环境空气质量自动监测的质量保证和质量控制

(1.呼和浩特市环境监测中心站，内蒙古 呼和浩特 010030； 2内蒙古气象科技开发中心，内蒙古 呼和浩特 010051)
摘 要：文章通过对影响环境空气自动监测的每一个环节进行分析，并根据实际经验，提出了对环境空气自动监测质量保证与质量控制的措施。
关键词：环境空气；自动监测；质量控制
中图分类号：X-651  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2009)02—0004—02 

目前，环境空气自动监测已成为我国城市环境空气监测的主要技术手段，为研究城市或区域性空气污染物的分布及其发展趋势提供了大量的监测数据，为政府相关部门提供了科学的决策依据。

自动监测有别于传统的实验室监测，它具有在开放性较强和可控性较弱的系统中实现连续监测的特点，其质量保证和质量控制是一个全过程完整的系统，站点选择；采样装置；仪器运行维护状况；标准气体的配置；数据存储、传输及数据的审核；系统维护管理等各个环节都是影响数据质量的重要因素。因此，对环境空气自动监测系统的质量保证和质量控制需把这些因素考虑在内。 
1 环境空气质量自动监测系统的构成

环境空气质量自动监测系统是由监测子站、中心计算机控制室、质量保证实验室和系统支持实验室等部分组成（见图1）。

监测子站的主要任务：对环境空气质量和气象状况进行连续自动监测；采集、处理和存储监测数据；按中心计算机指令定时或随时向中心计算机传输监测数据和设备工作状态信息。

中心计算机控制室的主要任务：通过有线通讯设备收集各子站的监测数据和设备工作状态信息，并对所收取得监测数据进行判别、检查和存储；对采集的监测数据进行统计处理、分析；对监测子站的监测仪器进行远程诊断和校准。

质量保证实验室的主要任务：对系统所用监测设备进行标定、校准和审核；对检修后的仪器设备进行校准和主要技术指标的运行考核；制定和落实系统有关监测质量控制的措施。

系统支持实验室的主要任务：根据仪器设备的运行要求，对系统仪器设备进行日常保养、维护；及时对发生故障的仪器设备进行检修、更换。
2 子站站点选择

站点选择直接关系到所监测的空气在时间和空间上是否具有代表性，是否真实地反映所监测空气质量状况。点位的确定原则上按照国家制定的“国家环境监测网络站大气监测点位验收标准”执行。由于城市的不断发展，早在1992～1993年认证的国控监测点已不能全面反映城市的空气质量，但由于时间、空间数据的连续性，这些点位原则上是不可废止的。因此，在选择新的或增加点位时，要全面考虑这些监测点位，使得新旧监测点位布局合理，能够全面代表城市的空气质量。
3 采样装置

采样装置的好坏会直接影响到监测结果。采样装置原则上按照《环境空气质量自动监测技术规范》HJ/T193-2005执行〔1〕。但在实际操作中需要注意下面两点：
3.1 可吸入颗粒物采样装置

在监测子站中，可吸入颗粒物是单独采样，采样管的安装尽可能要垂直，并尽量缩短采样管长度，这样可以防止颗粒物沉积于采样管管壁，为防止采样管内冷凝结露，可采取加温措施，加热温度一般控制在30～50℃。

在北方，沙尘和浮尘出现的几率比较大，会造成采样头底部沉积颗粒物，因此需对采样头经常清理。
3.2 二氧化硫、氮氧化物等气体采样装置

在使用采样总管采样时，抽气风机的抽风量尽可能匹配好，做到采样总管内的气流保持层流状态，总管进口至抽气风机出口之间的压降要小，所采集气体样品的压力应接近大气压。采样气体在总管内的滞留时间应小于20s。

若不使用采样总管，而采用管线采样时，要对采样管线做到经常清洗。

在北方冬季。室内外空气温度的差异很大，会导致采样总管内支管连接头结冰，堵塞气路，并且会使采样总管内壁结露对监测物质吸附，因此需要对总[CM(22]管和影响较大的管线外壁加装保温套或加热器，加热温度一般控制在30～50℃。

防止灰尘落入监测分析仪器，应在监测仪器的采样入口与支管气路的结合部之间，安装孔径不＞5um聚四氟乙烯过滤膜。
4 标准气体及减压阀的配置
4.1 标准气体

标准气体质量的好坏直接关系到监测数据的准确性和可比性。目前对标气出现的问题是低浓度标气不稳定，如杭州市环境监测中心站在校准中发现有些厂家的低浓度二氧化硫标气在校准过程中上下波动范围达到30％，有时需要一个多小时的多次校准才能得到满意结果。另外，标气浓度不准确，据2004年全国49个重点城市空气自动监测考核中，有10.2%的监测站考核结果相对误差超过了10％，有一家监测站的考核结果相对误差甚至达到了24.9％。后经更换标气，重新校准后，考核结果的相对误差都小于10％〔2〕。我站在标气的选择上是采用国家标准物质研究中心的标气。
4.2 减压阀

采用不同材料制成的减压阀会影响到分析仪在校准时的响应时间，使其校准结果产生较大的偏差。我站曾经在做零/跨检查时，每次动态气体输出的是400ppb 二氧化硫气体，而分析仪的响应值随着时间的推移，响应值从400ppb降到360ppb，甚至出现过310ppb。在这种情况下，经过咨询专家的建议，重新购置了减压阀，换在同一瓶气体上，以后再没有出现这样的问题。说明有的减压阀对标准气体有吸附作用。我站选用的减压阀是采用不锈钢材料制成的，并对阀体内腔做硅化处理。
5 自动监测仪器

自动监测仪器是空气自动监测的核心。为了保证监测仪器量值溯源和与常规监测结果的可比性，仪器的检测方法应采用我国国家标准方法、行业标准方法或国际等效分析方法。
5.1 多元气体校准仪和零气源

多元气体校准仪和零气源的质量保证关键是两个质量流量计：一个是计量零空气流量的质量流量计，另一个是计量标准气流量的质量流量计。因此正常使用中的多元气体校准仪必须进行流量校正，尽可能减少流量误差，保证配气精度。

对零气源发生器应定期检查发生器的温度控制和压力是否正常，气路是否漏气。
5.2 可吸入颗粒物自动分析仪

对可吸入颗粒物自动分析器关键是采样泵流量运行恒定，采样流量控制在16.7L/min（大西比可吸入颗粒物自动分析仪）；并注意校准模的清洗；一定要注意仪器工作状态参数的正确性；滤膜的选用薄厚要尽可能均匀，采样装置按照2.1执行。
5.3 二氧化硫、氮氧化物分析仪

对二氧化硫、氮氧化物分析仪要求做到整个气路的畅通，防止有漏气或堵塞现象、采样流量的稳定、灰尘过滤器内的滤膜要经常更换、一周对分析仪进行的二次零校准和一次跨校准、要注意废气排放管路的保温（因为在冬季冷热交接处很容易结冰，堵塞气路）。

对二氧化硫、氮氧化物分析仪进行校准时需要对钢瓶气体先进行放气，如更换钢瓶气后；更换减压阀后；周期性手工校准/检查时。此时，因为从连接钢瓶气的减压阀至动态气体校准仪之间的通路中积聚了一股气体，习惯称之为“死气”。若不把这股气体排走，就直接打开钢瓶总阀对分析仪校准的话，将会影响到校准结果的准确性。
5.4 备用仪器的配置

系统支持实验室应配备一定数量的备用监测分析仪器设备，用于与子站监测分析仪器的技术指标性能比对及审核、标准传递，及时排除故障和预防性检修。备用仪器的数量一般不少于监测分析仪器总数的1/4。
6 数据输出、数据检查及审核
6.1 数据输出

数据采集和传输要完整、准确、可靠，应尽量降低数据在采集和传输过程中造成的误差。要定期检查数据采集系统下载的数据和现场实时显示的数据及某个仪器的表头显示数据是否一致，若差别较大或下载不到该仪器的数据时，应立即去子站进行检查。
6.2 数据检查及审核

数据的检查与审核工作是保证空气自动监测数据质量的最后措施，自动监测的数据量较大，在实际中，会经常遇到一些过高或过低的异常值，通常解决的办法是：
6.2.1 对于低浓度未检出结果和在监测分析仪器零点漂移技术指标范围内的负值，取监测仪器最低检出限的数值，作为监测结果参加统计。
6.2.2 子站自动校准装置的系统，仪器在校准零/跨度期间，发现仪器零点漂移或跨度漂移超出漂移控制限，应从发现超出控制限的时刻算起，到仪器恢复到调节控制限以下这段时间内的监测数据作为无效数据，不参加统计，但对该数据进行标注，作为参考数据保留。
6.2.3 对手工校准的系统，仪器在校准零/跨度期间，发现仪器零点漂移或跨度漂移超出漂移控制限，应从发现超出控制限时刻的前一天算起，到仪器恢复到调节控制限以下这段时间内的监测数据作为无效数据，不参加统计，但对该数据进行标注，作为参考数据保留。
6.2.4 在仪器校准零/跨度期间的数据作为无效数据，不参加统计，但应对该数据进行标注，作为仪器检查的依据予以保留。
6.2.5 如果一个异常值是偶然出现，它的前后均为正常值，这种数值大多是由仪器的采样、传输等原因所致，应予剔除。如果发生了原因不明的数据异常，应及时去子站检查系统的各个环节，直至查清原因。
总之，数据的检查与审核可以从空气监测数据的规律性、各污染因子与气象因子的相关性加以综合判断。
7 系统的维护管理
7.1 系统日常维护
系统日常维护是质量保证的基础，因此在实际中应做到：
7.1.1 对监测子站应一周内至少巡检两次，每次对监测子站巡检时应检查子站的智能电源工作参数是否正常（温控器控制的温度不得超过40℃），标准气钢瓶阀门是否漏气，标准气的消耗情况；检查采样和排气管路是否有漏气或堵塞现象，各分析仪器采样流量是否正常；检查监测仪器的运行状况和工作状态参数是否正常。
7.1.2 在冬、夏季节应注意子站房室内外温差，若温差较大使采样装置出现冷凝水，应及时改变站房温度或对采样总管采取适当的控制措施，防止冷凝现象。
7.1.3 检查监测仪器的采样入口与采样支路管线结合部之间安装的过滤膜的污染情况，若发现过滤膜明显污染应及时更换。
7.1.4 对采样总管每年至少清洗二次。每次采样总管清洗完后，都应做检漏测试确保采样总管工作正常。采样总管系统检漏测试方法为：将总管上的一个支路接头接上真空表或压力计，而将其它支路接头和采样口封死，然后抽真空至大约1.25hPa，将抽气口封死，使整个采样系统不与外界相通，15分钟内真空度不应有变化。采样总管内的真空度小于0.64hPa。
7.1.5 对从总管到监测仪器采样口之间的气路管线每年至少清洗二次。
7.1.6 对监测仪器设备中的过滤装置，按仪器设备使用手册规定的更换和清洗周期，定期进行更换和清洗。
7.1.7 一定要定期备份系统的监测数据。
7.2 系统检修
7.2.1 监测子站的监测仪器设备每年至少进行1次预防性检修。
7.2.2 对仪器进行气路检漏和流量检查；对光路、气路、电路板和各种接头及插座等进行检查和清洁处理。
7.2.3 对仪器的输出零点和满量程进行检查和校准，并检查仪器的输出线性。
7.2.4 对出现故障的仪器设备进行检查和维修，检修完成后，或更换了仪器中的主要部件时，应对仪器重新进行做零/跨校准、多点校准、标定及检查等。
7.2.5 对完成检修的仪器，应进行连续24小时的仪器运行考核，在确认仪器工作正常后，仪器方可投入使用。
8 结语  

通过上述分析，在环境空气自动监测中，要做好每一个环节的质量控制工作，建立严格的质量保证和质量控制管理制度并使之真正得以落实，才能确保空气自动监测系统稳定可靠运行、监测数据准确完整，为环境管理提供科学的依据。
［参考文献］
［1］ 国家环境保护局.环境空气质量自动监测技术规范［S］.HJ/T193-2005.
［2］ 马获获，徐鸿，俞杰. 空气自动监测站质量控制存在问题及对策建议［J］.中国环境监测，1990,23（5）：41-43.

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