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环境空气PM2.5源解析监测赛默飞世尔科技（中国）有限公司环境产品与服务2014年4月2Agenda•环境空气PM2.5源解析监测的意义•美国PM2.5化学组分监测网络•中国PM2.5源解析监测•ThermoFisher环境空气PM2.5源解析监测解决方案环境空气PM2.5源解析监测的意义4从污染监测到污染控制的“桥梁”全国PM2.5质量浓度监测PM2.5污染控制5PM2.5源解析监测是定量源解析的基础•PM2.5的源解析技术通过关联环境监测数据和特定源排放的化学特征，得出主要的源的种类及其对特定地点的大气PM2.5的定量影响。−制定科学的环境空气质量标准−制定合理、经济的PM2.5治理措施受体模型•化学质量平衡•富集因子•多元线性回归•特征向量分析特定污染源化学特征主要污染源对受体点PM2.5的贡献PM2.5化学组分和前体物监测数据确定主要污染源完整、准确的监测数据是精确定量源解析的基础美国PM2.5化学组分监测网络（CSN）7•1997年，美国EPA开始在全国建立PM2.5化学组分监测网络•目前，化学组分监测网络共有大约200个站点，能见度行政保护站点约180个，覆盖全国各个地区•站点位置的选择需要考虑：−监测目的−空间范围代表性−污染源状况−气象数据−PM2.5的质量浓度和组分历史数据监测网络设计站点类型监测目的目标监测参数采样频率国家趋势站点（TrendsSites）进行PM2.5化学组分的长期连续监测，数据用于评估污染趋势及空气质量标准的制订质量浓度、痕量元素、SO4、NO3、NH4、Na、K、含碳组分每3天采样，其中10个每天采样州和地方监测补充站点（SLAMS）非强制，加强污染趋势评估，提供的信息用于帮助各个州制订污染控制计划站点自行设定，需要满足监测目的需求站点根据污染源排放自行设定能见度行政保护监测站（IMPROVESites）评估PM2.5化学组分与能见度降低及区域灰霾形成之间的关系质量浓度、痕量元素、SO4、NO3、NH4、Na、K、含碳组分每3天采样8目标监测参数•目标监测参数的确定需要对监测目的、PM2.5主要组分、可用滤膜类型、分析技术现状等信息综合考虑•趋势站点中要求监测的参数−采样滤膜质量−无机元素：Al,Si,S,Cl,K,Ca,Ti,V,Cr,Mg,Fe,Ni,Cu,Zn,As,Se,Br,Cd,Pb−离子成分：SO42-、NO3-、NH4+、Na+、K+−含碳组分：OC、EC•州和地方补充站点可根据其监测目的和污染源情况自行决定目标监测参数，除趋势站点要求外：−鼓励分析其他无机元素−鼓励分析其他的离子组分，如H+、Cl-等−鼓励鉴别有机碳种类−鼓励从含碳组分中区分出半挥发性有机物9采样方法•趋势站点使用的采样器要符合如下规定，州和地方补充站点可根据具体需要选择采样方法：−采样器切割点和分离曲线与FRM等效−采样器的采样速度和采样体积与FRM相同−采样器配备经过验证的溶蚀器技术−采样器坚实可靠，且采样方法通过现场验证•美国EPA推荐的趋势站点物种采样器如下采样器种类通道溶蚀器及滤膜质量无机元素SO42-NO3-颗粒相NO3-挥发的NO3-NH4+,Na+,K+TC,OC,EC,CCIMPROVE（URG）123PTFENa2CO3/NylonQuartz1●●●●●●MASS400(URG)1Na2CO3/PTFEBackupNylon●●●●●●MASS4501Quartz●URG3000N4Quantz●RAAS(Andersen)1234QuartzPTFEOptionalMgO/Nylon●●●●●●●SASS(MetOne)12345PTFEPTFEMgO/NylonQuartzOptional●●●●●●●10分析方法•建立分析实验室体系，满足每年几千张滤膜的化学分析需求：−全国站点数目−站点采样频率−州和地方分析实验室的参与程度•分析实验室体系需要建立的指导规范文件涉及：−采样前后，滤膜的处理、运输和保存−分析标准操作流程（分析过程、数据处理和发布等）−质量保证体系•分析技术−趋势站点对于目标监测参数的分析方法如下表−鼓励州和地方补充站点应用经过验证的在线监测方法，鼓励应用GC-MS等方法进行有机物鉴定目标监测参数滤膜类型分析方法质量PTFE滤膜称重法无机元素（Al,Si,S,Cl,K,Ca,Ti,V,Cr,Mg,Fe,Ni,Cu,Zn,As,Se,Br,Cd,Pb)PTFE滤膜能量色散X射线荧光法EDXRF（MethodIO-3.3）离子成分（SO42-、NO3-、NH4+、Na+、K+）尼龙滤膜+HNO3溶蚀器离子色谱法IC含碳组分（OC、EC）石英滤膜热光透射法TOT（NIOSH5040）11美国PM2.5化学组分监测网络•监测网络设计−目前监测站点总数大约200个，能见度行政保护监测站点约170个，覆盖全国−国家趋势站、州和地方监测补充站、能见度行政保护监测站•目标监测参数−滤膜质量：−无机元素：Al,Si,S,Cl,K,Ca,Ti,V,Cr,Mg,Fe,Ni,Cu,Zn,As,Se,Br,Cd,Pb−离子成分：SO42-、NO3-、NH4+、Na+、K+−含碳组分：OC、EC•采样方法−不进行采样器认证，但有相关要求−切割点和分离曲线与FRM等效；采样速率和体积与FRM相同；采样方法经过现场验证•分析方法−滤膜质量——PTFE滤膜——称重法−无机元素——PTFE滤膜——能量色散X射线荧光法−离子成分——尼龙滤膜——离子色谱法−含碳组分——石英滤膜——热光透射法中国PM2.5源解析监测13《环境空气颗粒物来源解析监测方法指南》发布•2014年2月，中国环境监测总站发布《环境空气颗粒物来源解析监测方法指南》（试行）第二版，以规范全国环境空气颗粒物来源解析的监测技术，提高监测结果的可靠性与可比性受体样品采集样品分析颗粒物质量浓度分析颗粒物化学组分分析二次颗粒物前体物分析元素分析水溶性离子分析含碳组分分析其他标识物分析14《环境空气颗粒物来源解析监测方法指南》解读受体样品采集样品分析颗粒物质量浓度分析颗粒物化学组分分析二次颗粒物前体物分析元素分析水溶性离子分析含碳组分分析其他标识物分析−采样器−滤膜15受体样品采集•点位布置原则−应当位于城市的建成区内，点位数量根据研究目的、城市功能区的划分、人口密度、环境敏感程度以及经费情况等方面综合考虑来确定。采样布点应优先选择国家环境空气监测点•采样仪器−采样器的选择参见《环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范》（HJ656）−在利用手工仪器进行采样时，必须确保所采用多通道仪器的不同通道或不同仪器的平行性进行对比−某城市区域所有点位的采样仪器应尽量选用同一厂家同一型号的仪器设备，以确保结果可比性•滤膜−滤膜的选择应根据滤膜本身特性和分析的化学组分的需要来确定。滤膜的空白值应满足化学分析要求，通常对于元素分析可采用特氟龙（Teflon）、聚丙烯、醋酸纤维酯等有机滤膜；对于水溶性离子分析可采用聚四氟乙烯、石英滤膜；对于碳组分和有机物（如多环芳烃）分析可采用石英滤膜−滤膜应边缘平整、厚薄均匀、无毛刺、无污染，不得有针孔或任何破损−用于碳组分及其它有机物分析的石英滤膜需要预烧•样品采集−每次采样时间一般不少于20h，可根据颗粒物浓度等因素适当缩短或延长采样时间−采样频次依据颗粒物浓度、排放源的季节性变化特征及气象因素确定−采样要求参见《环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范》（HJ656）16ThermoFisher的解决方案——受体样品采样•Partisol2025i连续颗粒物采样器−美国EPA参比方法采样器，RFPS-0498-118−Partisol®采样器构建了美国采样网络的骨架，并且一直在被全世界的空气监测机构所使用，用于PM2.5，PM10以及PM粗颗粒的采样−目前在全美PM2.5网络中，有840台2025采样器在运行可储存16个滤膜盒•Partisol2300化学物种采样器−满足美国EPA对化学物种采样器的要求−基本4通道和灵活设置时序的12通道配置，满足不同采样需求−配备由哈佛大学、UMEG研发的ChemComb3500化学物种采样筒，经过现场考验−通过配置两种流速的切割器以及专利的蜂窝扩散管可去除或采集选择的气体−滤膜后部增加了聚亚胺脂泡沫和/或XAD采集层，可提升系统对于有机物的采集功能−紧凑灵活的设计便于运输、操作和样品保存17《环境空气颗粒物来源解析监测方法指南》解读受体样品采集样品分析颗粒物质量浓度分析颗粒物化学组分分析二次颗粒物前体物分析元素分析水溶性离子分析含碳组分分析其他标识物分析−采样器−滤膜18样品分析•分析方法选择原则−各地根据污染源颗粒物组分特征，结合当地监测的实际条件，科学选择适合实际的项目和方法−优先推荐使用国家标准方法或《空气和废气的监测方法》（第四版增补版），其次其他国家的标准分析方法及ISO等国际标准方法，对于目前没有标准方法的，提供较成熟的文献方法供参考应用−在源解析过程中，源和受体的样品分析方法尽量保持一致−无论是标准方法还是文献方法，在使用时均需要考察分析方法的性能和适用性，然后才用于源解析监测分析•颗粒物质量浓度分析−手工监测方法（重量法）•颗粒物化学组分分析−无机元素分析方法：电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、X射线荧光光谱法、原子荧光分光光度法（Hg、As、Se、Bi、Sb）−离子成分分析方法：离子色谱法、原子吸收分光光度法（Na+、K+、Mg2+、Ca2+）−有机碳和元素碳分析方法：热光透射法−其他标识物分析方法：气相色谱-质谱法、高效液相色谱法、总有机碳分析仪法、离子色谱法•二次颗粒物前体物分析−SO2、NOX、NH3、VOCs19《环境空气颗粒物来源解析监测方法指南》解读受体样品采集样品分析颗粒物质量浓度分析颗粒物化学组分分析二次颗粒物前体物分析元素分析水溶性离子分析含碳组分分析其他标识物分析−采样器−滤膜−称重的环境−称重的设备20质量浓度分析•方法原理−分别通过具有一定切割特性的采样器，以恒速抽取定量体积空气，使环境空气中PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的重量差和采样体积，计算出PM2.5和PM10质量浓度•仪器和设备−恒温恒湿箱（室）：箱（室）内空气温度在（15~30）℃任意一点，控温精度±1℃。箱（室）内空气相对湿度应控制在（50±5）%。恒温恒湿箱（室）可连续工作−分析天平：感量应小于等于0.1mg•分析步骤：21ThermoFisher的解决方案——PM2.5质量浓度分析（手工）MTLAH225滤膜自动称重系统实现准确称量，有效控制且降低不确定性•称重环境的控制——恒温恒湿称重实验箱−温度控制精度：±0.2℃−相对湿度控制精度：±1%−平均气流速：2m/min−清洁室级别：6级−称重环境参数的监控•称重设备与技术——自动化滤膜称重系统−机械手自动取放滤膜：减少人工误差，增加处理量−滤膜（或托盘）二维码扫描：识别和管理滤膜−专利法拉第笼设计：有效去除静电影响−3次重复称重：降低随机误差−双重替代取置法计算：降低系统误差−称重过程质量控制22FWS自动称重系统软件自动称重手工称重采样信息滤膜样品信息管理者权限质量控制•实现采样称重全过程管理−采样的管理−称重过程的管理−数据的管理23采样的管理•采样器管理•采样工作表表管理•与Partisol2025i集成，采样数据直接导入系统中24称重过程的管理•滤膜的平衡•样品的称重•样品重复称重•标准砝码称重•空白滤膜称重25数据的管理•滤膜称重数据•质控用数据•采样数据26ThermoFisher的解决方案——PM2.5质量浓度分析（在线）•TEOM1405-F微量震荡天平法颗粒物监测仪−美国EPAFEM设备，EQPM-0609-181−直接质量测量方法−总计非挥发性物质和挥发性物质，对环境颗粒物具有更好的代表性•5014iβ射线法颗粒物连续监测仪−美国EPAFEM设备，EQPM-0609-183−滤带移动是单方向的，有