大气环境监视测定—自动监测技术ppt

  免费在线.监测子站的位置 监测子站位置的选择应包括以下地区：预期浓度最高的地区、人口密度高且有代表性污染浓度的地区、重要污染源或污染源类型对环境空气污染水平有冲击影响的地区、背景浓度水平地区。 代表性：指所获得的数据能反映一定地区或一个区域范围，大气污染物的浓度水平及其波动范围。其周围应无污染源、高大建筑物、树木等干扰。 可比性：系指各子站的各种工作条件如测定方法、仪器、采样参数等应尽可能标准化、统一化，使获得的数据彼此可比。 满足仪器设施正常运作所需的其他物质条件：如仪器长期运转，有足够的电力供应，有保暖和和散热设施，便于维修等。 3.监测子站类型 国外大气污染自动监测系统中的各监测子站多数为固定站，但有时还设有若干流动监测站、垂直监测站、排放源监测站、遥测监测站等，与固定站配合组成一个完整的系统。 三、监测项目 大气污染自动监测的监测项目包括气象参数和污染参数两大类型。 气象参数包括气温、湿度、风速、风向、大气压、太阳辐射等。 污染监测项目包括SO2、NOx、TSP或PM10、CO等必测项目，以及O3、HC等选测项目。 四、监测子站仪器设施 监测子站主要由采样装置、预处理系统、污染物自动监测仪器、校准设备、气象仪器、子站环境微机及外围设备、信息收发及传输系统，以及站房环境条件保证设施（空调、除湿设备、稳压电源等）等组成。 1.采样装置 采样装置由采样头、采样总管、采样抽气泵组成。 多台点式是在每一子站设一多支路集中采样装置，由抽气泵将大气样品吸入，各仪器的采样管均从这一多支路集中采样装置中分别采样，但总悬浮颗粒物或可吸入尘应单独采样。 单独采样系指各监测仪器分别用采样泵采集大气样品。 2.校准系统 校准系统包括零气源、标准气气源、校准流量计等。在子站环境微机和控制器的控制下，每隔一段时间(如8小时或24小时)采用动态校准的方法，校正污染监测仪器零点、量程。校准完毕，环境微机给出零值和跨度值报告。 3.子站环境微机 子站环境微机的工作方式有两种：一是被动工作方式，二是自主工作方式。 当中心计算机室的计算机运行正常时，子站环境微机受控于中心计算机而运行，称为被动工作方式。 当中心计算机室的计算机或通信系统发生故障时，为使数据不丢失，子站微处理机承担起就地控制运行、收集存贮数据等功能，待中心站或通信设施正常后，再集中地把中心计算机室未收集到的数据传输回去，称为子站进入自主工作方式。 五、污染物自动监测仪器 用于自动监测的技术主要有湿化学法、传统光学方法和长光程差分光谱法。 1.紫外脉冲荧光法SO2监测仪 （1）方法原理 当用脉冲化的紫外光（190～230nm）照射空气样品时，空气中的SO2分子被其激发至激发态，即： 激发态的SO2*分子不稳定，瞬间返回基态，发射出波峰为330nm的特征荧光，即： 1.化学发光法NOx监测仪 化学发光法NOx监测仪是基于NOx发生化学发光反应的原理设计的。把被测气样连续抽入仪器，其中的NOx经过NO2-NO催化剂转化器(金属丝网、活性炭、Mo-Al2O3等)后，都转变成NO进入反应室。在反应室内NO与过量的臭氧反应生成激发态NO2，当其回到基态时放出光量子。其发光强度与NOx的浓度成正比。反应式如下： 如果气样不经过转化器而经旁路立即进入反应室，则测得的是NO量，将NOx量减去NO量就可得到NO2量。 1.紫外光度法臭氧监测仪 该法是利用O3分子内部电子的共振对紫外光(波长254nm)有特征吸收，且臭氧对紫外光的吸收程度与臭氧浓度之间的关系符合朗伯—比尔定律，采用紫外光度臭氧分析仪测定紫外光通过臭氧后减弱的程度（吸光度）确定空气中O3的浓度。 空气样和经除O3器的背景气在电磁阀控制下，以恒定的流量交替进入吸收池，分别吸收紫外光源经滤光器射出的特征波长紫外光。由光电检测系统测定透过空气样的光强I和透过背景气的光强I0。经数据处理器根据I与I0的比值计算出空气样O3浓度，直接显示和记录消除背景干扰后的测定结果。 1.非色散红外吸收法CO监测仪 如果红外线分析仪带有分光系统，可将红外光分为单色光，则称为分散型红外分析仪。不带分光系统的红外线分析仪，称为非色散型红外分析仪。环境监视测定气体分析的红外波谱范围一般在1～25μm内，测定时往往不用分辨率很高的分光扫描系统，而是用一定带宽的非色散红外光源、窄带滤光片，以及选择性检测器组成仪器，称为非色散红外法。 当CO、CO2等气态分子受到红外辐射（1～25μm）照射时，将吸收各自特征波长的红外光，引起分子振动能级和转动能级的跃迁，产生振动-转动吸收光谱，即红外吸收光谱。在一定浓度范围内，其吸光度与气态物质浓度之间的关系符合朗伯-比尔定律，故可根据吸光度测定CO的浓度。 红外光源发射出的红外光经平面反射镜分成能量相等的两束平行光，被同步电机（M）带动的切光片交替切断，调制成断续的交变光，以减少信号源漂移。然后，一路通过滤波室(内充CO2和水蒸汽，用以消除干扰)、参比室(内充不吸收红外光的气体，如氮气)射入检测室，这束光称为参比光束，其CO特征吸收波长光强度不变。另一束光称为测量光束，通过滤波室、测量室射入检测室。由于测量室内有气样通过，则气样中的CO吸收了特征波长的红外光，使射入检测室的光束强度减弱。检测室利用微量电容检测器将光信号转化为电信号，经放大及信号处理后，由指示表和记录仪显示、记录测量结果。 2.气体过滤器红外吸收法CO监测仪 该法是非色散红外法的一种改进。将试样气体导入试样容器中，按一定的周期旋转测量气体和参比气体的气体过滤器和旋转遮光片，用测量气体过滤器和参比气体过滤器上所获得的差信号，求出CO的测量值。 气体过滤器由两个半圆气室组成，一半充入纯CO，另一半充入纯N2。在马达带动下气体过滤器转轮依一定频率交替通过由红外光源发射的红外光。当红外线通过CO一侧时，相当于参比光束，通过N2一侧时，相当于样品光束。此时对吸收池来说，从时间上分割为交替的样品光束和参比光束，能够得到一交变信号；而对干扰气体来讲，样品光束和参比光束是相同的，可相互抵消。转轮后设有一个多次反射光程吸收池，红外光多次反射后光程变长，来保证有足够的灵敏度。红外光由反射镜反射到红外检测器，将光信号转变成电信号，经前置放大器送入电子信息处理系统来进行信号处理后，由显示、记录仪表指示和记录测定结果。 六）总烃监测仪 （1）方法原理 测定空气中总烃的仪器是气相色谱仪。以氮气为载气测定总烃时，总烃的峰中包含着氧峰，气样中的氧气产生正干扰。在固定色谱条件下，一定量氧气的响应值是固定的，因此，可以用净化空气求出空白值，从总烃峰中扣除氧峰，以消除氧气的干扰。 （2）仪器原理 间歇式总烃自动监测仪的工作原理示于图10-13。在程序控制器的控制下，周期性地自动采样、测定、数据处理、显示和记录测定结果，并定期校准零点和量程。假如测定非甲烷烃，需取与测定总烃同量的气样，经除去二氧化碳、水分及甲烷以外碳氢化合物的装置，测出甲烷含量，则总烃与甲烷含量之差即为非甲烷烃含量。 化学发光分析法:利用测量化学发光强度对物质进 行分析测定的方法。 （1）方法原理 化学发光法NOx监测仪是基于NOx发生化学发光反 应的原理设计的。把被测气样连续抽入仪器，其中的 NOx经过NO2-NO催化剂转化器(金属丝网、活性炭、Mo- Al2O3等)后，都转变成NO进入反应室。在反应室内NO 与过量的臭氧反应生成激发态NO2，当其回到基态时放 出光量子。其发光强度与NOx的浓度成正比。反应式如 下： 如果气样不经过转化器而经旁路立即进入反应室， 则测得的是NO量，将NOx量减去NO量就可得到NO2量。 （2）仪器原理 化学发光法NOx监测仪气路分为两部分：一是O3发 生气路，即净化空气或氧气依次经电磁阀、膜片阀、流 量计进入O3发生器，在紫外光照射下，生成数百ppm过 量的O3，再进入反应室；二是气样经尘埃过滤器进入转 换器，在催化剂的作用下，将NO2转化成NO，再通过三 1、18.尘埃过滤器；2.NO2-NO转换器；3、7.电磁阀；4、6、 19.针形阀；5、9.流量计；8.膜片阀；10.O3发生器；11.反应 室及滤光片；12.光电倍增管；13.放大器；14.指示表；15.高 压电源；16.稳压电源；17.零气处理装置；20.三通管；21.净 化器；22.抽气泵；23.半导体致冷器 图10-8 化学发光NOx监测仪工作原理图 通电磁阀、流量计，到达装有半导体致冷器的反应室。 气样中的NO与O3在反应室中发生化学发光反应，产生的 光量子经滤光片分光获得特征波长光，照射到光电倍增 管上。反应室内化学发光反应后的气体经净化器由泵抽 出排放。通过三通电磁阀抽入零气进入零气处理器和反 应室，校正仪器的零点。 （3）说明 本方法的干扰气体主要是CO2和水。当气样中CO2 的浓度低于空气中CO2，则对测量的影响可忽略不 计。对于水的干扰，能够最终靠附加除湿剂来消除。 四）臭氧监测仪 1.紫外光度法臭氧监测仪 （1）方法原理 该法是利用O3分子内部电子的共振对紫外光(波长 254nm)有特征吸收，且臭氧对紫外光的吸收程度与臭 氧浓度之间的关系符合朗伯—比尔定律，采用紫外光 度臭氧分析仪测定紫外光通过臭氧后减弱的程度（吸 光度）确定空气中O3的浓度。 （2）仪器原理 空气样和经除O3器的背景气在电磁阀控制下，以 恒定的流量交替进入吸收池，分别吸收紫外光源经滤 1.紫外光源；2.滤光器；3.除O3器；4.电磁阀；5.标准O3发生器；6.气室；7.光电倍增管；8.放大器；9.记录仪；10.稳压电源 图10-9 紫外吸收O3分析仪工作原理 光器射出的特征波长紫外光。由光电检测系统测定透 过空气样的光强I和透过背景气的光强I0。经数据处理 器根据I与I0的比值计算出空气样O3浓度，直接显示和 记录消除背景干扰后的测定结果。 （3）说明 臭氧很活泼，与很多物质接触易分解，因此仪器 的吸收池、气体管路等的材料应选择惰性材料，与仪 器连接的采样管线应尽可能短。 但极少数有机物，如苯、苯胺、苯乙烯、苯甲醛 等，在254nm处吸收紫外光，对臭氧的测定产生正干 扰。当被测环境空气中颗粒物浓度超过100μg/m3时， 也将影响臭氧的测定，应定期更换粒子过滤器滤膜。 2.化学发光法臭氧监测仪 测定臭氧的化学发光法有罗丹明B法、一氧化氮法 和乙烯法。 乙烯法是较通用的方法，该方法原理是基于O3能与 乙烯发生均相化学发光反应，即气样中O3与过量乙烯 反应，生成激发态甲醛，而激发态甲醛瞬间回至基 态，放出光量子，波长范围为300～600nm，发光强度 与O3浓度成线性关系。 五）一氧化碳监测仪 1.非色散红外吸收法CO监测仪 如果红外线分析仪带有分光系统，可将红外光分 为单色光，则称为分散型红外分析仪。不带分光系统 的红外线分析仪，称为非色散型红外分析仪。环境监 测气体分析的红外波谱范围一般在1～25μm内，测定 时往往不用分辨率很高的分光扫描系统，而是用一定 带宽的非色散红外光源、窄带滤光片，以及选择性检 测器组成仪器，称为非色散红外法。 （1）方法原理 当CO、CO2等气态分子受到红外辐射（1～25μm） 照射时，将吸收各自特征波长的红外光，引起分子振 动能级和转动能级的跃迁，产生振动-转动吸收光谱， 即红外吸收光谱。在一定浓度范围内，其吸光度与气 态物质浓度之间的关系符合朗伯-比尔定律，故可根据 吸光度测定CO的浓度。 （2）仪器原理 红外光源发射出的红外光经平面反射镜分成能量 相等的两束平行光，被同步电机（M）带动的切光片交 替切断，调制成断续的交变光，以减少信号源漂移。 然后，一路通过滤波室(内充CO2和水蒸汽，用以消除 干扰)、参比室(内充不吸收红外光的气体，如氮气)射 入检测室，这束光称为参比光束，其CO特征吸收波长 光强度不变。另一束光称为测量光束，通过滤波室、 测量室射入检测室。由于测量室内有气样通过，则气 样中的CO吸收了特征波长的红外光，使射入检测室的 光束强度减弱。 1.红外光源；2.切光片；3.滤波室；4.测量室； 5.参比室；6.调零档板；7.检测室；8.放大及信号处理系统；9.指示表及记录仪 图10-11 非色散红外吸收法CO监测仪原理 （3）说明 仪器连续运转过程中，需定期通入纯氮气进行零 点校准，通入CO标准气进行量程校准。 CO的红外吸收峰在4.5μm附近，CO2在4.3μm附 近，水蒸汽在3μm和6μm附近。因为空气中CO2和水蒸 气的浓度远大于CO的浓度，故干扰CO的测定。 六）总烃监测仪 （1）方法原理 测定空气中总烃的仪器是气相色谱仪。以氮气为 载气测定总烃时，总烃的峰中包含着氧峰，气样中的 氧气产生正干扰。在固定色谱条件下，一定量氧气的 响应值是固定的，因此，可以用净化空气求出空白值， 从总烃峰中扣除氧峰，以消除氧气的干扰。 七）可吸入颗粒物监测仪 1.β射线）方法原理 基于物质对β射线的吸收作用。用低能量β射线照 射待测物质，β射线会与物质内电子发生撞击或引发散 射而被吸收，其强度的衰减程度与所透过的物质质量有 关。 （2）仪器原理 环境空气由采样泵吸入采样管，经过大粒子切割 器将大颗粒物分离，经过滤带过滤后排出。颗粒物阻 留在滤带上，通过测定清洁滤带（未采尘）和采尘滤 带（已采尘）对β射线吸收程度的差异来测定采尘 量。 1.大粒子切割器；2.射线.抽气泵 图10-14 β射线可吸入颗粒物测定仪工作原理 β射线Co等。检测器采用计数管， 对放射性脉冲进行计数，反映β射线的强度。 设同强度的β射线穿过清洁滤带和采尘滤带后的 强度分别为N0（计数）和N（计数），则二者关系为： 式中：K—质量吸收系数，cm2/mg； △m—滤带单位面积上尘的质量，mg/cm2。 上式经变换后可写成如下形式： 设滤带采尘部分的面积为S，采气体积为V，则空气含尘浓度（C）为： 2.光散射可吸入颗粒物浓度计 其设计原理是，使一束平行可见光通过含可吸入 颗粒物的空气，由于光线受到粒子的阻挡而发生光散 射现象，散射光强度的变化与可吸入颗粒物的浓度成 定量关系。 1.光源；2.透镜；3.光电转换器；4.积分电路； 5.计数显示器；6.抽气风机；7.切换控制板； 8.标准散射板 图10-15 光散射PM10监测仪工作原理 八）硫化氢监测仪 自动测定大气中硫化氢的仪器有非色散红外H2S自 动分析仪、紫外荧光H2S分析仪、恒电流库仑滴定式 H2S分析仪。 紫外荧光H2S分析仪的工作原理是，先将气样中的 H2S用氧化剂氧化成SO2，再用紫外荧光SO2分析仪测 定。 九）长光程差分吸收光谱仪 该监测仪器的工作原理为，从氙灯发射出的紫外 可见光束，在其光程中的SO2、NOX、O3等气体分子会 对光产生特征吸收，形成各自的特征吸收光谱。通过 对特征吸收光谱的鉴别和朗伯-比尔定律，进行差分拟 合计算，得到整个光程内各种气态物质的平均浓度。 该方法对自然光强的变化及影响能见度的雨、雾、 雪、尘的干扰，在一定程度内可自动修正。其检出限 与光程长度有关。 六、气象观测仪器 大气污染状况与气象条件有着密切关系，因此， 大气自动连续监测系统在进行污染物质监测的同时，往 往还需要同时进行气象观测。气象观测项目有风向、风 速、温度、湿度、气压、太阳辐射、雨量等。为了取得 所监测地区的主要气象数据，一般大气污染自动监测系 统的各监测子站内都安装有气象参数观测仪。 七、大气污染监测车 大气污染监测车装备有采样系统、污染物自动监测 仪器、气象观测仪器、计算机数据处理系统及其他辅助 设备。 我国生产的大气污染监测车装备的监测仪器有SO2自 动监测仪、NOx自动监测仪、O3自动监测仪、 CO自动监 测仪和空气质量专用色谱仪（可测定总烃、甲烷、乙 烯、乙炔、CO）。 图10-16 大气污染监测车外观 第二节 企业烟气排放自动连续监测系统 烟气排放自动连续监测是指对企业固定污染源排 放的污染物浓度和排放率进行连续、实时地跟踪测 定。每个固定污染源的测定时间不得少于总运行时间 的75％，在每个小时测定时间不得少于45min。 一、固定污染源烟气CEMS 的组成 由颗粒物CEMS、气态污染物CEMS（含O2 或CO2）、 烟气参数测定子系统、数据采集与控制系统组成。 第一节 大气污染自动监测系统 大气污染自动监测是指在监测点位，采用连续自动监测仪器对环境空气质量，进行连续的样品采集、处理、分析的过程。 建立大气污染自动监测系统的目的是： 掌握区域环境空气质量状况，判断是否符合国家和地方制定的环境质量标准； 判断污染源造成的污染影响，评价防治措施的效果，为控制污染，环境管理和决策提供支持； 掌握监测系统覆盖区域内空气污染最严重的地点和时间，区域内人群暴露水平； 收集空气背景及其趋势数据，由所积累的长期监测数据，结合流行病学调查，为保护人类健康、生态平衡，制定和修改环境标准提供可靠的科学依据； 研究验证空气扩散的数学模式，为污染危险天气以及空气污染短期、长期预报，提供信息资料。 一、系统的组成与功能 1.中心计算机室 中心计算机室是整个系统的心脏部分，是各个子站的网络指挥中心和信息数据处理中心。 中心计算机室的主要任务：定时或随时向各子站发出各种工作指令，收取各监测子站的监测数据，对数据进行差错校验及纠正，有疑问时可指令子站重发数据；对各子站的监测数据进行存贮、统计处理、输出，打印各种报表，绘制各种图形，输出各类监测数据报告；对全系统运行实时控制，包括通信控制，对子站监测仪器操作的远程控制，如校零、校跨度、控制开关、流量等；向各有关污染源所在地的管理部门发出污染指数或趋近超标的警报，以便采取相应的对策。 2.监测子站 监测子站是整个系统的基础。子站的工作特点是连续、自动、常年不断。 监测子站的主要任务：对环境空气质量和气象状况进行连续自动监测；采集、处理和短期存储监测数据；按中心计算机指令定时或随时向中心计算机室传输监测数据和设备工作状态信息。 3.质量保证实验室 质量保证实验室是系统质量保证工作的核心，它担负着控制、监督和改进整个系统运行的重任。 质量保证实验室的主要任务：对系统所用监测仪器设备进行标定、校准和审核；对系统使用的标准样品进行跟踪标定和保管；对检修后的仪器设备进行校准和主要技术指标的运行考核；系统有关监测质量控制措施的制定和落实；参与监测子站运行状况的检查和监测数据的检验。 4.系统支持实验室 系统支持实验室是整个系统的支持保障中心 其主要任务是：根据仪器设备的运行要求，对系统仪器设备进行日常保养、维护；及时对发生故障的仪器设备进行检修、更换。系统支持实验室应配备通用及专用测试、调整和维修用电子仪器和工具（如双踪示波器、数字万用表、数字频率计、逻辑测试笔和维修用稳压电源等），用于系统各种仪器设备的日常维护、定期检查和故障排除等工作。 二、子站布设 1.监测子站的数目 可根据以下方法确定子站数目：按人口密度、按几何图形布点法、按功能区优化布点法、按统计学置信水平。无论采取哪一种方法，监测点位布设应该尽可能排除监测点周围环境中可能干扰监测结果的因素，各监测点之间的条件尽可能一致。一般来说，在城市近郊区建立若干个监测子站，在清洁的远郊区建立一个背景子站。 第十章 自动监测技术 第一节 大气污染自动监测系统 目前，对大气污染监测的最有效方法是建立大气 污染自动监测系统。 20世纪70年代初，一些国家或地 区相继建立了常年连续工作的大气污染自动监测系 统，使环境监视测定工作向连续自动化方向发展。例如， 美国现有6000个监测站点，其中250个是国家级的，其 余为州县级的。 我国自1984年北京市环境监测中心建立了中国第 一个环境空气质量自动监测系统以来，已有60多个城 市建成空气质量自动监测系统。 大气污染自动监测是指在监测点位，采用连续自 动监测仪器对环境空气质量，进行连续的样品采集、 处理、分析的过程。 一、系统的组成与功能 大气污染自动监测系统是一整套区域性空气质量 的实时监测网络。它的组成有各种形式，自动化、实 时化和标准化程度可有所不同，但基本结构是相似 的。一般由一个中心计算机室、若干个监测子站、质 量保证实验室和系统支持实验室四部分组成。该系统 是在严格的质量控制下连续运行的，无人值守。 图 大气污染自动监测系统基本构成框图 1.中心计算机室 中心计算机室由计算机、应用软件、输出设备、通信系统、支持系统组成。采用两台计算机，一台作为主机与系统相连，在线运行，一台作为辅机进行计 算管理。当主机发生故障时，辅机可代替运行。 中心计算机室的主要任务：定时或随时向各子站 发出各种工作指令，收取各监测子站的监测数据，对 数据进行差错校验及纠正，有疑问时可指令子站重发 数据；对各子站的监测数据进行存贮、统计处理、输 出，打印各种报表，绘制各种图形，输出各类监测数 据报告；对全系统运行实时控制，包括通信控制，对 子站监测仪器操作的远程控制，如校零、校跨度、控 制开关、流量等；向各有关污染源所在地的管理部门 发出污染指数或趋近超标的警报，以便采取相应的对 策。 2.监测子站 监测子站是总系统的基础。子站的工作特点是 连续、自动、常年不断。 监测子站的主要任务：对环境空气质量和气象状 况进行连续自动监测；采集、处理和短期存储监测数 据；按中心计算机指令定时或随时向中心计算机室传 输监测数据和设备工作状态信息。 3.质量保证实验室 质量保证实验室是系统质量保证工作的核心，它 担负着控制、监督和改进总系统运行的重任。其主要 任务：对系统所用监测仪器设备进行标定、校准和审核 ；对系统使用的标准样品进行跟踪标定和保管；对检修后 的仪器设备进行校准和主要技术指标的运行考核；系统有 关监测质量控制措施的制定和落实；参与监测子站运行状 况的检查和监测数据的检验。 4.系统支持实验室 系统支持实验室是总系统的支持保障中心，其主要 任务是：根据仪器设施的运行要求，对系统仪器设备做 日常保养、维护；及时对发生故障的仪器设施进行检修、 更换。 系统支持实验室应配备通用及专用测试、调整和维 修用电子仪器和工具（如双踪示波器、数字万用表、数 字频率计、逻辑测试笔和维修用稳压电源等），用于 系统各种仪器设施的日常维护、定期检查和故障排除 等工作。 二、子站布设 1.监测子站的数目 自动监测子站数目取决于监测目的、监测网覆盖 区域面积、人口数量及分布、污染程度及发展趋势、 气象条件和地形地貌等因素。 可根据以下方法确定子站数目：按人口密度、按 几何图形布点法、按功能区优化布点法、按统计学置 信水平。无论采取哪一种方法，监测点位布设应该尽 可能排除监测点周围环境中可能干扰监测结果的因素， 各监测点之间的条件尽可能一致。一般来说，在城市近 郊区建立若干个监测子站，在清洁的远郊区建立一个背 景子站。 2.监测子站的位置 监测子站获取的监测数据应能反映一定地区范围空 气污染物浓度水平及其波动范围，故监测子站位置的选 择应包括以下地区：预期浓度最高的地区、人口密度高 且有代表性污染浓度的地区、重要污染源或污染源类 型对环境空气污染水平有冲击影响的地区、背景浓度 水平地区。采用长光程差分吸收光谱法的子站，光程 附近不应有局部污染源，80%的光程必须在离地面3～ 25m的高度上。子站位置的选择还应满足以下条件： 代表性：指所获得的数据能反映一定地区或一个 区域范围，大气污染物的浓度水平及其波动范围。其 周围应无污染源、高大建筑物、树木等干扰。 可比性：系指各子站的各种工作条件如测定方法、 仪器、采样参数等应尽可能标准化、统一化，使获得 的数据彼此可比。 满足仪器设施正常运转所需的其他物质条件。如 仪器长期运转，有足够的电力供应，有保暖和和散热 设施，便于维修等。 3.监测子站类型 国外大气污染自动监测系统中的各监测子站多数 为固定站，但有时还设有若干流动监测站、垂直监测 站、排放源监测站、遥测监测站等，与固定站配合组 成一个完整的系统。如日本大阪府的大气污染自动监 测系统中，国家城市网的常设站有固定站44个、流动 站3个(当固定点站出现故障时可替补)、垂直站1个。 通过垂直站可获得与污染有关的不同高度的气象参数， 发现并预报逆温层，监测不同高度的污染物浓度，提供 远距离污染迁移情报等。 三、监测项目 大气污染自动监测的监测项目包括气象参数和污染 参数两大类型。气象参数包括气温、湿度、风速、风 向、大气压、太阳辐射等。污染监测项目包括SO2、 NOx、TSP或PM10、CO等必测项目，以及O3、HC等选测项 目。 四、监测子站仪器设施 监测子站主要由采样装置、预处理系统、污染物自 动监测仪器、校准设备、气象仪器、子站环境微机及外 围设备、信息收发及传输系统，以及站房环境条件保证 设施（空调、除湿设备、稳压电源等）等组成。 图10-2 监测子站仪器设施配置示意图 1.采样装置 采样装置由采样头、采样总管、采样抽气泵组成。 采样装置也可分为多台点式采样和单机分别采样两种 方式。多台点式是在每一子站设一多支路集中采样装 置，由抽气泵将大气样品吸入，各仪器的采样管均从 这一多支路集中采样装置中分别采样，但总悬浮颗粒 物或可吸入尘应单独采样。单独采样系指各监测仪器 分别用采样泵采集大气样品。实际在做的工作中，多将这两 种方式结合使用。 多台点式采样装置有两种组成形式：垂直层流式 多路采样总管和竹节式多路采样总管。 图 垂直层流多路支管系统 图 竹节式多路支管系统 （1）采样头 采样头设置在总管户外的采样气体入口端，防止 雨水和粗大的颗粒物落入总管，同时避免鸟类、小动 物和大型昆虫进入总管。采样头的设计应保证采样气 流不受风向影响，稳定进入采样总管。 （2）采样总管 总管内径选择在1.5～15cm 之间，采样总管内的 气流应保持层流状态，采样气体在总管内的滞留时间 应小于20s。总管进口至抽气风机出口之间的压降要 小，所采集气体样品的压力应接近大气压。支管接头 应设置于采样总管的层流区域内，各支管接头之间间 隔距离大于8cm。 多支路集中采样装置的制作材料，应选用不与被 监测污染物发生化学反应和不释放干扰物质的材料。 监测仪器与支管接头连接的管线也应选用不与被监测 污染物发生化学反应和不释放干扰物质的材料。 (3)其他技术方面的要求 为避免因室内外空气温度的差异而致使采样总 管内壁结露对监测物质吸附，需要对总管和影响较大 的管线外壁加装保温套或加热器，加热温度一般控制 在30℃～50℃。监测仪器与支管接头连接的管线m，同时应避免空调机的出风直接吹向采样 总管和与仪器连接的支管线路。为防止灰尘落入监测 分析仪器，应在监测仪器的采样入口与支管气路的结 合部之间，安装孔径不大于5μm 的聚四氟乙烯过滤 膜。在监测仪器管线与支管接头连接时，为防止结露 水流和管壁气流波动的影响，应将管线与支管连接端 伸向总管接近中心（或1/2）的位置，然后再做固定。 在监测子站中，虽然PM10单独采样，但为防止颗粒物 沉积于采样管管壁，采样管应垂直，并尽量缩短采样 管长度。 2.校准系统 设置校准系统的目的为了使监测仪器正常工作， 保证获得准确的测量值。校准系统包括零气源、标准 气气源、校准流量计等。在子站环境微机和控制器的 控制下，每隔一段时间(如8小时或24小时)采用动态校 准的方法，校正污染监测仪器零点、量程。校准完毕， 环境微机给出零值和跨度值报告。 3.子站环境微机 其工作方式有两种：一是被动工作方式，二是自 主工作方式。当中心计算机室的计算机运行正常时，子 站环境微机受控于中心计算机而运行，称为被动工作 方式。此时中心计算机室每隔5min向各监测子站自动 发出指令，各子站接到指令后，向中心站传送回发5min 内各监测仪器测得的平均数据。 当中心计算机室的计算机或通信系统发生故障时， 为使数据不丢失，子站微处理机承担起就地控制运行、 收集存贮数据等功能，待中心站或通信设施正常后，再 集中地把中心计算机室未收集到的数据传输回去，称为 子站进入自主工作方式。 五、污染物自动监测仪器 一）仪器选型 用于自动监测的技术主要有湿化学法、传统光学方 法和长光程差分光谱法。 湿化学法：如SO2经过H2O2溶液吸收后测定电导率 变化来间接测定SO2。此类方法的装置较便宜，但故障 率高，维护工作量大，现已很少使用。 传统光学方法：属于使用较早的成熟光学方法，如 SO2用紫外荧光法、NOX用化学发光法、CO用非色散红外 吸收法、O3用紫外吸收法等。目前我国主要是采用此类方 法。 长光程差分光谱法：使用该法在大约100～1000m 距离范围内测定在一条线上污染物的浓度。光谱扫描范 围180～600nm，用计算机对在这个范围内有特征吸收 的污染物进行定量，并对干扰物进行校正。可同时测 定SO2、NOX、O3、NH3、苯、甲苯、二甲苯、甲醛等多 种成分。 由于传统光学法结构相对比较简单，测定结果准确可靠，维 护量小，故已经逐步取代湿化学法。长光程差分光谱法 能够分时测定多种污染物，是未来大气污染自动监测的 发展趋势。 二）二氧化硫监测仪 1.紫外脉冲荧光法SO2监测仪 （1）方法原理 当用脉冲化的紫外光（190～230nm）照射空气样 品时，空气中的SO2分子被其激发至激发态，即： 激发态的SO2*分子不稳定，瞬间返回基态，发射出波峰为330nm的特征荧光。当SO2浓度较低，且激发光的光程很短时，所发射的荧光强度和SO2浓度呈线性关系。用光电测量系统测量荧光强度，并与标准气样发射的 荧光强度比较，即可得知空气中SO2的浓度。 （2）仪器原理 1.紫外脉冲光源；2、5.透镜；3.反应室；4.激发光滤光片； 6.发射光滤光片；7.光电倍增管；8.放大器；9.指示表 图10-5 SO2监测仪荧光计工作原理 紫外荧光SO2监测仪由气路系统和荧光计两部分组 成。大气试样经除尘过滤器后，通过采样阀进入渗透膜 除水器、除烃器，到达荧光反应室。荧光计脉冲紫外光 源发射脉冲紫外光，经激发光滤光片（光谱中心220nm） 后获得所需波长紫外光，并射入反应室。SO2分子在此被 激发产生荧光，经设在入射光垂直方向上的发射光滤光 片（光谱中心330nm），投射到光电倍增管上，将光信号 转换成电信号。经电子放大系统等处理后直接显示浓度 读数。反应后的干燥气体经流量计测定流量后由抽气泵 抽引排出。 1.除尘过滤器；2.采样电磁阀；3.零气/标定电磁阀；4. 渗透膜除水器；5.毛细管；6.除烃器；7.反应室；8.流量 计；9.调节阀；10.抽气泵；11.电源；12.信号处理及显示系统 图10-6 紫外荧光SO2监测仪气路系统 （3）说明 水分和芳香烃化合物是该法测定SO2的主要干扰物 质。水的影响主要是由于SO2遇水发生荧光猝灭造成负 误差，可用反应室加热法除去。芳香烃化合物在190～ 230nm紫外光激发下也能发射荧光，造成测量值偏大， 可预先用装有特殊吸附剂的过滤器去除。 三）氮氧化物监测仪 1.化学发光法NOx监测仪 化学发光反应:指某些化合物分子吸收化学能后， 激发到高能态，再由高能态返回基态时，能量以光量子 形式释放开来，这种化学反应称化学发光反应。

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