物为可吸入颗粒物(PM10),它们对人体健康、植被生态和能见度等都有着非常重要的直接和间接影响。
因此,对这类污染物的浓度进行测定是大气环境污染研究中一项重要的工作。
本实验在校园中以及附近的工作区、公路旁进行采样分析。
通过本实验,达到掌握重量法测定大气中悬浮颗粒物(如TSP、PM10)浓度的目的。
(二)实验原理通过具有一定切割特性的采样器,以恒速抽取一定体积的空气,空气中某一粒径范围的悬浮颗粒物被截留在已恒重的滤膜上。
根据采样前、后滤膜质量之差及采样体积,计算总悬浮颗粒物的浓度。
滤膜经处理后,可再进行组分分析。
本方法适合于大流量或中流量悬浮颗粒物的测定。
方法的检测限为0.001mg/m3。
悬浮颗粒物含量过高或雾天采样使滤膜阻力大于10KPa时,本方法不适用。
(三)实验仪器和材料(1)大流量或中流量采样器:1台,应按HYQ1.1—89,《总悬浮颗粒物采样器技术要求(暂行)》的规定。
(2)大流量孔口流量计:1个,量程0.7~1.4m3/min,流量分辨率0.01m3/min,精度优于±2%。
(3)中流量孔口流量计:1个,量程70~160L/min,流量分辨率1L/min,精度优于±2%。
(4)U形管压差计:1个,最小刻度0.1hPa(5)X光看片机:1台,用于检查滤膜有无缺损。
(6)打号机:1台,用于在滤膜及滤膜袋上打号。
(7)镊子:1个,用于夹取滤膜。
(8)超细玻璃纤维滤膜:10片,对0.3μm标准粒子的截留不低于99%,在气流速度为0.45m/s时,单张滤膜阻力不大于3.5KPa,,在同样气流速度下,抽取经高效过滤器净化的空气5 h,1cm2滤摸失重不大于0.012mg。
(9)滤膜袋:10个,用于存放采样后对折的采尘滤膜,袋面印有编号、采样日期、采样地点、采样人等项栏目。
烟尘多参数直读采样管β射线吸收称重原理大家好,今天我们来聊聊一种有趣的设备——烟尘多参数直读采样管。
听到这个名字,可能让你觉得有点儿“科学怪人”的感觉,对吧?但别担心,我会用最简单的方式,带你搞明白这个神奇的东西到底是怎么工作的。
1. 什么是烟尘多参数直读采样管?首先,我们得搞清楚“烟尘多参数直读采样管”是什么。
咱们平时在街上看到的那种冒烟的工厂,或者是汽车排出的废气,都有可能含有各种各样的细小颗粒,这些颗粒就是烟尘。
烟尘不仅影响空气质量,还对我们的健康有害。
所以,我们需要一种设备来测量这些颗粒物的含量,这就是烟尘多参数直读采样管的用武之地啦。
2. 这个管子是怎么工作的呢?好啦,接下来我们来揭开烟尘多参数直读采样管的神秘面纱。
这个小家伙主要靠两种原理来搞事情:β射线吸收和称重。
听起来有点儿复杂,但我来把它们拆解开来讲讲。
2.1. β射线吸收原理咱们先说说β射线吸收原理。
简单来说,β射线就是一种射线,就像那种在电视上看到的X光一样,不过它比X光要温柔点儿。
这个射线通过烟尘管子的时候,会被烟尘颗粒吸收掉一些。
这就好比你用手挡住了从窗外射进来的阳光。
烟尘颗粒越多,吸收的β射线也就越多。
于是,仪器就能根据这些数据来计算出空气中烟尘的浓度。
2.2. 称重原理接下来的称重原理就像是给烟尘上秤一样。
烟尘会被收集到一个小的过滤器上,然后通过精密的仪器称量这些颗粒的重量。
想象一下,你把一勺面粉放到秤上称重,这就是称重原理在做的事儿。
通过这种方法,仪器可以得知烟尘的实际质量,再结合其他参数,给出一个综合的结果。
3. 这些原理的结合有什么好处?将β射线吸收和称重原理结合起来使用,有点像是“鸡蛋里挑骨头”。
通过这两种方法,仪器不仅能给出烟尘的浓度,还能准确测量烟尘的质量。
这就像你做一道菜,不仅要看它的颜色,还要尝尝味道。
这样,数据就更全面、更精准了。
3.1. 多参数的优势用这个设备,你可以同时测量不同种类的烟尘,了解它们的成分和浓度。
PM2.5知识简介及其检测技术化学系2012级摘要:PM2.5是环境污染的一项指标,随着近期在中国各地持续发生的严重的雾霾现象逐渐走进公众视眼,引起了人们的广泛关注。
本文主要是对PM2.5的相关知识做些科普性介绍并说明相关的检测原理,以增加普通人对PM2.5数据后的客观认识。
关键词:PM2.5 雾霾检测技术重量法微量振荡天平法Beta 射线法/β射线法一、什么是PM2.5?PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物,也称为可入肺颗粒物。
它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。
虽然PM2.5只是大气成分中含量很少的组分,但它对空气质量和能见度等有重要的影响。
与较大的大气颗粒物相比,PM2.5粒径小,富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
2012年2月,国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》增加了PM2.5监测指标。
PM,英文全称为particulate matter(颗粒物)。
科学家用PM2.5表示每立方米空气中这种颗粒的含量,这个值越高,就代表空气污染越严重。
可吸入颗粒物又称为PM10,指直径大于2.5微米、等于或小于10微米,可以进入人的呼吸系统的颗粒物;总悬浮颗粒物也称为PM100,即直径小于或等于100微米的颗粒物二、PM2.5的来源PM2.5来源广泛、成因复杂,主要为人为排放,包括燃煤、烧秸秆、烧烤、机动车出行、餐饮油烟、建筑施工扬尘、喷涂喷漆装修等,都会为增加PM2.5做“贡献”,一些排放出的气体发生化学反应也会转化成PM2.5。
PM2.5还有自然来源,包括风扬尘土、火山灰、森林火灾等。
PM2.5相比PM10,二者来源基本相同,但PM2.5中二次颗粒物所占比例较大。
北京市环保局表示,发达国家发展过程中分阶段出现的煤烟污染、机动车尾气污染等问题,在北京近些年集中显现。
研究表明,北京PM2.5约60%来源于燃煤、机动车燃油、工业使用燃料等燃烧过程,23%来源于扬尘,17%来源于溶剂使用及其他。
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。
β射线法大气颗粒物监测仪工作原理及日常维护作者:司方坤马前进王驷鹞来源:《农业开发与装备》 2016年第3期司方坤,马前进,王驷鹞(唐山市气象局,河北唐山 063000)摘要:近年来,基于β射线法的大气颗粒物监测仪在环境空气自动监测领域得到了广泛的应用。
β射线法的大气颗粒物监测仪是可测量大气中吸入肺颗粒物(PM2.5和PM10)浓度的专用仪器,用户可以交互设置参数进行连续在线测量。
介绍了β射线法大气颗粒物监测仪的工作原理和日常维护方法,以期对装备保障人员提供借鉴。
关键词:β射线法;大气颗粒物监测仪;日常维护1 组成及原理1.1 工作原理β射线法大气颗粒物监测仪利用β射线作为辐射源,抽气泵对大气进行采样,在采样时监测仪实时监控抽气的流量,大气中的悬浮颗粒被吸附在β源和闪烁体探测器之间的滤纸表面,抽气前后闪烁体探测器计数值的改变反映了滤纸上吸附灰尘的质量,根据采样体积换算为单位体积空气中悬浮颗粒的浓度。
β射线法的大气颗粒物监测仪根据β射线吸收原理设计,β射线是一种高速电子流,高能量的粒子由14C发射出来碰到尘粒子时,能量减退或被粒子吸收。
β射线强度一定时,被吸收量大小只与吸收物质的质量有关,与吸收物质的物化特性无关。
物质放置在发射源14C和监测β射线的装置中间,β射线被吸收则能量衰减,从而导致监测到的β粒子的数量减少。
1.2 仪器组成β射线法的大气颗粒物监测仪由三个基本的部件组成:仪器主机、切割头以及采样系统。
1.2.1 仪器主机:仪器主机面板有显示屏和按键,实现人机交互功能。
内部集成有采样系统、机械传动控制、信号检测与数据处理、数据传输系统等。
1.2.2 切割器:切割器是根据空气动力学原理设计的,用于分离不同直径的颗粒物(PM2.5和PM10),切割器切割效率的有效流量为16.67L/min。
根据颗粒物大小的不同,切割器又可分为TSP切割器、PM10切割器、PM5切割器、PM2.5切割器等。
PM10切割器采用冲击式切割原理,50%的切割粒径10μm±0.5μm空气动力学直径;PM2.5切割器采用旋风式切割原理,50%的切割粒径2.5μm±0.2μm空气动力学直径。
pm2.5监测原理一、重量法我国目前对大气颗粒物的测定主要采用重量法。
其原理是分别通过一定切割特征的采样器,以恒速抽取定量体积空气,使环境空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上,根据采样前后滤膜的质量差和采样体积,计算出PM2.5和PM10的浓度。
必须注意的是,计量颗粒物的单位ug/m3中分母的体积应该是标准状况下(0℃、101.3kPa)的体积,对实测温度、压力下的体积均应换算成标准状况下的体积。
环境空气监测中采样环境及采样频率要按照HJ.T194的要求执行。
PM10连续自动监测仪的采样切割装置一般设计成旋风式,它在规定的流量下,对空气中10um粒径的颗粒物具有50%的采集效率、以下为其技术性能指标表。
二、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,在其振荡端安装可更换的滤膜,振荡频率取决于锥形管特征和其质量。
当采样气流通过滤膜,其中的颗粒物沉积在滤膜上,滤膜的质量变化导致振荡频率的变化,通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量,再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志的质量浓度。
微量振荡天平法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成。
流量为1m3/h环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后,成为符合技术要求的颗粒物样品气体。
样品随后进入配置有滤膜动态测量系统(FDMS)的微量振荡天平法监测仪主机,在主机中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定,另一端装有滤膜的空心锥形管,样品气流通过滤膜,颗粒物被收集在滤膜上。
在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态,它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生变化,仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物质量,然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。
三、Beta射线法/β射线法Beta射线仪则是利用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便可计算出颗粒物的浓度。
应用技术空气中可吸入颗粒物的检测方法探究邵剑明(浙江中一检测研究院股份有限公司,浙江宁波315042)摘要:当前可吸入颗粒物已成为我国城市空气的首要污染物,对其防治不仅是保障城市健康发展的环境问题,而且是影响公共安全的社会问题。
本文针对空气中可吸入颗粒物的危害、来源进行了分析,并探讨了几种常见空气中可吸入颗粒物检测方法了应用,介绍了具体的优势与不足,希望可以为空气中可吸入颗粒物的检测提供新思路。
关键词:空气可吸入颗粒物;危害;来源;检测技术中图分类号:X830.2 文献标识码:A文章编号:2095-672X(2017)06-0095-02D〇I:10.16647/15-1369/X.2017.06.061Study on the detection method of inhalable particulate matter in airShao Jianming{Zhejiang Zhongyi Testing Research Institute Co., Ltd., Ningbo Zhejiang 315042, China)Abstract:The current respirable particulate matter has become the primary pollutant of urban air in China.Its prevention and control is not only the environmental problem of protecting the healthy development of the city,but also the social problems that affect public safety.In this paper,the hazards and sources of respirable particulate matter in the air were analyzed,and the application of the method for the detection of respirable particulate matter in several common air was discussed.The advantages and disadvantages were introduced.It was hoped that the detection of respirable particulate matter in air could be provided New ideas.Key words:Air respirable particulate matter;Hazard;Source;Detection technology在人们物质水平的提升下,对于环境保护工作的要求日益严格,越来越多的人,意识到了空气中可吸入颗粒物的危害。
PM2.5检测方法医药化工学院化学工程与工艺学生: XXX 学号: XXX 讲课老师: XX摘要: 伴随工业发展, 机动车辆增多, 污染物排放和大气颗粒物大量增加, 直接造成了大气能见度降低, 使得整个城市看起来灰蒙蒙一片。
研究表明, 大气颗粒物中PM2.5是能见度降低关键原因。
本文就PM2.5定义、危害、监测技术、相关标准, 以及防治手段等进行了介绍。
关键词: PM2.5; 重量法; β射线吸收法; 微量振荡天平法1、引言在空气动力学和环境气象学中, 颗粒物是按直径大小来分类, 粒径小于100微米称为TSP(TotalSuspendedParticle), 即总悬浮物颗粒; 粒径小于10微米称为PM10(PM 为ParticulateMatter缩写), 即可吸入颗粒物; 粒径小于2.5微米称为PM2 .5, 即可入肺颗粒物, 它直径仅相当于人头发丝粗细1/20。
即使PM2.5只是地球大气成份中含量极少组分, 但它与较粗大气颗粒物相比, 粒径小, 富含大量有毒、有害物质且在大气中停留时间长、输送距离远, 所以对人体健康和大气环境质量影响更大。
大气颗粒物分类及分析方法:空气中漂浮着多种大小颗粒物, PM2.5是其中较细小那部分。
要想测定PM2.5浓度, 需要分两步走: 第一步: 把PM2.5与较大颗粒物分离; 第二步: 测定分离出来PM2.5重量。
现在, 各国环境保护部门广泛采取PM2.5测定方法有三种: 重量法、β射线吸收法和微量振荡天平法。
这三种方法第一步是一样, 区分在于第二步。
2、重量法中国现在对大气颗粒物测定关键采取重量法。
其原理是分别经过一定切割特征采样器, 以恒速抽取定量体积空气, 使环境空气中PM2.5和PM10被截留在已知质量滤膜上, 依据采样前后滤膜质量差和采样体积, 计算PM2.5和PM10浓度。
必需注意是, 计量颗粒物单位ug/m3中分母体积应该是标准情况下(0℃、101.3kPa)体积, 对实测温度、压力下体积均应换算成标准情况下体积。
名词解释1.环境监测:就是通过对影响环境质量因素的代表值的测定,确定环境质量(或污染程度)及其变化趋势。
是环境科学的一个重要分支学科。
2.水体自净:水体能够在其环境容量的范围内,经过水体的物理、化学和生物的作用,使排入污染物质的浓度和毒性随时间的推移,在向下游流动的过程中自然降低,称之为水体的自净作用。
也可简单地说,水体受到污染后,靠自然能力逐渐变洁的过程称为水体的自净。
3.混合水样:分为等时混合水样和等比例混合水样等时混合水样:指某一时段内,在同一采样点按等时间间隔所采集的等体积瞬时水样混合后的水样,适用于某一时段平均浓度,不适应于被测组分在贮存过程中发生明显变化的水样。
等比例混合水样:只某一时段内,在同一采样点所采水样量随时间或流量成比例变化的混合水样,即在不同时间依照流量大小按比例采集的混合水样。
适用于流量和污染物浓度不稳定的水样。
4.COD:化学需氧量。
指在一定条件下,氧化1L水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量,一氧的质量浓度(以mg/l为单位)表示。
COD反映了水中受还原性物质污染的程度。
测COD的标准方法是重铬酸钾法。
5.静态配气法:静态配气法是把一定量的气态或蒸汽态的原料气加入已知容积的容器中,再充入稀释气体,混匀制得。
6.飘尘:粒径小于10μm的浮游微粒。
其含量是评价大气污染对人体健康影响的重要指标。
7.土壤背景值:未受人类污染影响的自然环境中化学元素和化合物的含量,称之为土壤背景值。
8.等效连续A声级:在规定的时间内某一连续稳态声的A[计权]声压具有与时间变化的噪声相同的均方A[计权]声压级,则这一连续稳态声的声级就是此时间变化噪声的等效声级。
9.基体效应:由于机体组成不同,因物理、化学性质差异而给实际测定带来的误差。
10.拮抗作用:两种化学药剂作用于生物机体时,一种化学药剂干扰另一种药剂的毒效,或彼此互相干扰对方的毒效,使总体毒效下降的现象。
11.等速采样法:等速采样就是使采样嘴口的采样速度与烟道内烟气的流速相等,过大或过小的采样速度都是对烟气流动场的破坏,使测量的烟尘浓度失准。
β射线法监测总悬浮颗粒物TSP是总悬浮颗粒物简称,是指能悬浮在空气中,空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物,主要来源于天然及人为,如:海洋、泥土、车辆废气、工业活动等。
越细小的颗粒物对人体的伤害越大,粒径超过10μm的颗粒物,会随着气流附着皮肤或眼睛,导致皮肤炎和眼结膜炎问题出现。
而粒径小于10μm的,可以随人的呼吸趁机肺部,损伤肺泡和粘膜,导致肺心病、慢性支气管炎等系列病变。
目前TSP在我国的污染区域主要分布在:西北、华北、中原和四川东部。
为了更快、更精准的监测TSP污染物,国内普遍采用β射线吸收原理的扬尘浓度监测仪对TSP进行有效监测。
仪器利用β射线作为辐射源,利用采样泵对大气进行采样,在采样时监测仪实时监控抽气的流量,大气中的悬浮颗粒被吸附在β源和闪烁体探测器之间的滤纸表面,根据强度恒定的β射线源在粉尘采集前后β射线被吸收的变化量计算TSP质量浓度。
市面上现有安装的扬尘浓度监测仪通常采用光散射原理,虽然此类监测仪器成本低,也可监测扬尘浓度,但会受到多种因素影响,如:颗粒物形状、粒径分布、化学组分和环境湿度等因素,而β射线法扬尘在线监测仪则可以弥补光散射的不足。
虽然β射线法扬尘在线监测仪市场价格较高,但其具备光散射法所不具备的特性,即高准确性、高执行性以及高稳定性。
目前β射线法属于国标法监测原理,各地区文件要求认可性更高,且设备监测数据稳定可靠,具备温湿联控系统,可有效除去湿度对测量数据的影响,还可配置不同切割器,实现对TSP质量浓度的实时在线监测。
因此β射线法扬尘监测设备的单一监测可以得到TSP 浓度24小时连续高效、准确的在线监测数据。
智易时代多年致力于扬尘监测环境研究,现已成功研发ZWIN-YCB06β射线法扬尘在线监测仪(有空调型、常规型及便携型),已在北京、天津、河北、河南、广州等多地成功安装。
安装案例:。
实验报告课程名称:环境监测实验实验类型:综合实验实验项目名称:环境空气中颗粒物的测定实验地点:环资B座实验日期:2018年10月25日一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填)1.总悬浮颗粒物total suspended particle (TSP)指环境空中空气动力学当量直径小于等于100 μm的颗粒物。
悬浮颗粒物是大气质量评价中的一个通用的重要染指标。
它主要来源于燃料燃烧时产生的烟尘、生产加工过程中产生的粉尘、建筑和交通扬尘、风沙扬尘以及气态污染物经过复杂物理化学反应在空气中生成的相应的盐类颗粒。
在我国甘肃、新疆、陕西、山西的大部分地区,河南、吉林、青海、宁夏、内蒙古、山东、四川、河北、辽宁的部分地区,总悬浮颗粒物污染较为严重。
Da = Dp√ρpDp:颗粒物的真实直径ρp:颗粒物的密度粒径小于100μm的称为TSP,即总悬浮物颗粒;粒径小于10μm的称为PM10,即可吸入颗粒。
TSP和PM10在粒径上存在着包含关系,即PM10为TSP的一部分。
国内外研究结果表明,PM10/TSP的重量比值为60—80%。
在空气质量预测中,烟尘或粉尘要给出粒径分布,当粒径大于10μm时,要考虑沉降;小于10μm时,与其他气态污染物一样,不考虑沉降。
所有烟尘、粉尘联合预测,结果表达TSP,仅对小于10微米的烟尘、粉尘预测,结果表达为PM10。
大气中TSP的组成十分复杂,而且变化很大。
燃煤排放烟尘、工业废气中的粉尘及地面扬尘是大气中总悬浮微粒的重要来源。
TSP是大气环境中的主要污染物,中国环境空气质量标准按不同功能区分3级,规定了TSP年平均浓度限值和日平均浓度限值。
空气中的全部粉尘量为“总悬浮颗粒物”,去掉10微米以上的颗粒物,剩下的就是“可吸入颗粒物”。
2.大气总悬浮颗粒物的测定1)主题内容适用范围本方法适合于用大流量或中流量总悬浮颗粒物采样器进行空气中总悬浮颗粒物的测定。
本方法的检测限为0.001 mg/m',总悬浮颗粒物含量过高或雾天采样使滤膜阻力大于10kPa时,本方法不适用。
项目六空气质量监测任务2 可吸入颗粒物PM10的测定单元教学要求一、教学目标1. 知识目标(1)理解颗粒物采样器的结构、工作原理(2)掌握颗粒物采样器的操作规程与注意事项;(3)掌握PM10的测定方法与测定原理;(4)掌握重量法测定环境空气中的PM10主要过程;(5)理解监测过程的质量控制措施2. 技能目标(1)学会颗粒物采样器的结构、工作原理(2)会颗粒物采样器的操作与维护;(3)会用国标重量法完成空气中颗粒物PM10的测定;(4)会制订监测过程的质量控制措施3. 素质目标(1)吃苦耐劳;(2)严谨认真;(3)交流合作。
二、教学条件(1)主讲教师:有相关专业的学历背景,有从事环境监测工作岗位的经历,最好有熟练的空气中颗粒物测定经验;并经过高职教育教学的培训,能胜任“教学练做”一体化的教学模式。
(2)教学材料:正式出版的高职类环境监测规划教材、可吸入颗粒物PM10国家标准测定方法、环境空气质量标准、环境空气质量手工监测技术规范及工学结合特色明显的案例。
(3)实验实训设备条件:学习场地、教学设施设备要适应“教、学、练、做”项目化的要求,配置一定的多媒体、仿真、实训场地。
实验仪器及实验试剂符合《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》HJ618-2011中规定,如恒温恒湿装置、符合技量要求的切割器及采样器等。
三、教学安排1. 教师明确任务,提出引导问题;2. 学生以小组为单位根据现场实习及可吸入颗粒物PM10测定的标准方法讨论、分析,制订测定方案,包括测定主要步骤、耗材及用量、仪器名称及台套数等;3. 随机指定小组解答问题,其他同学可补充,老师点评完善。
对于疑难问题由老师引导解决;4. 教师针对本次监测任务,进行系统梳理和归纳;5. 以小组为单位,全班配合,根据国标方法,完成现场布点、滤膜准备、仪器检查及连接等测定前的准备工作;6. 学习者以小组为单位,独立完成相应测点的测定工作,记录结果,并完成数据处理及空气质量评价,对校园环境空气质量管理提出建议;7. 汇报可吸入颗粒物PM10测定过程及结果,并参加本测定项目的理论考核;8. 教师根据学生测定全过程表现、测定结果、汇报表现、小组评价及理论考核成绩等,对学生单项测定给予成绩评定。
可吸入颗粒物PM10的测定教学要求(精)第一篇:可吸入颗粒物PM10的测定教学要求(精)职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库《环境监测》单元教学要求项目六空气质量监测任务2 可吸入颗粒物PM10的测定单元教学要求一、教学目标1.知识目标(1)理解颗粒物采样器的结构、工作原理(2)掌握颗粒物采样器的操作规程与注意事项;(3)掌握PM10的测定方法与测定原理;(4)掌握重量法测定环境空气中的PM10主要过程;(5)理解监测过程的质量控制措施 2.技能目标(1)学会颗粒物采样器的结构、工作原理(2)会颗粒物采样器的操作与维护;(3)会用国标重量法完成空气中颗粒物PM10的测定;(4)会制订监测过程的质量控制措施3.素质目标(1)吃苦耐劳;(2)严谨认真;(3)交流合作。
二、教学条件(1)主讲教师:有相关专业的学历背景,有从事环境监测工作岗位的经历,最好有熟练的空气中颗粒物测定经验;并经过高职教育教学的培训,能胜任“教学练做”一体化的教学模式。
(2)教学材料:正式出版的高职类环境监测规划教材、可吸入颗粒物PM10国家标准测定方法、环境空气质量标准、环境空气质量手工监测技术规范及工学结合特色明显的案例。
(3)实验实训设备条件:学习场地、教学设施设备要适应“教、学、练、做”项目化的要求,配置一定的多媒体、仿真、实训场地。
实验仪器及实验试剂符合《环境空气 PM10和PM2.5的测定重量法》HJ618-2011中规定,如恒温恒湿装置、符合技量要求的切割器及采样器等。
三、教学安排职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库《环境监测》单元教学要求 1.教师明确任务,提出引导问题;2.学生以小组为单位根据现场实习及可吸入颗粒物PM10测定的标准方法讨论、分析,制订测定方案,包括测定主要步骤、耗材及用量、仪器名称及台套数等;3.随机指定小组解答问题,其他同学可补充,老师点评完善。
对于疑难问题由老师引导解决;4.教师针对本次监测任务,进行系统梳理和归纳;5.以小组为单位,全班配合,根据国标方法,完成现场布点、滤膜准备、仪器检查及连接等测定前的准备工作;6.学习者以小组为单位,独立完成相应测点的测定工作,记录结果,并完成数据处理及空气质量评价,对校园环境空气质量管理提出建议;7.汇报可吸入颗粒物PM10测定过程及结果,并参加本测定项目的理论考核;8.教师根据学生测定全过程表现、测定结果、汇报表现、小组评价及理论考核成绩等,对学生单项测定给予成绩评定。
关于重量法和β射线吸收原理测量可吸入颗粒物(PM10)的研究 式中:C——PM10的质量浓度,mg/m3; W2
——采样后滤膜质量,mg;
摘要:通过对重量法和β射线吸收法测量可吸入颗粒物PM10的原理、使用优缺点和适用范围的分析,以及β射线吸收原理PM10自动监测仪与重量法大流量采样器的对比实验和β射线吸收原理自动监测仪在测量沙尘暴中的数据分析,说明β射线吸收原理PM10自动监测仪在测量空气中污染物PM10的先进性。
关键词:PM10;β射线吸收原理;重量法 1.引言 PM10又称胸部颗粒物,指可吸入颗粒物中能够穿过咽喉进入人体肺部的气管、支气管区和肺泡的那部分颗粒物,它并不是表示空气动力学直径小于10μm的可吸入颗粒物,而是表示具有D50=10μm,空气动力学直径小于30μm以下的可吸入颗粒物。其中空气动力学直径指在通常的温度、压力和相对湿度的情况下,在静止的空气中,与实际颗粒物具有相同重力加速度的密度为1g/cm3的球体直径,实际上是一种假想的球体颗粒直径;而D50是指在一定的颗粒物体系中,即空气动力学直径范围一定时,颗粒物的累积质量占到总颗粒物质量一半(50%)时所对应的空气动力学直径,它代表了可吸入颗粒物体系的几何平均空气动力学直径。
大气中PM10来源广泛,且颗粒物形态各异、成分复杂,对环境和人体健康造成巨大危害,主要表现:(1)使空气能见度降低,影响人们的正常生活。(2)吸入人体后沉积在呼吸道和肺部,引起呼吸道和肺部病变。(3)颗粒物中的部分化学物质可降低人体免疫力,并具有潜在的致癌性。(4)落在物体表面,弄脏或腐蚀物体,造成资源损失。(5)影响其它动植物的正常生长,破坏生态平衡。PM10的污染已引起全世界的普遍关注,所以加强PM10污染监测至关重要。
2.监测方法简介 2.1重量法 重量法测量PM10浓度普遍采用大流量采样器,原理为采样泵抽取一定体积的空气进入切割器,将空气动力学直径小于30μm的颗粒物切割分离,PM10颗粒随着气流经切割器的出口被阻留在已称重的滤膜上。根据采样前后滤膜的质量差及采样体积,计算出PM10的浓度。计算公式为: W1
——采样前滤膜质量,mg;
F——换算成标准状况下的采样流量,L/min; t——采样时间,min。
2.2β射线吸收原理 β射线吸收原理:原子核在发生β衰变时,放出β粒子。β粒子实际上是一种快速带电粒子,它的穿透能力较强,当它穿过一定厚度的吸收物质时,其强度随吸收层厚度增加而逐渐减弱的现象叫做β吸收。当吸收物质的厚度比β粒子的射程小很多时,β射线在物质中的吸收,近似为:
式中: I0
——滤纸没有吸附吸收物质时的β粒子记数值;
I——是β射线穿过吸收物质厚度为tm的滤纸的β粒子记数值; μm——称为质量吸收系数或质量衰减系数,单位为cm2/mg,对于同一吸收物质,μm与放射能量有关; tm——称为质量厚度,单位为mg/cm2。
β射线源采用放射源14C,放射能量在100μCi以下,半衰期为5730年,安全可靠。
β射线吸收原理测量PM10普遍采用国际上流行的β射线吸收原理自动监测仪,仪器利用抽气泵对大气进行恒流采样,经PM10切割器切割后,大气中的PM10颗粒物吸附在β源和盖革计数管之间的滤纸表面,采样前后盖革计数管计数值的变化反映了滤纸上吸附灰尘的质量变化,由此可以得到采样空气中PM10的浓度。
首先,盖革计数管电路记录下β射线通过空白滤纸时的强度I1,由式(2)得:
第二步:恒流抽气系统通过PM10切割器抽入一定体积的样气,PM10颗粒被阻留在仪器滤纸表面上; 第三步:探测器记录下此时β射线的强度,设为I2,由式(2)得:
式中:Δm—— PM10的质量厚度,单位为mg/cm2。 假设I0在整个测量过程中保持不变。综合(3)和(4),得: 式中:C——PM10的质量浓度,mg/m3; S——探测面积,cm2; F——换算成标准状况下的采样流量,L/min; t——采样时间,min。
3.优缺点 3.1重量法 重量法大流量采样器测量PM10的缺点是要求人工工作量大,滤膜采样前后需实验室烘干称重,人工换纸和取样,手工计算PM10的浓度,自动化程度低,不适合进行远距离监测,且取日均值时需连续采样12小时以上,不能反映PM10浓度的短时间变化情况,不能对沙尘暴等恶劣天气的变化进行实时反映。其
优点是成本较低。
3.2β射线吸收原理 β射线吸收原理自动监测仪测量PM10的优点是要求样品量很少,根据实际需要,采样时间1~99min可调,可每小时自动得出一个监测数据,实时反映空气中PM10浓度的变化情况,并可进行数据传输,有利于远程监测和自动控制,并极大的减少了人工工作量。其缺点是相对成本较高。
4.适用范围 4.1重量法 重量法大流量采样器适用于近郊或经济条件相对落后的小城市,也可用于PM10污染变化较小的城市,在国内外环境质量评估中应用比较广泛。
4.2β射线吸收原理
第四步:根据滤纸被探测面积、采样流量和采样时间,计算出PM10的质量浓度。得: β射线吸收原理自动监测仪适用范围较广,在24小时空气质量连续自动监测中应用广泛。在污染较重或地理位置重要的地方,β射线吸收原理自动监测仪可有效的反映出空气中PM10污染浓度的变化情况,为环保部门进行空气质量评估和政府决策提供准确、可靠的数据依据。
5.对比实验 现将河北先河科技发展有限公司生产的XH2000D型β射线吸收原理PM10自动监测仪与大流量采样器对比实验数据结果列表如下:
日均值 监测仪器 2001.8.18 日均值(mg/m3) 2001.8.19 日均值(mg/m3) 2001.8.21 日均值(mg/m3) 2001.8.22 日均值(mg/m3) 2001.8.23
日均值(mg/m3) 五日均值
日流量采样器 0.302 0.094 0.155 0.340 0.157 0.210
自动监测仪 0.106 0.113 0.141 0.352 0.150 0.212
由以上数据可以得出:日均值最大偏差为0.019 mg/m3,五日均值相对误差为1%;日均值相关系数为99.2%。
实验结论:以大流量采样器为基准,XH2000D型β射线吸收原理PM10自动监测仪具有较好的准确性。
6.利用β射线吸收原理自动监测仪监测沙尘暴中的PM10浓度 沙尘暴可造成严重的风害、沙积害、风蚀、环境污染等一系列灾害,损失惊人。近几年来,我国每年因风沙危害造成的直接经济损失达540亿元,相当于西北5省区1996年财政收入的3倍。沙尘暴可能诱发过敏性疾病、流行病及传染病,沙尘暴带来的细微粉尘极有可能使患有呼吸道过敏性疾病的人群旧病复发。所以加大沙尘暴的监测力度,为治理沙尘暴提供真实有效的监测数据非常迫切。
2002年3月20日前后,我国北方地区发生了一次比较罕见的大范围强沙尘暴,河北省各地市监测站安装运行的空气质量连续自动监测系统在本次沙尘暴的监测中作用突出,现将其中的β射线吸收原理自动监测仪的监测数据提供如下:
通过监测数据可清晰的分析出本次沙尘暴起源于张家口的上风向且PM10浓度很高。20日凌晨5点到达张家口,PM10浓度峰值为5mg/m3,持续时间约8个小时强度减弱,但4小时后又有一股强度较小的沙尘暴袭来,PM10浓度峰值为1.885mg/m3,持续时间约6个小时后沙尘暴消失。而承德20日下午1点沙尘暴到达,持续时间长达13个小时,且PM10浓度较高,峰值为3.446 mg/m3。唐山20日下午4点沙尘暴到达,强度已减弱,PM10浓度峰值为1.696 mg/m3,而且持续时间也较短。秦皇岛20日下午8点沙尘暴到达,强度较大,PM10浓度峰值为3.446 mg/m3,且持续时间较长。而廊坊、衡水、邢台、邯郸尽管也受到沙尘暴影响,但PM10浓度污染变化较小。从以上沙尘暴中监测的PM10浓度变化,不难看出,本次沙尘暴的起源主要在张家口和承德的上风向,且主要向东部扩散。
若再加上空气质量连续自动监测系统中的气象参数(温度、湿度、大气压、风向、风速)的变化以及地理状况的分析,可对本次沙尘暴发生的原因、发展变化等情况进行更加全面的评价。所以β射线吸收原理PM10自动监测仪可有效的监测沙尘暴中的PM10
浓度变化,为有效治理沙尘暴提供了依据。
7.结论 β射线吸收原理PM10自动监测仪完全可以替代传统的重量法大流量采样器进行空气中PM10浓度的连续自动监测,并能实时、准确反映空气中PM10浓度的变化情况,在PM10污染浓度变化较大或地理位置重要的地区作用突出,重量法大流量采样器可作为β射线吸收原理PM10自动监测仪24小时连续自动监测的必要补充。
参考文献: [1]国家环境保护局科技标准司编,大气环境分析方法标准,1998.2。 [2]张玉钧,刘文清等,大气中可吸入粉尘(PM10)β射线法测量的理论与数据处理,中国科学院安徽光学精密机械研究所量子电子学报,2001.2。 [3]崔九思,王钦源,王汉平主编,大气污染监测方法(第二版),化学工业出版社,1997。 [4]张文丽,徐东群,崔九思编,空气细颗粒物(Pm2.5)污染特征及其毒性机制的研究进展,中国环境监测第一期,2002。 [5]吴鹏鸣,姚荣奎,鲍子平主编,环境监测原理与应用,化学工业出版社,1991。