标准集团解读环境空气颗粒物中有机碳、元素碳连续自动监测技术规范

发布时间：2023-02-06

1 适用范围

本标准规定了环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳、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-光学校正法和热学-光学衰减法的环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳、元素碳连续自动监测系统的安装、验收、运行管理与质量控制。

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，其新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。

HJ 655 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

HJ 817 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

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

3.1

有机碳、元素碳连续自动监测系统 organic carbon and elemental carbon continuous automated monitoring system

对环境空气颗粒物中有机碳、元素碳进行连续自动的采样、处理、分析的监测系统。

3.2

颗粒物（粒径≤2.5 μm） particulate matter

环境空气中空气动力学当量直径≤2.5 μm 的颗粒物，也称细颗粒物。

3.3

有机碳 organic carbon（OC）

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。

主要来源于燃煤、机动车尾气、生物质燃烧、工业排放等，既有直接排放，也有经光化学反应的二次生成。

3.4

元素碳 elemental carbon（EC）

颗粒物中以单质形式存在的碳和少量黑色、不挥发的高分子量有机物。主要来源于化石燃料或生物质不完全燃烧的直接排放。

3.5

总碳 total carbon（TC）

颗粒物中有机碳和元素碳的总和。

3.6

光学裂解碳 optical pyrolyzed carbon（OPC）

通过光学方法测定在高温下裂解转化成元素碳的有机碳。

4 方法原理与系统组成

4.1 方法原理

环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳、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：用热氧化法直接测量颗粒物中 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，纯氦气环境中 OC 转化为 CO2 及少量 OPC， 在氦氧混合气环境中 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，经光学校正 OPC 后计算得到样品中 OC、EC 的含量。

热学-光学衰减法：用热氧化法直接测量颗粒物中 TC 的含量，用光学衰减法间接测量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，在空气环境中 TC 转化为 CO2，利用非色散红外检测器（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，采用多波长单色光照射颗粒物样品，测量光学衰减率得到黑碳（BC）的含量，再根据 BC 与 EC 的定量关系，计算样品中 EC 的含量。

4.2 系统组成

4.2.1 样品采集单元

样品采集单元将环境空气颗粒物进行切割分离，并将颗粒物收集在滤膜（或纸带）上， 由采样头、切割器、采样管、溶蚀器、采样泵等组成。

4.2.2 分析单元

分析单元对颗粒物样品中的 OC、EC 进行测量分析。热学-光学校正法的分析单元由反应炉、CO2 浓度检测器、光发射与接收模块、内标物定量环等组成；热学-光学衰减法的分析单元分为 TC 分析单元及 EC 分析单元，其中 TC 分析单元由反应炉、CO2 浓度检测器等组成，EC 分析单元由自动走纸带模块、光发射与接收模块等组成。

4.2.2.1 反应炉

反应炉按照设定的温度将颗粒物样品中的碳转化为 CO2。热学-光学校正法的反应炉内置 MnO2，将 OC 在高温条件下氧化为 CO2，OPC 与 EC 在过量氧气的高温条件下氧化为CO2；热学-光学衰减法的反应炉将颗粒物中的碳在过量氧气的高温条件下全部转换为 CO2。