环境空气自动监测系统钼转换效率的误差问题研究

环境空气自动监测系统钼转换效率的误差问题研究摘要：环境空气监测的目的是提供代表环境质量现状及变化趋势的数据，判断环境质量，制定环境对策。是解决现存或潜在的环境问题，改善生活环境和生态环境的依据，是科学管理环境环境执法监督的基础。本文首先对化学发光法NO-NO2-NOX自动监测仪进行了概述，然后对手动操作与中心控制室软件远程操控数据进行了对比，通过钼转换效率数据探讨误差产生的原因。为环境空气自动监测系统自动操控技术提供参考。关键词：环境空气检测；仪器；钼转换；误差前言：当前，我国城市建设迅猛增长，工业与交通排放废气量不断增加，大大降低了环境空气质量，使我国环境保护面临新的挑战，只有强化城市环境管理，科学制定环保法规和城市规划，才能适应我国经济可持续发展战略。这就必须要求环保监测部门提供大量准确可靠和连续及时的环境监测数据为依据。但是，全国范围内对环境空气质量必测项目的监测，还有部分城市采用人工采样、送样、实验室分析的监测方法上，监测结果不能很好地反映出城市环境空气污染在空间和时间上的变化现状和规律，对城市环境空气中主要污染物的扩散趋势及影响不能做出连续的判断，从而影响了城市环境管理水平的提高。因此建立或完善环境空气质量自动监测系统是十分重要的。1、化学发光法NO-NO2-NOx自动监测仪的原理及其操作1.1化学发光法NO-NO2-NOx自动监测仪的原理干燥空气进入O3发生器，在此空气中的O2在高压(7000V)电弧放电作用下形成O3，恒定流量的O3再进入反应室，同时将稳定流量的空气样品导入反应室。为了使气体有效的混合，反应室的进气管设计成套管式，即样气走内管，O3走外管，在反应室的进口处，样气总是被过量的O3所包围，在反应中O3与样气中NO产生化学反应。所发出的光由光电倍增管(PMT)检出，经放大在监测仪器显示面板显示NO读数。在样气流路上设有切换阀，可将样气经转换器再进入反应室，在钼转换中NOX(NO+NO2)全部转换成N0。因此，经转换器后实际测定是NOX，此时仪器显示面板显示NOX读数。前后两次测定经减法运算器NOX一N0=NO2计算，仪器显示面板显示NO2读数，在反应室中反应后的废气(含过量O3)经洗涤器祛除03后由抽气泵排出。NO和O3化学发光反应的发光光谱起始于600nm，延伸至近红外区，光谱中心在1200nm，但测光用的光电倍增管通常对紫外区敏感，在长波区灵敏性不降，为了降低倍增管的暗电流和噪声，提高信噪比，倍增管应在低温下工作，通常装有半导体制冷器。化学发光法NO-NO2-NOx分析仪通常设有多档量程范围，如O～O．1ppm、O～O．2ppm、O～0．5ppm、O～1ppm、0～2ppm、O～5ppm、O～10ppm等，最低检出浓度1ppb，响应时间2min，精度优于±1％，是目前测定空气中NOX较广泛使用的仪器。1.2化学发光法NO-NO2-NOx自动监测仪操作仪器的操作使用较为简单，打开主电源开关，再打开O3发生器电源开关，接通抽气泵，预热2h以上。待稳定后通入不含待测组分的零气，调节仪器零点电位器使读数指零，然后通人浓度为所选量程档满量程80％值的NO标准气，调节仪器跨度电位器使读数指在所通入的NO标准气浓度值。对NO2的校准可采用气相滴定法进行，仪器校准完毕后，可连接气体采样管进行现场连续测定，也可连接样品贮器进行单个样品测定。测定结果可由仪器直接显示NO、NO2、NOX的浓度值。化学发光法NO-NO2-NOx自动监测仪检测的重要内容是钼转化器效率，钼转化器的形体材料四不锈钢，成盒状，内部设计有加热315℃钼片。转化器所其的作用是将的功能是将NO2还原成NO，钼转化器的温度一般是计算机控制，其效率一般大于96%，小于102%，如果超出这个范围，钼转化器可能损坏，应该更换或者维修。钼转换效率的换算公式：[(NO关-NO开）-（NOx关-NOx开）]/（NO关-NO开）其中关代表是产生的目标浓度NO气体中不含有O3；开代表产生的目标浓度NO气体中含有O3；2、手动操作与中心控制室软件远程操控数据分析2.1为便于对比分析，文章分别采取了两组组在不同时间段NO-NO2-NOx分析仪远程操控精密度检与手动操作空气质量检查结果。图表如表1：（其中数字单位是ppb，以下图表雷同）。表1自动操作日期和开始时间检查结果表2手动动操作日期和开始时间检查结果表3自动操作日期和开始时间检查结果表4手动动操作日期和开始时间检查结果分析以上四个图表，可以看出，自动操作NO-NO2-NOx分析仪的操作时间是在午夜，避开污染物浓度的高峰时间，精密度检查不合格。而手动操作NO-NO2-NOx分析仪的操作时间是在白天，是污染物浓度的高峰时间，精密度检查合格，在O3处于关状态时，NO2的响应均在低位时，自动与手动所测数据较接近，相反，所产生的误差就大；同时在O3处于关的状态时，自动操作NO2的响应值高，手动操作NO2的响应值相对较低。2.2在同一时段对NO-NO2-NOx分析仪进行手动操作与远程操控精密度检查结果表表5自动操作日期和开始时间检查结果表6手动动操作日期和开始时间检查结果从表5与表6可以看出，在同一时段分别对NO-NO2-NOx分析仪进行手动操作检测与自动操作检测，其精密度检查的结果都是合格的，而且这两种检测的相对误差很接近的；由于NO-NO2-NOx分析仪的精密度检查手动操作与自动操作的时间是很接近的，因此，可以忽略时差、零气纯度对检测结果所造成的影响；在O3关状态下，自动操作NO2的响应值与手动操作NO2的响应值也比较接近，但手动操作NO2的响应值略低于自动操作NO2的响应值。3、误差原因分析手动操作与中心控制室软件远程自动操控NO-NO2-NOx分析仪的钼转换效率分析结果不一样，同时，手动操作基本达到钼转换效率的要求，而中心控制室软件远程自动操控却不能符合要求。根据对数据的分析，造成这样结果大致有以下几个原因。3.1NO-NO2-NOx分析仪的动态校准仪产生O3的量有差异NO-NO2-NOx分析仪校准仪的自动设置O3的量相对较高，根据相关钼转换效率的要求，O3量的目标浓度范围应该是50%-55%，而NO-NO2-NOx分析仪校准仪序列设置是65%；为分析原因，可以进行手动操作检查，将O3量的目标浓度改为55%。由于中心控制室软件远程自动操控时O3量过大，造成剩余NO小于最低限值90PPB，因此，导致了NO-NO2-NOx分析仪监测时出现偏差。3.2NO-NO2-NOx分析仪的流量偏低NO-NO2-NOx分析仪分析仪的流量相对偏低，比最低流量限度仅仅低了20～30sccm/ml。3.3标准零气因素影响测试使用的标准零气纯度不能满足使用要求。一般情况下，标准零气中NO2白天的含量要高于晚上的含量。3.4响应时间因素影响NO-NO2-NOx分析仪自动操控一般设定的响应时间为半个小时，手动NO-NO2-NOx分析仪操作的响应时间大约45分钟，这样就造成O3处于关状态时，自动操作NO2的响应值相对较高，而手动操作NO2的响应值相对较低。3.5时差因素影响从表中可以看出，NO-NO2-NOx分析仪手动操作是在白天，NO-NO2-NOx分析仪中心控制室软件远程自动操控是在夜间。由于室内温度有较大的差别，机盒温度也不一样，所造成，NO-NO2-NOx分析仪响应速度以及响应能力不同。3.6中控机软件换算因素影响在实际观察中，可以发现仪器显示浓度比远程电脑上显示的浓度高大约3～5个ppb的范围，因此，仪器显示浓度值与中心控制室电脑工控机软件在换算时会出现误差。4、结论与建议（1）NO-NO2-NOx分析仪必须定期进行流量检查/校准，尽量避免因分析仪的流量出现偏低，造成精密度检查不合格现象。（2）在NO-NO2-NOx分析仪使用前，先设置好动态校准仪的设置，将NO剩余量调至大于或者等于90ppb的正常状态。（3）加大NO-NO2-NOx分析仪所处房间的隔热层处理或使用恒温恒湿设备。减小昼夜温差对NO-NO2-NOx分析仪检测灵敏度的影响。（4）对NO-NO2-NOx分析仪的零点和跨度进行日常的单点校准和定期的多点线性校准，通过校准发现系统仪器连续运行中存在系统误差，及时发现监测仪器在日常运行过程中的噪声，确保系统监测仪器长期可靠连续运行。同时，对定时或随时采集的监测数据及校准结果，对各时段的大气污染监测数据和气象参数进行统计处理和异常值判断处理，减小中心控制室电脑工控机换算存在的误差。5、结语：导致环境空气自动监测系统钼转换效率出现误差的原因很多，这就要求环境监测部门掌握当前环境空气污染现状和变化规律及趋势，对监测项目、分析方法、测量范围和各项技术指标认真分析研究，长期收集环境背景和环境空气质量的连续监测数据，建立完善的环境监测数据库。同时也对仪器定期标定与校准以及精密度进行三级审核，才能更好地完善中心控制室软件远程自动操控技术。参考文献：[1]周洁;陈晓虎;;高温NO气体紫外吸收截面压力碰撞增宽效应的实验研究[J];环境科学学报;2006年06期[2]周洁;张时良;陈晓虎;;高温环境下NO气体紫外吸收截面的温变特性研究[J];光谱学与光谱分析;2007年07期[3]郑海明;蔡小舒;;温度对二氧化硫紫外差分吸收特性影响的实验研究[J];工程热物理学报;2006年04期