Dasibi 1000型空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量控制探討
空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測中的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制在《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》（第四版）中已有詳細(xì)規(guī)定和要求，作者就Dasibi1000型空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的質(zhì)量控制進(jìn)行探討。
1. Dasibi1000型空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量控制概述
Dasibi1000型空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)主要由采樣系統(tǒng)，監(jiān)測儀器（4108型二氧化硫分析儀、2108型二氧化氮分析儀、7001型顆粒物分析儀）、校準(zhǔn)單元（5008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀、5011型零氣源）、數(shù)據(jù)存儲通訊（8001型數(shù)據(jù)采集器、COSⅡ多路轉(zhuǎn)換器）環(huán)節(jié)組成。二氧化硫分、二氧化氮分和7001型顆粒物分析儀將空氣中污染物濃度轉(zhuǎn)化成模擬信號輸出給8001型數(shù)據(jù)采集器，經(jīng)COSⅡ多路轉(zhuǎn)換器由電話線傳輸給中心站計(jì)算機(jī)。 5008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀主要是擔(dān)負(fù)配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的功能，用于對4108型二氧化硫分析儀、2108型二氧化氮分析儀進(jìn)行校零和校標(biāo)。7001型顆粒物分析儀每小時(shí)零標(biāo)自校一次，采樣流量按技術(shù)規(guī)范定期校準(zhǔn)。質(zhì)量控制框圖如圖1所示。
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2. 儀器校準(zhǔn)
2.1 4108型二氧化硫分析儀的校準(zhǔn)
Dasibi1000型空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)是采用稀釋法多元?dú)怏w校準(zhǔn)模式來完成對分析儀的校準(zhǔn)和性能檢測。二氧化硫分析儀校零時(shí)，由零氣源提供零氣及空氣動(dòng)力，電磁閥控制進(jìn)入多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀零氣質(zhì)量流量計(jì)（MFC1范圍0-10LPM），經(jīng)校準(zhǔn)總管進(jìn)入二氧化硫分析儀；二氧化硫分析儀校標(biāo)時(shí)，由零氣源提供零氣及空氣動(dòng)力，電磁閥控制進(jìn)入多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀零氣質(zhì)量流量計(jì)（MFC1），并由鋼瓶氣提供二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)氣，電磁閥控制進(jìn)入多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀標(biāo)氣質(zhì)量流量計(jì)（MFC2范圍0-100CCM），零氣和標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)入混合室進(jìn)行混合產(chǎn)生所需濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體，經(jīng)校準(zhǔn)總管進(jìn)入二氧化硫分析儀。
2. 2 2108型二氧化氮分析儀的校準(zhǔn)
方法與4108型二氧化硫分析儀的校準(zhǔn)類似。
2. 3 7001型顆粒物分析儀的校準(zhǔn)
在7001型顆粒物分析儀正常工作情況下，將標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)串接到儀器進(jìn)氣口，按說明書操作規(guī)程校準(zhǔn)，使流量穩(wěn)定在16.7LPM。
2.4 問題提出
7001型顆粒物分析儀流量按說明書中操作規(guī)程校準(zhǔn)，基本就能達(dá)到質(zhì)量控制要求。從4108型二氧化硫分析儀和2108型二氧化氮分析儀的校準(zhǔn)可以看出，影響所配標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度的因素有三：一是標(biāo)準(zhǔn)氣濃度的準(zhǔn)確性，由標(biāo)準(zhǔn)氣生產(chǎn)單位嚴(yán)格控制，監(jiān)測人員在試用期內(nèi)使用即可；二是5011型零氣源提供零氣的純度，一般零氣的質(zhì)量按儀器說明書及時(shí)更換活性炭和分子篩等吸附劑可以達(dá)到指標(biāo)要求；三是5008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀質(zhì)量流量計(jì)的準(zhǔn)確性。儀器在長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行過程中由于電路、氣路的變化會引起流量的誤差，直接影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。所以質(zhì)量流量計(jì)的定期校準(zhǔn)非常必要。實(shí)際中，大多數(shù)監(jiān)測人員在平時(shí)質(zhì)量控制、或在上級站盲樣考核中都疏忽了對5008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀質(zhì)量流量計(jì)的校準(zhǔn)。不對5008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀質(zhì)量流量計(jì)校準(zhǔn)是達(dá)不到質(zhì)量控制目的的。
3. 試驗(yàn)檢驗(yàn)
3.1 檢驗(yàn)?zāi)康?/p>
檢驗(yàn)Dasibi 1000型空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)5008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀在配制標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度誤差較大時(shí)，對通常環(huán)境采樣監(jiān)測結(jié)果和盲樣考核測試結(jié)果的影響。
3.2試驗(yàn)儀器與標(biāo)氣
美國Dasibi1000系統(tǒng)4108型二氧化硫分析儀、5008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀、5011型零氣源；美國Bios公司生產(chǎn)的DC-2M型流量校準(zhǔn)儀；國家環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所生產(chǎn)的二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)氣兩瓶（1號鋼瓶氣濃度52.3ppm、2號鋼瓶氣濃度51.7ppm）。
3. 3試驗(yàn)方法
模擬113個(gè)全國環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市監(jiān)測站空氣自動(dòng)監(jiān)測二氧化硫考核，采用標(biāo)準(zhǔn)氣量值追蹤法。試驗(yàn)是在2008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀標(biāo)氣質(zhì)量流量計(jì)MFC2 流量保持不變，零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1流量分別在三種狀態(tài)下（狀態(tài)Ⅰ準(zhǔn)確校準(zhǔn)；狀態(tài)Ⅱ調(diào)高約20%；狀態(tài)Ⅲ調(diào)低約20%）測定模擬考核樣。首先對多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀標(biāo)氣質(zhì)量流量計(jì)校準(zhǔn)，標(biāo)氣質(zhì)量流量計(jì)MFC2通常是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)鋼瓶氣濃度的不同使用有一定范圍，所以采用多點(diǎn)校準(zhǔn)。校準(zhǔn)參數(shù)見表1。零氣質(zhì)量流量計(jì) MFC1通常使用在量程的50%處，所以采用單點(diǎn)校準(zhǔn)。校準(zhǔn)參數(shù)見表2。零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1校準(zhǔn)流量在三種狀態(tài)下配置標(biāo)準(zhǔn)氣濃度由以下公式計(jì)算。配制標(biāo)準(zhǔn)氣標(biāo)稱濃度按標(biāo)稱流量計(jì)算，配制標(biāo)準(zhǔn)氣實(shí)際濃度按校準(zhǔn)流量計(jì)算，結(jié)果見表3。C(gas)=C(CYL)×FG/(FZ+FG)
C(gas)-配制標(biāo)準(zhǔn)氣濃度，ppb；
C(CYL)-1號鋼瓶氣標(biāo)牌濃度，ppm；
FG-鋼瓶氣流量，CCM；
FZ-零氣流量，LPM。
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表1 多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀標(biāo)氣質(zhì)量流量計(jì)MFC2校準(zhǔn)參數(shù)
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表2 多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1校準(zhǔn)參數(shù)
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表3 1號鋼瓶氣在三種狀態(tài)下配制標(biāo)準(zhǔn)氣濃度
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3.3.1 MFC1 狀態(tài)Ⅰ
準(zhǔn)確校準(zhǔn)多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀標(biāo)氣質(zhì)量流量計(jì)MFC2流量和零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1流量，檢查儀器各項(xiàng)參數(shù)在指標(biāo)范圍。二氧化硫分析儀零點(diǎn)校準(zhǔn)后，把1號鋼瓶氣作為工作標(biāo)準(zhǔn)，將標(biāo)牌濃度值C(CYL)1輸入多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀，配制濃度400ppb的標(biāo)準(zhǔn)氣體，二氧化硫分析儀校標(biāo)，調(diào)整二氧化硫分析儀Spna數(shù)值，反復(fù)校零、校標(biāo)，使其顯示值V1穩(wěn)定在400ppb。多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀狀態(tài)不變，把2號鋼瓶氣作為模擬考核樣測試三次，記錄二氧化硫分析儀顯示值分別為V21、V22、V23，通過比值計(jì)算模擬考核樣2號鋼瓶氣濃度值C2，計(jì)算公式如下：
C2(1,2,3)=（V2(1,2,3)/ V1）×C(CYL)1
C2=（C21+C22+C23 ）/3
相對誤差（%）=((C2－C(CYL)2)/ C(CYL)2)×100%
式中C(CYL)1：配制400ppb標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)1號鋼瓶氣標(biāo)牌濃度，ppm；
V1：配制400ppb標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)二氧化硫分析儀顯示值，ppb；
V21、V22、V23：三次測試模擬考核樣二氧化硫分析儀顯示值，ppm；
C21、C22、C23：三次模擬考核樣2號鋼瓶氣測試濃度，ppm；
C2：模擬考核樣2號鋼瓶氣測試平均濃度，ppm；
C(CYL)2：模擬考核樣2號鋼瓶氣標(biāo)牌濃度。
3.3.2 MFC1 狀態(tài)Ⅱ
多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀標(biāo)氣質(zhì)量流量計(jì)MFC2流量不變，將零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1流量調(diào)高20%（滿量程的50%處：校準(zhǔn)值為5.975LPM）,其它同3.3.1。
3.3.3 MFC1 狀態(tài)Ⅲ
多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀標(biāo)氣質(zhì)量流量計(jì)MFC2流量不變，將零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1流量調(diào)低20%（滿量程的50%處：校準(zhǔn)值為4.008LPM）,其它同3.3.1。
3.4.結(jié)果與分析
3.4.1試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)結(jié)果見表4。零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1流量在誤差約±20%的狀況下，多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀所配400ppb標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度誤差在-16.8%—24.8%之間（見表3），對模擬考核樣2號鋼瓶氣測試結(jié)果與其標(biāo)牌值相對誤差較。ň±2%以內(nèi)），對二氧化硫分析儀Span讀數(shù)（356—513）影響較大。
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表4 MFC1在不同流量狀況下對模擬考核樣的測定結(jié)果
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3.4.2結(jié)果分析
零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1在狀態(tài)Ⅱ時(shí)（標(biāo)稱流量5LPM，校準(zhǔn)流量6LPM），用1號鋼瓶氣配制400ppb標(biāo)準(zhǔn)氣體，多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀按標(biāo)稱流量配氣，所配氣體濃度就偏低，調(diào)高二氧化硫分析儀Span讀數(shù)，使其二氧化硫分析儀顯示值為400ppb。測試模擬考核樣2號鋼瓶氣時(shí)，多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀仍按標(biāo)稱流量配氣，配氣濃度同樣偏低，所以測試結(jié)果與零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1在狀態(tài)Ⅰ時(shí)的測試結(jié)果比較誤差較小。由于Span讀數(shù)從426調(diào)到513，所以對通常環(huán)境采樣監(jiān)測結(jié)果有正的較大的影響。零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1在狀態(tài)Ⅲ時(shí)（標(biāo)稱流量5LPM，校準(zhǔn)流量4LPM），測試有類似規(guī)律。用1號鋼瓶氣配制 400ppb標(biāo)準(zhǔn)氣體，多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀按標(biāo)稱流量配氣，所配氣體濃度就偏高，調(diào)低二氧化硫分析儀Span讀數(shù)，使其二氧化硫分析儀顯示值為400ppb。測試模擬考核樣2號鋼瓶氣時(shí)，多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀仍按標(biāo)稱流量配氣，配氣濃度同樣偏高，所以測試結(jié)果與零氣質(zhì)量流量計(jì)MFC1在狀態(tài)Ⅰ時(shí)的測試結(jié)果比較誤差仍較小，由于Span讀數(shù)從426調(diào)到356，所以對通常環(huán)境采樣監(jiān)測結(jié)果有負(fù)的較大的影響。
3.4.3 結(jié)論：
Dasibi 1000型空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)5008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀在配制標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度誤差較大時(shí)，模擬考核樣稀釋倍數(shù)及進(jìn)入監(jiān)測儀器的路徑與標(biāo)準(zhǔn)氣體相同，對模擬考核樣測試結(jié)果影響較小，但對通常環(huán)境采樣監(jiān)測結(jié)果影響較大。所以上級監(jiān)測部門對4108型二氧化硫分析儀盲樣考核時(shí)，不對5008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀質(zhì)量流量計(jì)（MFC）校準(zhǔn)是不夠準(zhǔn)確的。
4. 質(zhì)控措施探討
4.1常規(guī)監(jiān)測質(zhì)量控制
采用Dasibi 1000型空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的城市，必須擁有一臺應(yīng)經(jīng)國家計(jì)量部門檢驗(yàn)標(biāo)定，并在有效使用期內(nèi)的流量校準(zhǔn)儀，定期對5008型多元?dú)怏w校準(zhǔn)儀質(zhì)量流量計(jì)（MFC1和MFC2）進(jìn)行校準(zhǔn)。上一級環(huán)境監(jiān)測部門也要進(jìn)行隨機(jī)監(jiān)督校準(zhǔn)檢查。
4.2 盲樣考核質(zhì)量控制
上級監(jiān)測部門的考核盲樣應(yīng)采用低濃度（50-400ppb）標(biāo)準(zhǔn)氣體，考核時(shí)氣體進(jìn)入監(jiān)測儀器的路徑要保持和通常環(huán)境采樣時(shí)環(huán)境空氣進(jìn)入監(jiān)測儀器的路徑一致；或上級監(jiān)測部門用統(tǒng)一給定的、經(jīng)國家計(jì)量部門檢驗(yàn)標(biāo)定的、并在有效使用期內(nèi)的稀釋裝置，對考核盲樣濃度稀釋后，考核時(shí)氣體進(jìn)入監(jiān)測儀器的路徑要保持和通常環(huán)境采樣時(shí)環(huán)境空氣進(jìn)入監(jiān)測儀器的路徑一致。
4.3 7001型顆粒物分析儀流量準(zhǔn)確
7001型顆粒物分析儀流量的準(zhǔn)確直接影響監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。采樣流量應(yīng)定期校準(zhǔn)，對采樣流量達(dá)不到要求時(shí)應(yīng)及時(shí)更換采樣泵維修套件，早期原裝美國Dasibi 1000型系統(tǒng)應(yīng)更換采樣泵。
主要參考文獻(xiàn)
1.《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》（第四版）．中國環(huán)境科學(xué)出版社
2．徐雙慶等．全國重點(diǎn)城市空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量考核中質(zhì)量控制的探討．《中國環(huán)境監(jiān)測》2006年第5期
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