PM2.5監測儀器的技術之爭
http://www.debgrams.com 2012-04-26 10:22 來源：中國環境報
導讀：今年，京津冀、長三角、珠三角等重點區域以及各直轄市、省會城市和計劃單列市要按照新的《環境空氣質量標準》開展監測工作。由中國環境監測總站承擔的PM2.5監測儀器比對工作還未結束，對于地方環境監測部門來說，現在該如何選擇監測儀器？基于不同原理研發的監測儀器，為何會有較大差距？
PM2.5這個小顆粒引起的大爭議還在繼續。
眼下，各地環保部門正在積極籌措加強環境空氣質量監測工作，監測行業成為備受關注的焦點。根據初步估算，全國388個地級以上城市購置相關監測設備需要20多億元。
今年年初，一則關于PM2.5監測設備的報道引人注目：振蕩天平法儀器的監測結果較β射線法偏低15％~17％，這也是去年北京市環保局的監測數據比美國大使館低的原因之一。事實是否真的如此？
今年，京津冀、長三角、珠三角等重點區域以及各直轄市、省會城市和計劃單列市要按照新的《環境空氣質量標準》開展監測工作。由中國環境監測總站承擔的PM2.5監測儀器比對工作還未結束，對于地方環境監測部門來說，現在該如何選擇監測儀器？基于不同原理研發的監測儀器，為何會有較大差距？
監測PM2.5到底難在哪？
振蕩天平法和β射線法儀器測得的數值都要與手工采樣結果進行比對
“振蕩天平法和β射線法的測量原理都沒有錯，不能籠統地說哪個偏高或偏低，這兩種方法測得的數據都不是真值。顆粒物的構成很復雜，不像二氧化硫等污染物那樣容易測量，各地的顆粒物成分也可能不同，監測工作因此就更為困難。現在，以手工采樣的重量法作為基準，其他方法的監測值是否準確，要與手工采樣的結果進行比較，手工采樣測得的數值才被認為是真值。”中國環境監測總站大氣室主任王瑞斌告訴記者，雖然手工采樣也可能有顆粒物損失等問題，但在目前技術水平所能達到的范圍內，就認為這是基準。
2011年11月1日，《環境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》(HJ618—2011)開始實施。所謂重量法，是指分別通過具有一定切割特性的采樣器，以恒速抽取定量體積空氣，使環境空氣中PM2.5和PM10被截留在已知質量的濾膜上，根據采樣前后濾膜的重量差和采樣體積，計算出PM2.5和PM10的濃度。
振蕩天平技術是上世紀80年代，由美國R&P公司應用于環境顆粒物自動監測領域的。在儀器中測量樣品質量的微量振蕩天平傳感器主要部件是一支一端固定、另一端裝有濾膜的空心錐形玻璃管，樣品氣流通過濾膜，顆粒物被收集在濾膜上。在工作時，空心錐形玻璃管處于振蕩狀態，振蕩頻率會隨著濾膜上收集顆粒物質量的變化發生改變，儀器通過準確測量頻率變化得到顆粒物的質量，然后根據收集這些顆粒物時采集的樣品體積計算出樣品的濃度。
“但是，在測量過程中，為了消除水汽影響，需要加溫，但加溫過程會造成顆粒物中揮發性物質的損失，從而影響數據準確性。”王瑞斌告訴記者。為了解決這一問題，賽默飛研制出了濾膜動態測量系統(Filter Dynamic Measurement System，以下簡稱FDMS)，可對儀器結果進行校準。
“FDMS不是某種補償措施，而是真正意義上能夠準確測量到揮發性顆粒物，這是FDMS的設計初衷。”賽默飛世爾科技(中國)有限公司中國商務運營總監周曉斌強調。
在β射線法PM2.5顆粒物監測儀中，樣品氣體的相對濕度被調整到35％以下，樣品進入儀器主機后顆粒物被收集在可以自動更換的濾膜上。濾膜兩側分別設置了β射線源和β射線檢測器。隨著濾膜上收集的顆粒物越來越多，顆粒物質量也隨之增加，β射線檢測器檢測到的β射線強度也會相應地減弱。儀器通過分析β射線檢測器的信號變化得到一定時段內采集的顆粒物質量數值，結合相同時段內采集樣品體積，最終得出采樣時段的顆粒物濃度。
據介紹，PM2.5監測的最大挑戰就是水的問題和揮發性顆粒物的捕捉問題。即使采用手工采樣，也會出現這些問題。采訪中，周曉斌一直在強調，“只有發明了FDMS，才能真正測量PM2.5中揮發性顆粒物的情況”。
而業內專家表示，加裝FDMS后，儀器的維護更為復雜，尤其是在國內顆粒物成分復雜的情況下。
周曉斌也承認，加裝了FDMS后，維護工作量會增加。“振蕩天平法儀器在美國的使用率達到62％左右，捕捉了別的方法不能捕捉的東西，這是有代價的，包括價格、維護等方面。目前，我們已經對這一儀器進行了改良，并在努力提高售后服務的能力。”
該如何選擇監測儀器？
組織開展PM2.5手工標準方法和自動監測方法的比對測試
對于正在籌備PM2.5監測工作的全國各地環保部門來說，該如何選擇監測儀器？據記者了解，由中國環境監測總站牽頭的比對工作正在進行，目前還沒有形成最終報告。
為確保“十二五”PM2.5監測工作順利開展，中國環境監測總站在去年12月開始著手準備PM2.5自動監測方法適用性比對測試工作，并制定了《PM2.5自動監測方法適用性比對測試實驗方案》。
根據中國環境監測總站網站的消息，參考美國EPA對PM2.5自動監測儀器的認證方法，以我國手工監測標準方法為標準，要對不同廠家、不同原理的環境空氣自動監測儀進行單機比對測試，以全面了解PM2.5監測中的β射線方法、β射線方法聯用濕度補償和光散射法、振蕩天平(TEOM)方法、振蕩天平聯用膜補償測量方法(TEOM－FDMS)等國內外主流監測方法與手工標準監測方法之間的差異，為我國“十二五”空氣監測工作中PM2.5監測技術路線確定、監測技術規范編制提供技術支持。
2012年1月8日起，中國環境監測總站大氣室先后調集了美國賽默飛世爾科技公司、美國MetOne公司、河北先河環保、北京中晟泰科公司、武漢天虹公司、安徽藍盾光電子公司等國內外企業的9種PM2.5自動監測儀器，以及美國賽默飛世爾科技公司、德國Derenda公司、武漢天虹公司等國內外廠家的4種手工采樣監測儀器。
2012年1月中旬開始，中國環境監測總站根據已編制的PM2.5監測方法適用性測試方案，組織開展了PM2.5手工標準方法和自動監測方法的比對測試。
“我們所做的是嘗試給大家一個建議，但目前還沒做完。對于這個測試，我們非常慎重，數據要足夠充分，才能證明選型是合適的。如果達到這一標準，我們會在合適的時候公布一些型號。但目前的測試多是在污染較少、干燥天氣下進行的，影響儀器性能的大霧天氣較少，還需要進一步測試。”
王瑞斌提醒，不要糾結于原理，每一種原理都有很多廠家采用，涉及的儀器有很多型號，但不是所有都可以用，要重結果而不是重原理，關鍵是要測量準確。“儀器出現誤差是很自然的現象，我們對儀器誤差是認可的。一個高10％，一個低10％，20％就出來了。如果大家采用了國家認可的型號，結果就是國家認可的。”
相比而言，采用振蕩天平法技術的企業較少，國外主要是美國賽默飛世爾公司，安徽藍盾光電子、武漢天虹等國內廠商也都吸收和引進了這一技術并生產出自己的設備。美國賽默飛世爾、美國METONE、先河環保、武漢天虹等國內外企業生產β射線法監測設備。
南北方不同的氣候條件對儀器有不同要求嗎？“如果實驗數據表明在南北方不同的條件下，儀器表現有差別，會出臺明確意見，如果沒有數據支撐，不能想當然地說南方或者北方不能用什么。”王瑞斌說。
美國花了10年，我們用幾個月行嗎？
競爭是必須的，希望是良性的競爭，對市場、企業、用戶、政府、技術發展革新都有好處
今年3月，記者在北京見到了賽默飛世爾科技空氣質量儀器副總裁兼總經理MichaelNemergut。他表示，賽默飛已經拜訪了美國大使館，希望能將它們的儀器也放到美國大使館進行PM2.5監測，但目前還沒形成相應的機制。
“對于PM2.5的監測問題，美國花了10多年的時間來研究，中國要用幾個月時間來跨越，挑戰性無疑是很大的。中國沒有必要也不應跟著美國走，中國比美國的情況更復雜，但國內應該可以從中借鑒經驗，將自己的工作做得更好。”周曉斌說。
據介紹，美國EPA對于PM2.5的監測始于1999年，但在2008年之前，一直采用聯邦參比法(簡稱FRM)也就是手工稱重法作為標準方法監測并報送數據。從2008年開始，EPA開始使用聯邦等效法(簡稱FEM)，并先后認證了6臺監測儀器，包括振蕩天平法、β射線法等。
周曉斌告訴記者，美國目前還有大批未經EPA認證的PM2.5監測儀器仍在使用，經過EPA認證后的PM2.5監測儀器要加裝FDMS，但這并不是強制標準。如果加裝了FDMS，監測結果會被認定為FEM結果，沒有加裝FDMS的監測結果會被認定為PRE－FEM結果，都需要與FRM進行比對校準。“FEM結果需要每6天與FRM結果比對一次，而PRE－FEM的監測結果需要每3天比對一次。”
雖然各種爭論和報道不斷出現，但國內對PM2.5監測儀器的大規模采購尚未開始。對于這個即將開啟的市場，國內外相關監測儀器企業都在密切關注。
在中國環境監測總站進行的比對測試中，河北先河環保公司的XHPM－2000E監測儀(PM2.5自動監測儀)也在其中。先河環保在今年2月20日的一份澄清公告中表示，“目前，公司在PM2.5自動監測儀技術及產品方面均有充分儲備，能夠滿足政府不同層次的采購需求。”
“競爭是必須的，沒有競爭就沒有發展。我們希望是良性的競爭，對市場、企業、用戶、政府、技術發展革新都有好處。賽默飛可以提供EPA認證的6款儀器中的4款。我們有更寬的產品線，可以滿足不同客戶的需求。如果選擇價格低廉、維護工作量小的，我們有β射線法；如果資金寬裕，考慮揮發性顆粒物，則可用振蕩天平法。”周曉斌說。
據介紹，監測儀器的生命周期一般為6~8年，如何在這樣一個周期內保證穩定運行，是各地環境監測部門在采購儀器時必須慎重考慮的問題。
根據周曉斌提供的數據，賽默飛目前在國內市場售出的PM2.5監測儀器有100多臺，包括振蕩天平法和β射線法。
對于賽默飛儀器在國內外的價格差異，周曉斌說，賽默飛在國內市場銷售的儀器根據不同原理和不同配置，價格在十幾萬元到三十幾萬元之間，“國內市場價格不是簡單地用美國市場價格乘以匯率得來的，還要加上7％的關稅、17％的增值稅、運費等。國內是競爭性很強的市場，我們不可能在美國賣10元，在國內賣12元。”
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