大气自动监测系统动态校准仪臭氧浓度的复现性测试

兴安

摘 要：随着社会经济的快速发展，人们的生活水平和质量都得到显著提升，在近几年人们的环境保护意识得到进一步提高，在生活和工作中更加重视环境保护。国家政府也开始从多个方面制定和落实相应的措施，加强环境治理，争取为人们构建更高质量的生活环境。其中，在制定相关制度和策略的时候，需要充分依据当前环境空气质量的监测结果，进而保证其制度和策略的准确性以及可行性。本文主要是通过实验操作的方式来测试环境空气质量自动监测系统中动态校准仪臭氧浓度的复现性。

关键词：环境空气质量 自动监测系统 动态校准仪 臭氧浓度 复现性

中图分类号：X84 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（a）-0096-02

臭氧是地球大气中一种微量气体，它是由于大气中氧分子受太阳辐射分解成氧原子后，氧原子又与周围的氧分子结合而形成的。地球90%的臭氧分布在距离地球表面15～25km的大气中，形成臭氧层有效阻挡太阳紫外线辐射，少量的臭氧分布在人类生活的地表区域，近些年受人类活动影响其数值在逐渐升高，威胁着人类的生存，因此准确掌握其数值至关重要。和其他污染气体一样，臭氧的分析通过先进的分析仪器完成。由于臭氧不稳定，无法制作标准物质，臭氧分析仪的校准通过进行过量值传递的动态校准仪发生指定浓度的臭氧气体来实现。所以动态校准仪输出浓度的準确性直接决定着臭氧分析仪测量的准确性。本文通过实验操作测试动态校准仪产生的臭氧浓度的复现性。

1 实验操作

检测2017年全年内从大气自动监测站返回实验室的动态校准仪的臭氧浓度，从100ppb、200ppb、300ppb、400ppb不同的4个点进行选择，对漂移情况进行综合分析。在实验室内准备充足的备用设备，直接搭建一套系统，用不少于2台的动态校准仪，将臭氧出气口连接臭氧传递标准的分光光度计，对动态校准仪所产生的臭氧浓度进行定时测量[1]。模拟子站校准状态，一天进行一次的跨点和零点校准，设置动态校准仪相关程序，然后每两天启动一次校准程序，分别产生400ppb、100ppb的气体，在每次测定的时候都需要持续15min，并将当时得到的测定值记录到计算机系统当中。跟踪测试实验室新校准的动态校准仪在子站的具体运行情况，如臭氧浓度、配气流量等信息，同时还根据需要审核200ppb、300ppb等不同点的臭氧浓度[2]。

2 结果分析

《环境空气气态污染物（SO2、NO2、O3、CO）连续自动监测系统技术要求及检测方法》中规定，多气体动态校准仪性能标准满足流量的误差需要控制在（±1%）之内，臭氧发生浓度误差则需要控制在（±2%）之内。根据《环境空气质量自动监测技术规范》《空气和废气监测分析方法》中相关规定，如果气体分析仪器跨度漂移不在（±5%）之内的话，就需要对仪器进行检查和调节，如果超过（±10%）的话，则表示数据无效，需要重新校准和维修仪器[3]。当动态校准仪自己检测得到的浓度出现漂移现象的话，就会对最终校准结果的准确性产生直接影响，甚至会造成维护人员出现误判现象。因此，臭氧分析仪校准中最关键的就是动态校准仪臭氧发生器和本身流量所发生的臭氧浓度复现性与准确性。

2.1 多点复审动态校准仪臭氧浓度

在本次研究中所使用的动态校准仪是一年的有效期，当到了有效期之后就需要及时地将仪器送回实验室进行全面检修，并重新传递臭氧发生器和质量流量控制器。在仪器运回到实验室后，不可以对仪器进行检修、改动，而是直接与臭氧传递标准仪相连接，跟踪调查过去一年内臭氧的浓度情况[4]。在臭氧监测系统逐渐稳定后，需要借助标准臭氧发生器发生相应浓度的臭氧标准气体，并用臭氧传递标准仪对臭氧浓度进行检测，做好检测记录。实验需要重复进行3次，将臭氧浓度存在的误差计算出来。通过分析发现，已经使用一年的动态校准仪臭氧浓度漂移现象已经较为明显，有60%左右的仪器跨点浓度误差超出了（±2%）。

2.2 实验室跟踪动态校准仪臭氧浓度

借助1台49i型臭氧分析仪和2台T700动态校准仪，在实验室中对子站气体分析仪校准过程进行模拟，利用臭氧分析仪每隔两天对气体进行一次校准，分别通入零气、400ppb跨度气、100ppb低浓度气，其中不需要校准臭氧分析仪，只需要对臭氧发生器发生的臭氧浓度进行监测。分析发现，2台动态校准仪臭氧发生器所发生的臭氧浓度已经出现了显著漂移现象，总体上零点浓度向下漂移；而在400ppb点上，其中1台仪器呈现出向上漂移，并随着时间的推移，向上漂移现象越来越明显；另外1台仪器先出现短暂向下漂移，然后又逐渐向上漂移；100ppb和400ppb两点的漂移情况较为相似。导致这一漂移现象出现的原因可能是臭氧分析仪本身，或者是动态校准仪造成的。最终得出的结论是，如果仪器使用的周期超过6个月，动态校准仪中所产生的臭氧浓度就很难保证其能够满足《环境空气气态污染物（SO2、NO2、O3、CO）连续自动监测系统技术要求及检测方法》当中的相关规范要求[5]。

2.3 子站跟踪动态校准臭氧浓度

分别跟踪调查了两台T700动态校准仪中200ppb、300ppb两点的臭氧浓度，其中200ppb的最小值为191ppb，最大值为212ppb，相对误差和平均相对误差分别为-4.5%～6.0%、2.6%，误差超过（±2%）的共有6次；300ppb的最小值为288ppb，最大值为316ppb，相对误差和平均相对误差分别为-4.0%～5.3%、2.8%，误差超过（±2%）的共有7次。由此可以看出，在使用2个月后，动态校准仪臭氧浓度产生的漂移就会较为明显，而且不同仪器波动特点也存在一定差异，同时存在正、负漂移现象。

3 结论与建议

一是动态校准仪臭氧发生器发生的臭氧浓度复现性比较差，出现明显漂移现象，这与臭氧组建稳定性之间存在一定的关联性。如果子站臭氧分析仪传递的标准是动态校准仪的话，可以通过增加动态校准仪校准审查频次，并且标准传递最好是在子站完成，进而有效避免在再次开关机或运输过程中导致动态校准仪臭氧浓度出现较大漂移。二是建议只是把动态校准仪臭氧浓度看作子站臭氧分析仪自动跨点和零点审查的依据，臭氧分析仪类型将多点校准作为其传递标准。具体操作就是针对性制定相应的传递标准，并且定期将监测用臭氧分析仪和动态标准仪带到子站进行标准传递。三是目前国内进行的零空气质量确认和验收工作的地区相对较少，而且动态校准仪臭氧浓度的复现性也不会对零空气质量产生影响，但是干扰到其他气态污染物的校准浓度，因此各个地区都需要加强对这一方面的深入研究。只有这样，才能够在空气环境治理中采取有效的措施，真正做到环境治理，实现人类的可持续发展。

参考文献

[1] 王剑敏，梅红兵，刘军，等.环境空气质量臭氧自动监测仪校准方法探讨[J].环境科学导刊，2017，36（5）：91-94.

[2] 李锷彬.环境空气自动监测系统运行管理的策略与质量控制的信息化研究[J].资源节约与环保，2016（6）：141，144.

[3] 高斌.浅析环境空气质量自动监测系统的管理与维护[J].黑龙江科技信息，2015（8）：21.

[4] 夏新，元洁，吴晓凤，等.环境空气自动监测系统质量管理体系框架[J].中国环境管理，2013，5（4）：48-52.

[5] 黎莫清，周小武.环境空气质量自动监测系统过电压保护设计[J].贵州气象，2013，37（S1）：92-95.

[6] 曾立武，黄晓锋，兰紫娟，等.基于VB6.0串口通信的环境空气质量自动监测系统[J].现代电子技术，2012，35（20）：155-158.