HJ 1327-2023 环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳和元素碳连续自动监测技术规范

中华人民共和国国家生态环境标准HJ1327—2023环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳和元素碳连续自动监测技术规范Technicalspecificationsforcontinuousautomatedmonitoringoforganiccarbonandelementalcarboninambientairparticulatematter(PM2.5)本电子版为正式标准文本，由生态环境部环境标准研究所审校排版。2023-12-05发布2024-07-01实施生态环境部 发 布HJ1327—2023i目次前言.....................................................................................................................................................................ⅱ1适用范围...........................................................................................................................................................12规范性引用文件...............................................................................................................................................13术语和定义.......................................................................................................................................................14方法原理与系统组成.......................................................................................................................................25技术性能要求...................................................................................................................................................46安装、调试、试运行与验收...........................................................................................................................57系统日常运行维护...........................................................................................................................................98质量保证和质量控制.....................................................................................................................................129数据有效性判断.............................................................................................................................................14附录A（资料性附录）有机碳和元素碳连续自动监测系统安装调试报告..............................................15附录B（资料性附录）有机碳和元素碳连续自动监测系统试运行报告..................................................21附录C（资料性附录）有机碳和元素碳连续自动监测系统验收报告......................................................23附录D（资料性附录）有机碳和元素碳连续自动监测系统质控工作记录表..........................................26HJ1327—2023ii前言为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》，防治生态环境污染，改善生态环境质量，规范环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳和元素碳连续自动监测工作，制定本标准。本标准规定了环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳和元素碳连续自动监测系统的方法原理与系统组成、技术性能、安装、调试、试运行与验收、系统日常运行维护、质量保证和质量控制、数据有效性判断等技术要求。本标准的附录A～附录D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。本标准主要起草单位：中国环境监测总站、上海市环境监测中心、江苏省南京环境监测中心和河南省生态环境监测和安全中心。本标准生态环境部2023年12月5日批准。本标准自2024年7月1日起实施。本标准由生态环境部解释。HJ1327—20231环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳和元素碳连续自动监测技术规范1适用范围本标准规定了环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳和元素碳连续自动监测系统的方法原理与系统组成、技术性能、安装、调试、试运行与验收、系统日常运行维护、质量保证和质量控制、数据有效性判断等技术要求。本标准适用于采用热学-光学校正法或热学-光学衰减法的环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳和元素碳连续自动监测系统。2规范性引用文件本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。HJ653环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统技术要求及检测方法HJ655环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统安装和验收技术规范HJ817环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统运行和质控技术规范QX/T508大气气溶胶碳组分膜采样分析规范3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1颗粒物（粒径≤2.5μm）particulatematter；PM2.5环境空气中空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物，也称细颗粒物。3.2有机碳organiccarbon；OC环境空气颗粒物中烃、烃的衍生物、多功能团的烃衍生物和高分子化合物等有机物中的碳组分。3.3元素碳elementalcarbon；EC环境空气颗粒物中高聚合的、黑色的，在400 ℃以下很难被氧化，在常温下表现出惰性、憎水性、不溶于任何溶剂的大气含碳组分。3.4总碳totalcarbon；TC环境空气颗粒物中OC和EC的总和。3.5光学裂解碳opticalpyrolyzedcarbon；OPC在高温下裂解转化成EC的OC，通过光学方法测定。HJ1327—202323.6仪器空白instrumentblank考察分析单元的空白情况，不接入样品采集单元及前处理单元，仅针对分析单元按照实际监测过程的条件设置测试得到的空白值。3.7系统空白systemblank考察从采样到测试全流程的空白情况，一般为采用高效过滤器（性能要求为0.3μm颗粒物过滤效率≥99.9%）或零点气接入采样系统，按照实际监测过程的条件设置测试得到的空白值。3.8实际状态ambientstate温度为实际环境温度，压力为实际环境大气压时的状态。本标准中环境空气颗粒物OC、EC的浓度值均为实际状态浓度值。4方法原理与系统组成4.1方法原理有机碳和元素碳连续自动监测系统的方法原理为热光法，热光法又可分为热学-光学校正法、热学-光学衰减法。热学-光学校正法：用热氧化法直接测定颗粒物中OC、EC的含量。环境空气通过样品采集单元，颗粒物被滤膜截留，在高温条件下，无氧环境中（如纯氦气环境等）OC转化为CO2及少量OPC，在有氧环境中（如氦/氧混合气环境等）OPC与EC转化为CO2，利用非色散红外检测器（NDIR）检测不同阶段生成的CO2。将反射激光或透射激光的光强信号恢复到初始值的时间点作为OC、EC的分割点，即分割点之前检测到的为OC，之后检测到的为EC。OC、EC分析阶段结束后，检测内标物CH4生成的CO2含量，与OC和EC分析阶段测定所得的CO2含量，按内标或校准曲线定量得到OC、EC的质量，再根据采样体积计算浓度。热学-光学衰减法：用热氧化法直接测定颗粒物中TC的含量，用光学衰减法间接测定EC的含量，由TC减去EC得到OC的含量。一路环境空气通过样品采集单元，颗粒物被滤膜截留，高温条件下，在干洁环境空气中TC转化为CO2，利用NDIR检测CO2，计算得到TC的含量；另一路环境空气通过样品采集单元，颗粒物被纸带截留，通过测定颗粒物样品的光学衰减率得到黑碳（BC）的含量，再计算样品中EC的含量。4.2系统组成4.2.1样品采集单元样品采集单元由采样入口、切割器、采样管、溶蚀器等组成，主要功能为切割分离环境空气颗粒物，并将颗粒物输送到分析单元。切割器性能应满足HJ653中的相关要求。溶蚀器可以去除进入样品采集单元的挥发性有机物或半挥发性有机物。4.2.2分析单元4.2.2.1反应炉反应炉主要功能为按照设定的温度将颗粒物样品中的碳转化为CO2。其中热学-光学校正法的反应HJ1327—20233炉包括样品炉和氧化炉。4.2.2.2CO2浓度检测器CO2浓度检测器主要功能为测定OC、EC、CH4内标物氧化产物CO2的浓度。4.2.2.3光发射与接收模块光发射与接收模块由光发射器、光接收器等组成。光发射器持续向采样滤膜发射一束或多束光，光接收器检测经滤膜透射或反射后的光信号。4.2.2.4内标物定量环热学-光学校正法的内标物定量环用于截取固定体积的内标物CH4。4.2.3数据处理单元数据处理单元主要功能为数据的显示、采集、计算、储存和传输。4.2.4辅助设备及试剂、耗材4.2.4.1滤膜（或纸带）滤膜（或纸带）用于采集环境空气中的颗粒物，要求对0.3μm颗粒物的截留效率≥99.7%，TC本底值应≤0.1μg/cm2。热学-光学校正法使用石英滤膜，热学-光学衰减法使用石英滤膜（测定TC）及玻璃纤维纸带（测定EC）。4.2.4.2辅助气体热学-光学校正法仪器配置氦气（纯度≥99.999%）、氦/氧混合气（氦气90%、氧气10%）、氦/甲烷混合气（氦气95%、甲烷5%）3种辅助气体（也可使用其他高纯度惰性气体代替氦气），气瓶压力应≥2 MPa。氦气需同时配备除氧器，氦气和氦/氧混合气中的碳氢化合物及CO2含量应≤1μmol/mol。热学-光学衰减法仪器以干洁环境空气作为辅助气体。4.2.4.3实验用水实验用水为新制备的去除二氧化碳的纯水，电阻率应≥18MΩ·cm（25℃），用于配制蔗糖标准溶液等。4.2.4.4标准膜标准膜可用于校准仪器，测定TC的含量。优先使用可溯源至权威计量机构的标准膜。4.2.4.5标准溶液在不具备标准膜时可使用蔗糖或邻苯二甲酸氢钾试剂配制标准溶液校准仪器。蔗糖（C12H22O11）或邻苯二甲酸氢钾（C8H5O4K）：优级纯。标准溶液配制方法参见Q