环境空气中颗粒物（PM10和 PM2.5）β射线法自动监测技术指南（HJ 1100-2020）.pdf

中 华 人 民 共 和 国 国 家 环 境 保 护 标 准 HJ 1100-2020 环境空气 中颗粒物 （PM 10 和 PM 2.5 ） β射线法 自动监测 技术指南 Technical guide for automatic monitoring by beta ray for particulate matter in ambient air PM 10and PM 2.5 （发布稿 ） 本电子版为发布稿。请以中国环境出版集团出版的正式标准文本为准。 2020-02-12 发布 2020-04-12 实施 生 态 环 境 部 发 布 i 目 次 前 言. ii 1 适用 范围 . 1 2 规范 性引 用文 件 . 1 3 方法 原理 . 1 4 干扰 和消 除 . 2 5 试剂 和材 料 . 2 6 仪器 和设 备 . 2 7 分析 步骤 . 2 8 结果 计算 与表 示 . 4 9 精密 度和 准确 度 . 5 10 质 量保 证和 质量 控制 . 5 11 注 意事 项 . 5 附录 A （ 资料 性附 录） 不 同类型 颗粒 物仪 器系 统组 成示意 图 . 6 附录 B （ 资料 性附 录） 检 出限的 确定 方法 . 8 ii 前 言 为贯彻 中华人民共和 国环境保 护法和中华 人民共和 国大气污染防治 法，保护生 态环境 ， 保障 人体 健康 ， 规范环 境空 气中 颗粒 物 （PM 10 和PM 2.5 ） 的 自动 测定 方法 ， 制 定本 标 准。 本标准 规定 了自 动 测 定环 境空气 中颗 粒物 （PM 10 和PM 2.5 ）的β 射 线法 。 本标准 的附 录A 、 附录B 为 资料性 附录 。 本标准 为首 次发 布。 本标准 由生 态环 境部 生态 环境监 测司 、法 规与 标准 司组织 制订 。 本标准 起草 单位 辽 宁省 大连生态 环 境监 测中 心 。 本标准 验证 单位 广州 市 环境监 测中 心站 、 哈尔 滨 市环境 监测 中心 站 、 辽宁省 生态 环境 监测中心 、 辽宁 省沈阳 生态 环境监 测中 心 、 抚顺 市环 境 监测中 心 站 和营口 市 环境 监测中 心 站 。 本标准 生态 环境 部2020年2 月12日 批准 。 本标准 自2020年4月12 日 起 实施。 本标准 由生 态环 境部 解释 。 1 环 境空气 中颗粒物 （PM 10 和PM 2.5 ）β 射 线法自 动监 测 技术指 南 1 适用范 围 本标准 规定 了自 动 测 定环 境空气 中颗 粒物 （PM 10 和PM 2.5 ）的β 射 线法 。 本标准 适用 于环 境空 气中 颗粒物 （PM 10 和 PM 2.5 ） 的自动 测定 。 当仪器量程为 0 μg/m 3 ～1000 μg/m 3 时，本标准方法检出限为 1 μg/m 3 ， 测 定 下 限 为 4 μg/m 3 。 本标准 的质 量浓 度指 实际 状态（ 监测 时大 气温 度和 压力） 下的 浓度 。 2 规范性 引用 文件 本标准 引用 了下 列文 件或 其中条 款 。 凡 是不 注日 期 的引用 文件 ， 其有 效版 本 适用于 本标 准。 HJ 93 环 境空 气颗 粒物 （PM 10 和 PM 2.5 ） 采样 器技 术要求 及检 测方 法 HJ 618 环境 空气 PM 10 和 PM 2.5 的 测定 重 量法 HJ 653 环境 空气 颗粒 物 （PM 10 和 PM 2.5 ）连 续自 动监测 系统 技术 要求 及检 测方法 HJ 655 环境 空气 颗粒 物 （PM 10 和 PM 2.5 ）连 续自 动监测 系统 安装 和验 收技 术规范 HJ 656 环境 空气 颗粒 物 （PM 2.5 ）手 工监 测方 法（ 重量法 ）技 术规 范 HJ 663 环境 空气 质量 评 价技术 规范 （试 行） HJ 817 环境 空气 颗粒 物 （PM 10 和 PM 2.5 ）连 续自 动监测 系统 运行 和质 控技 术规范 3 方法原 理 样品空 气通 过切 割器 以恒 定的流 量经 过进 样管 ， 颗 粒物截 留在 滤带 上。β 射 线 通过滤 带 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 量关系 见公 式（1）         2 1 ln 1 N N k m（1 ） 式中 △m 截 留在 滤 带上颗 粒物 的单 位面 积质 量，mg/cm 2 ； k 单位 质量 吸收 系数 （ 校准系 数） ，cm 2 /mg ； N 1 测定 周期 初始 测定 的 β 射线 量 ； N 2 测定 周期 截留 颗粒 物后测 定 的 β 射线 量。 2 4 干扰和 消除 4.1 β 射 线电 子流 的空 间分 布 不规则 或采 样系 统磨 损导 致的颗 粒物 截留 不均 匀等 因素， 会 产生测 定误 差。 4.2 颗粒物 的元 素组 成和 化学 成分对 单位 质量 吸收 系 数k 的影 响很 小。 4.3 颗粒物 放射 性对 β 射 线的 影响很 小。 部分 仪器 可以 通过检 测氡 气 α 放射 值， 减去其 产 生的 β 射 线影 响。 4.4 湿度对颗粒 物的测 定有一 定影响，可 采取动 态加热 方式减少湿 度的影 响，但 同时需要 控制加 热功 率和 加热 温度 以减少 挥发 性有 机物 的损 失。 5 试剂和 材料 5.1 滤带（膜） 可选 用玻璃 纤维材质、 石英材 质等无 机材质或聚 氯乙烯 、聚丙 烯、聚四 氟乙烯 、 混合 纤维 素等 有 机材质 。 滤带 （膜） 应边 缘平整 、 厚薄 均匀 、 无毛 刺、 无 污染， 不 得有针 孔或 任何 破损 。 在 规定膜 面流 速下 ，PM 10 采 样滤带 （ 膜） 要求 对 0.3 μm 颗粒物的 截 留效率≥99 ，PM 2.5 采 样 滤带 （ 膜） 要求 对 0.3 μm 颗粒物 的截 留效 率 ≥99.7 。 5.2 零膜片由 惰性材 料（如 聚碳酸酯、 铝、金 等）制 成，同清洁 的滤带 具有基 本相同的 面积质 量。 5.3 标准膜由 惰性材 料（如 聚碳酸酯、 铝、金 等）制 成，分为两 种，一 种标称 值为实际 面积质 量， 另一 种标 称值 为膜片 实际 面积 质量 减去 零膜片 面积 质量 的差 值。 6 仪器和 设备 6.1 β 射 线仪 测量装 置应 包括 切割 器、 进样管 、 密 封装 置、 滤带 支架 、β 射线 测量 系统 、 流 量控制 装 置、泵、 流速计或流量计等部分， 流量控制装置应能将采样 流量控制在设定值的 ±5范围 内， 不同 类型 β 射 线仪 器 系统组 成示 意图 见附 录 A 。 仪 器的 性能 指标 应符 合 HJ 653 的 要求。 注 进样管需具备动态加热装 置，加热温度范围根据实际情况 一般设置在 40 ℃ ～50 ℃ 之间 。 6.2 天平 分度值 不超 过 0.01 mg 。 7 分析步 骤 7.1 切割器 的选 择 根据所 测颗 粒物 粒径 大小 选择合 适的 切割 器。 当测 定 PM 10 和 PM 2.5 时， 切割 器性能 指 标应符 合 HJ 93 中 关于 切 割器捕 集效 率的 几何 标准 差要求 。 3 7.2 仪器的 安装 调试 新购置 的仪 器安 装后 ， 应 依据操 作手 册设 置各 项参 数， 并进 行调 试。 调试 指 标包括 温度 测量示 值误 差 、 大 气压测 量示值 误差 、 流量 测试 、 校准膜 重现 性和 参比 方法 比对调 试等 ， 调 试的检 测方 法和 指标 按 照 HJ 655 执 行。 仪器 设置 参 考条件 如下 进样管 加热 控制 湿 度高 时打开 加热 控制 。加 热控 制参数 采 用 HJ 655 参 比方 法比对 调 试合格 时的 条件 或采 用 HJ 817 准 确度 审核 合格 时的 条件。 采样时 间或 平均 浓度 时间 根据 监测 目的 设定 ，1 min ～60 min 。 采样流 量 在工 作环 境条 件下， 采气 流量 应保 持定 值， 以 保证 切割 器切 割效 率 。 走带速 度 根据 通过 采样 后滤带 β 射线 量不 小于 空 白滤带 的 25 或仪 器规 定 的颗粒 物 沉积量 上限 值等 确定 。 7.3 标准膜 检查 仪器运 行期 间应 定期 进行 标准膜 （ 自动 或手 动） 检 查， 检查 周期 不得 超过半 年。 如检 查 结果与标 准膜的标称值误差不在 ±2 范围内， 应对仪器进行 校准。 标准膜检查不合格 时需 进行仪 器校 准或 维修 。校 准程序 见 7.4 。 7.4 校准 7.4.1 校准周 期 7.4.1.1 校准膜 片法 校准 当标准 膜检 查结 果不 合格 时，需 对仪 器进 行校 准。 7.4.1.2 实际样 品称 重法 校准 周期 一般每 半年 进行 一次 校准 。 当 湿度 或挥 发性 组分 随 季节变 化较 大时 ， 可根 据 实际情 况缩 短校准 周期 。 7.4.1.3 维修后 校准 当定量 结果 相关 的仪 器部 件维修 后需 对仪 器进 行校 准。 7.4.2 零点校 准 校准时 泵停 止工 作， 避免 空气和 颗粒 物进 入采 样装 置。选 定量 程， 安装 滤带 或零膜 片 ， 按仪器 说明 书要 求进 行零 点校准 。 7.4.3 质量校 准 7.4.3.1 校准膜 片法 测定通 过滤 带 （膜 ） 的 β 射线量 ， 之后 在滤 带 （膜 ） 上 放置 标称 值为 实际 面 积质量 的标 准膜 ， 再 次测 定 通过 滤带 （ 膜） 和标 准膜 的 β 射线 量， 依据两 次 β 射 线量 测定 值 按照公 式 （1） 确定校 准系 数k 。 4 当使用 零膜 片和 标准 膜校 准时 ， 先 剪断 并抽出 滤带 ， 插 入零 膜片 ， 测 定通 过 零膜片 的 β 射线量 ， 移去 零膜 片， 插入 标称值 为膜 片 实 际面 积质 量减去 零膜 片面 积质 量差 值的 标 准膜 再 次测定 ，依 据两 次 β 射 线 量测定 值按 照公 式（1） 确 定校准 系 数k 。 7.4.3.2 实际样 品称 重法 按 HJ 618 、HJ 656 的要 求 ， 称量 5 个 空白 滤 带 （膜 ） 重量 ， 测 定 5 个空 白滤 带 （膜 ）β 射线量 。 使用 上述 5 个空 白滤 带 （ 膜） 采集 样品 ， 可 通过控 制采 样时 间获 得不 同颗 粒 物质 量 浓度的 样品 ，5 个 样品的 颗 粒物质 量浓 度应 涵盖 当地 颗粒物 浓度 水平 范围 ， 测 定采样 后滤 带 （膜 ）β 射线 量。 对 5 个滤 带 （ 膜） 采样 前后 β 射 线 衰减 量 ln （N 1 /N 2 ） 与颗 粒 物质量 进行 线 性回归 ，斜 率即 为校 准系 数k 。 注 1 采用实际样品称重法时 ，如果用于校准的滤膜材质与测定实际样品的滤带材质不一样，可能对 测量结果有一定 影响，因此 应 使用与滤带同一 材质的校准 用 滤膜，避免由于 材质不同引 起 的校 准因子差别。 注 2 以上两种质量校准方法 可以任选一种进行。 7.5 样品的 测定 仪器稳 定后 开始 测定 。 8 结果计 算与 表示 8.1 结果计 算 实际状 态下 的颗 粒 物 浓度 按照公 式（2） 进行 计算 （2） 式中 ρ 实际 状态 下环 境空气 中颗 粒物 的浓 度， g/m 3 ； Δm 截留 在滤 带上 颗粒 物的单 位面 积质 量，mg/cm 2 ； S 截留 在滤 带上 颗粒 物 的面积 ，cm 2 ； t 采 样时 间，min ； Q 实 际状 况下 的采 样 流量，L/min 。 8.2 结果表 示 测定结 果保 留整 数位 。用 于空气 质量 评价 的监 测数 据统计 方法 按 照 HJ 663 执 行，数 据 有效性 判断 按 照 HJ 817 执 行。 6 10    Q t Δ m S ρ 5 9 精密度 和准 确度 9.1 精密度 六家实 验室 对各 自实 验室 两种不 同浓 度标 准膜 片分 别进行 了 6 次重 复测 定 ， 相对 标准 偏 差为 0.1 ～2.1 。 9.2 准确度 六 家 实 验 室 对 各 自 实 验 室 不 同 浓 度 标 准 膜 片 分 别 进 行 了 6 次 重 复 测 定 ， 相 对 误 差 为 0.2 ～1.4 。 10 质量保 证和 质量 控制 10.1 每月进 行一 次气 路检 漏和 流量检 查 ， 每 季度 进行 一 次气温 和气 压测 量结 果检 查， 每半 年用标 准湿 度计 进行 一次 气体湿 度传 感器 检查 ， 每半 年进行 一次 数据 采集 仪记 录数据 和仪 器 显示或 储存 监测 结果 一致 性检查 。检 查结 果不 符 合 HJ 817 的 合格 指标 时， 需 进行校 准。 10.2 每年进行一次流量、气温、气压、湿度和仪器准确度审核，审核的指标和方法按照 HJ 817 执行 。如 果当 地湿 度或挥 发性 组分 随季 节变 化较大 时， 可以 缩短 仪器 准确度 审核 周 期 。 11 注意事 项 使用 的 β 射线 源应 符合 放 射性安 全标 准， 仪器 报废 后应按 照有 关规 定处 置放 射源。 6 附录 A （资料 性附 录） 不同类 型颗 粒物 仪器 系统 组成示 意图 1- 切割器；2- 进样管；3-β 射线 放射源；4-β 射线检测器；5- 滤 带；6- 泵。 图A.1 同 时采 样和 测量 单源 β 射 线仪 1- 切割器；2- 进样管；3-β 射线 放射源；4-β 射线检测器；5- 滤 带；6- 泵。 图A.2 采 样测 量分 开式 双源 β 射 线仪 7 1- 切割器；2- 进样管；3-β 射线 放射源；4-β 射线检测器；5- 滤 带；6- 泵。 图A.3 采 样测 量分 开式 单源 β 射 线仪 1- 切割器；2- 进样管；3-β 射线 放射源；4-β 射线检测器；5- 空 白滤膜；6- 泵；7- 采样过程中 的滤膜；8- 采样后滤膜 。 图 A.4 单 独滤 膜采 样测 量分开 式单 源 β 射线 仪 8 附录 B （资料 性附 录） 检出限 的确 定方 法 取下颗 粒物 切割 器， 安装 高效空 气过 滤器 。仪 器运 行稳定 后， 以 1 小 时间 隔 读取 25 个 小时平 均值 数据 ，计 算标 准偏差 ，以 标准 偏差 的 2 倍，作 为方 法检 出限 。 注 高效空气过滤器性能指标 应符合高效空气过滤器 （GB/T 13554 ）要求。