朱一川   张   晶  
(北京宾达绿创科技有限公司, 北京 100035)

摘要:    本文论述了光散射法应用于室内空气中可吸入颗粒物PM10检测的科学性可行性及法律依据,并介绍了光散射测尘仪器的最新成果带有PM10PM5PM2. 5多种粒子分离切割器,实现了连续监测粉尘浓度与滤膜采样兼容的LD-5C型微电脑激光粉尘仪

关键词:  环境监测  可吸入颗粒物检测  光散射法  粉尘仪

 

 

一.     引言

经典测尘方法—滤膜称重法是测定可吸入颗粒物质量浓度的基本方法。关于基本测尘方法早在八十年代中期制定的国家标准:BG574885《作业场所空气中粉尘测定方法》以及GB6921-86《大气飘尘浓度测定方法》中均作了明确的规定。在GB5748-853.5特别指出:“本方法为基本方法。如果使用其他仪器或方法测定粉尘质量浓度时,必须以本方法为基准。这一表述一方面确定了滤膜称重法作为基准方法的地位,同时也为其他测尘技术,特别是便携式快速测尘方法的采用提供了可能。

在公共场所等室内环境中,空气中的粉尘浓度比作业场所要低很多,在实际工作中,滤膜采样要达到0.5mg1mg以上的增重往往需要采样2-4小时,再加上采样以后的滤膜干燥、恒重、计算等步骤,使滤膜称重法在实际应用中存在操作繁琐、费时、以及不能及时得到现场测定结果等缺点,而无法满足实际工作的需要。

二十世纪七十年代发展起来的光散射法所形成的便携式快速测尘仪具有快速、灵敏、体积小、重量轻、噪声小、操作简便、能现场直接读数等优点。这一方法和仪器的发展,为空气中可吸入颗粒物现场检测提供了新的途径。特别是卫生部行业标准WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)测定方法 光散射法》发布实施以后,使便携式快速测尘仪器在公共场所及室内卫生检测中的应用有了法律依据。目前,光散射法测尘仪器如P-5L2C型便携式微电脑数字粉尘仪以及LD-3C型袖珍式微电脑激光粉尘仪已在全国各地得到广泛的应用。在这里我们就光散射法应用于室内环境空气可吸入颗粒物PM10检测的科学性可行性、法律依据以及光散射测尘仪的最新成果LD-5C型微电脑激光粉尘仪作一介绍

 

二.     光散射测尘法应用的科学性可行性

国家标准规定滤膜称重法为颗粒物检测的基准方法, 光散射测尘法在环境可吸入颗粒物PM10检测中应用必须解决两种方法测量数据的转换问题。为此在预防医科院环监所(目前为中国CDC环境与健康相关产品安全所)组织下,成立了全国光散射测尘仪质量浓度转换系数(K) 研究协作组。协作组选择P-5L2便携式数字粉尘仪(可见光光散射型)LD-1光粉尘仪(光散射型)作为K值研究的仪器,并对仪器的精密度和准确度进行了测定。在确定仪器总不确定度Relative overall uncertaintyROU)达到国家标准要求后,全国各地进行了K值测,得出了公共场所光散射测尘仪K值経验值,卫生部行业标准WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)测定方法 光散射法》的制定提供了科学依据。

1总不确定度亦可称为总准确度OSA)评价方法及标准要求

在“公共场所可吸入颗粒物(PM10)检验标准方法-光散射法”标准中规定:在测定范围内,光散射法与滤膜采样-称重法相比较,测定总不确定度,在95%置信水平,相对误差应小于或等于25%总不确定度ROU计算公式如下:

               

 ROU = [|b|+2|MRSD|] %          (1)

 

式中:b(准确度)-两个方法对比测定相对误差的算术平均值(%);

      MRSD(精密度-光散射法测定相对标准差的几何平均值(%)。

 

2光散射测尘仪精密度、准确度及总不确定度实测结果

中国预防医科院环工所 P5-L2数字粉尘仪和LD-1(H)激光粉尘仪的精密度和准确度进行了测定,结果列于表1、表2及表3、表4

 

21可见光光散射测尘仪(P5-L2数字粉尘仪)测定结果(见1、表2):

 

1   P-5L2精密度测量结果(mg/m3

 

商场

n=5

宾馆

n=8

会议室

n=6

候车室

n=7

图书馆

n=8

891144 (仪器编号)

891186 (仪器编号)

0.279

0.340

0.250

0.250

0.198

0.203

0.102

0.118

0.080

0.088

      

      

相对偏差(%)

0.310

0.031

10.0

0.250

0

0

0.201

0.002

1.0

0.110

0.008

7.3

0.084

0.004

4.8

MRSD

6.0%

 

2  P-5L2准确度测量结果(mg/m3

 

商场

n=10

宾馆

n=16

会议室

n=12

候车室

n=14

图书馆

n=16

   

P5—L2

0.31

0.318

0.25

0.260

0.20

0.197

0.11

0.105

0.08

0.083

      

相对偏差(%)

0.008

2.6

0.010

4.0

0.003

1.5

0.005

4.5

0.003

3.8

b

3.3%

 

根据公式(1),计算出P5-L2数字粉尘仪的总不确定度为:

ROU = (3.3%+2×6.0%)=15.3%

 

22  激光光散射测尘仪(LD-1H)激光粉尘仪)测定结果(见3、表4):

3  LD-1H)精密度测量结果(mg/m3

 

商场

n=5

宾馆

n=8

会议室

n=6

候车室

n=7

图书馆

n=8

980068 (仪器编号)

980070 (仪器编号)

0.307

0.300

0.255

0.251

0.205

0.210

0.109

0.109

0.085

0.085

      

      

相对偏差(%)

0.304

0.004

1.3

0.253

0.002

1.0

0.208

0.003

1.4

0.109

0

0

0.085

0

0

MRSD

1.0%


4   LD-1H)准确度测量结果(mg/m3

 

商场

n=10

宾馆

n=16

会议室

n=12

候车室

n=14

图书馆

n=16

     

LD­—1(H)

0.31

0.279

0.25

0.270

0.20

0.214

0.11

0.091

0.084

0.091

      

相对偏差(%)

0.031

10.0

0.020

8.0

0.014

7.0

0.109

17.3

0.007

8.3

b

10.1%

根据公式(1),计算出LD-1H)激光粉尘仪的总不确定度为:

ROU =(10.1%+2×1.0%)=12.1%

上述结果表明P5-L2数字粉尘仪和LD-1激光粉尘仪的总不确定度(ROU)分别为15.3%12.1%,均达到标准中规定的在95%置信水平,相对误差小于等于25%的要求。

 

三.  光散射测尘仪在室内PM10检测中应用的法律依据

1.为了适时有效地对公共场所空气中的可吸入颗粒物进行检测,卫生部行业标准WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)测定方法 光散射法》于20011114日发布,200251日正式实施。

该标准规定采用光散射式数字粉尘仪测定公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)浓度。标准同时还规定了光散射式粉尘仪的质量控制要求。到目前为止,除滤膜称重法作为基准方法外,光散射测尘法是各种快速测尘方法中唯一进入标准的方法。

2.标准附录B,作为标准的附录给出了光散射测尘仪器公共场所的质量浓度转换系数K值(见表5

5质量浓度转换系数K

 

密闭空调间

一般公共场所

可见光散射

数字粉尘仪K1

范围

建议值

范围

建议值

0.013~0.015

0.014

0.016~0.021

0.02

激光光散射

数字粉尘仪K2

范围

建议值

0.0007~0.0011

0.001

 

3.在卫生部标准WS/T206-2001中对标准的适用范围作了如下规定:

本标准适用于公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)浓度的快速测定,也适用于其他室内空气中可吸入颗粒物(PM10)浓度的快速测定。”;因此,在公共场所以外的其他室内采用光散射式粉尘仪测定空气中可吸入颗粒物(PM10)浓度是有法律依据的。

 

4卫生部卫监督发 [2006] 58号文件发布实施的《公共场所集中空调通风系统卫生规范》附录C规定中央空调送风中可吸入颗粒物(PM10)浓度测定仪器为便携式直读仪器,光散射式粉尘仪如LD-3C以及最新型的LD-5C微电脑激光粉尘仪的技术指标与规范要求的各项指标完全一致,特别是LD-5C型仪器采用了强力抽气泵,使其更适合需配备长采样管的中央空调排气口PM10可吸入颗粒物浓度的检测。

 

光散射式测尘仪器最新进展

1 新世纪测尘仪器发展方向

11为研究不同粒径颗粒物对人体健康的危害,设计不同的捕集特性的切割器:

PM10   D50 =10μm   可吸入颗粒物(可吸入胸部气管的部分);

PM5    D50 =5μm    呼吸性粉尘(可吸入肺泡的部分);

PM2.5  D50 =2.5μm  微粒(微细粒子研究)。

12实现快速、适时、连续检测

13 配置在线滤膜采样器

 

14 提高仪器的测量精度

15 确保仪器的重现性、稳定性、可靠性

16扩展数据处理功能,直度读质量浓度(mg/m3,计算最大值、平均植、TWASTEL

17 人性化的人机界面:大屏幕显示、汉字提示和各种菜单;

18 实现与PC机双向通讯,增强数据处理功能;

19 小型化、轻便化;

110 根据国际通用标准及我国国家标准的要求进行设计。

 

2.新世纪测尘仪器概况

1是当今国际、国内最新研制成功的测尘仪器的主要技术指标对比。

 1

产地、型号

捕集器

流量L/min

灵敏度

量程

mg/ m3

稳定性措施

在线滤膜采样器

英国CEL公司

Microdust

TSPPM10PM2.5

3.5

0.001

0~2500

标准光学插件

美国SKC

EPA-5000

PM10PM2.5

PM1.0

3.0

0.001

0~200

标准光学插件

47mm滤膜在线采样器

美国TE公司

DR-4000

PM10PM2.5

PM1.0

 

0.0001

0~400

 

77mm滤膜在线采样器

美国TSI公司

Mold8520

PM10PM2.5

PM1.0

2.4

0.001

0~100

优化设计

 ±0.001mg/m3

德国Hud公司

(实验室装置)

PM50PM10

PM4.5

0.5

 

三路连续监测

 

三路在线采样器

北京宾达绿创科技有限公司

LD-5C

PM10PM5

PM2.5

2.0

0.001

0~100

标准光学散射板

40mm滤膜在线采样器

美国R&P公司

TEOM-1400a

TSPPM10

PM2.5PM1.0

16.7

0.005

0~1000

50℃恒温器

47mm滤膜在线采样器

 

3.光散射测尘仪器的最新成果LD-5C型微电脑激光粉尘仪

带滤膜在线采样器的新型微电脑激光粉尘仪, 在连续监测粉尘浓度的同时, 可收集到颗粒物,以便对其成份进行分析,并求出质量浓度转换系数K值。可直读粉尘质量浓度(mg/m3, 具有PM10PM5PM2.5切割器供选择. 仪器采用了强力抽气泵,使其更适合需配备较长采样管的中央空调排气口PM10可吸入颗粒物浓度的检测

仪器符合卫生部WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)测定法-光散射法》、劳动部LD98-1996《空气中粉尘浓度的光散射式测定法》、铁道部TB/T2323-92《铁路作业场所空气中粉尘测定相对质量浓度与质量浓度的转换方法》以及国家职业卫生标准  GBZ2-2002工作场所有害因素职业接触限值》及GBZ 1592004工作场所空气中有害物质监测的采样规范等国家标准行业标准

31仪器原理

LD-5C型仪器是根据光散射原理设计的带滤膜在线采样器的微电脑激光粉仪。仪器以半导体激光器为光源,光电二级管做接受部件,含尘空气由采样口吸入,经可更换切割器(PM10PM5PM2.5)分离,除去粗大粒子,进入检测器暗室,暗室中的粉尘在激光照射下产生散射光,经前向接受并转换成与散射光强度及粉尘浓度成正比的的每分钟脉冲计数,最后通过仪器的微处理器计算出粉尘质量浓度Cmg/m3:

C =(RBk                           (2)

式中:  R -仪器计数值,CPM

B -基底值(仪器检查表记载值), CPM

              K -质量浓度转换系数mgCPM×m3

32仪器设计的技术创新

 3.2.1 设计了可更换的粒子切割器,实现了PM10PM5PM2. 5多种粒子分离切割器兼容。

3.2.2 设计了在线滤膜采样器,实现了连续监测粉尘浓度与滤膜采样兼容,可以分析所收集到颗粒物的成份以及求出该场所的质量浓度转换系数K值。

3.2.3 仪器已将卫生部标准WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)测定方法-光散射法》附录B中的K值存入芯片,可直接测出符合标准的质量浓度值(mg/m3

3.2.4 设计了恒流控制器,实现了吸入空气流量的闭环控制,在滤膜采样使气流阻力不断增大的情况下,确保采样流量的恒定,以保证切割曲线的正确。

3.2.5 设计了具有发射功率自稳定系统的超小型激光发射单元及微型激光接收器,实现了高灵敏度、高稳定性,检测灵敏度达到0.001mg/m3

3.2.6 具有光路自清洗系统,避免了粉尘对仪器核心部件-光学系统的污染,提高了仪器的可靠性。

3.2.7 通过计算机软件实现仪器零点的自动调节,提高了仪器测量精度,方便了用户使用。

3.2.8 仪器的小型化,轻便化以及具有数据存贮及回放功能,即回到实验室仪器可将所存贮的数据导入PC机进行处理之功能,从而使其更适合公共场所及劳动作业场所的流动性的粉尘现场测定

3.2.9 仪器设计了定时采样机构,可根据设定时间定时采样,定时启动及关闭,所得数据可通过微型打印机记录或导入PC机进行数据处理,而使仪器适合于大气环境可吸入颗粒物连续监测。

3.2.10 仪器可设定粉尘浓度超标报警阈值,粉尘超标时自动声光报警,或将信号传输到控制中心进行监控。

3.2.11 仪器设计了遥测接口,可对空气净化器进行评价,绘制净化效率评价曲线。

3.2.12 除适合公共场所粉尘监测的一般测量和适合大气环境监测的定时采样外,新增加了劳动卫生模式,在此模式下,根据工业企业卫生标准(GBZ1-2002)和工作场所有害因素接触限值(GBZ2-2002)标准,计算出时间加权平均值(TWA)以及短时间接触容许浓度(STEL)。

3.2.13 采用大屏幕液晶显示器,并实现了汉字菜单提示。

3.2.14 采用红外激光为发射光源,具有良好的单色性,减小了质量浓度转换系数的变化范围。

3.2.15 新型仪器形成一个系列,通过配备不同流量的抽气泵和不同的粒子切割器,以满足公共场所颗粒物检测、劳动卫生粉尘测定以大气环境粉尘监测的不同需要。

 

.小结

可吸入颗粒物PM10检测是室内卫生检测的重要组成部分,滤膜采样称重法是可吸入颗粒物PM10检测的基准方法。为了提高公共场所卫生检测中PM10的检测效率,卫生部20025月发布实施了WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)测定方法  光散射法》,标准给出了光散射法在公共场所使用的质量浓度转换系数K植,使光散射法的仪器读数与基准方法-滤膜称重法一致,从而解决了光散射法应用的关键问题。该标准在适用范围中规定:“标准适用于公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)浓度的快速测定,也适用于其他室内空气中可吸入颗粒物(PM10)浓度的快速测定”,从而为光散射快速测尘仪器在室内卫生检测中应用提供了法律依据。

目前,快速测定技术有了很大的进展,连续适时检测与滤膜采样相结合,PM10PM5PM2.5等多种切割头兼容以及不断提高仪器的灵敏度、可靠性、稳定性是当前快速测尘仪器的发展方向。LD-5C型微电脑激光粉尘仪正是根据国际测尘技术最新思路设计的新型测尘仪器,在室内卫生检测, 劳动作业场所卫生检测以及大气环境监测等领域有广泛的应用前景。

 

参考文献

[1] WS/T 206-2001 《公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)测定方法  光散射法》中华人民共和国卫生部 2001-11-14发布,2002-05-01实施.

[2] GB/T 17095-1997 《室内空气中可吸入颗粒物卫生标准》国家技术监督局, 中华人民共和国卫生部  1997-11-11发布,1998-12-01实施.

[3] 卫生部卫监督发 [2006] 58号文件:《公共场所集中空调通风系统卫生规范》附录C2006.2.16

[4] 刘凡等,P-5L2, LD-1(H) 粉尘仪 测试报告》,中国预防医学科学院环境卫生与环境工程研究所, 1999.11.5.

[5] 朱一川 ,《公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)监测之质量浓度转换系数(K)经验值的确定》, 中国环境卫生, 3 3,4  2000.11.1.

 

Application of Light Scattering in the Indoor Environment Detection of PM10

and Latest Developments of Dust Monitor

 

               Yichuan Zhu, Jing Zhang, Wengang Zhou and Xin Bi

(Beijing BINTA Green Technology Co., Ltd.Beijing100035)

 

Abstract:  This paper discusses the light scattering method for indoor air inhalable particulate matter (PM10) detection of scientificfeasibility and legal basis ,and introduces dust-light scattering measurement equipment with the latest results – LD-5C Microcomputer laser dust monitor with the various cutters 0f PM10, PM5, PM2.5 and a continuous monitoring of dust concentration and membrane sampling .

 

Key word:  environmental monitoring;  air inhalable particulate matter monitoring;  light scattering;  dust monitor.

 


2014年07月23日

P—5L2C型微电脑数字粉尘仪及光散射法在劳动作业场所粉尘监测中的应用

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