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.pdf

中华人民共和国国家生态环境标准HJ13272023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Technical specifications for continuous automated monitoring of organiccarbon and elemental carbon in ambient air particulate matter(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HJ 13272023i目次前言.1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.26HJ 13272023ii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。HJ 132720231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。HJ 653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QX/T 508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2.5 m）particulate matter；PM2.5环境空气中空气动力学直径2.5 m 的颗粒物，也称细颗粒物。3.2有机碳organic carbon；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elemental carbon；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total carbon；TC环境空气颗粒物中 OC 和 EC 的总和。3.5光学裂解碳optical pyrolyzed carbon；OPC在高温下裂解转化成 EC 的 OC，通过光学方法测定。HJ 1327202323.6仪器空白instrument blank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system blank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 0.3 m 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ambient state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 HJ 653 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HJ 132720233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 0.3 m 颗粒物的截留效率99.7%，TC 本底值应0.1 g/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2MPa。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1 mol/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18 Mcm（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 QX/T 508 中的相关要求。4.2.4.6溶蚀器碳膜（块）溶蚀器碳膜（块）为溶蚀器内所需的耗材，可吸收环境空气中的气态挥发性有机物或半挥发性有机物，吸收效率应70%。HJ 1327202345技术性能要求仪器安装、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涉及到的相关指标应符合表 1 的要求。表 1技术性能指标及要求序号技术性能指标要求1温度示值误差在2 范围内2大气压示值误差在1 kPa 范围内3采样流量平均流量相对误差在5%范围内流量相对标准偏差2%平均流量示值误差在2%范围内4辅助气体流量线性相关系数0.999斜率0.95k1.05截距-1 ml/minb1 ml/min5溶蚀器吸收效率70%6热学-光学校正法三峰测试相对标准偏差5%7TC 检出限1 g/m38仪器空白TC 仪器空白0.3 g9系统空白热学-光学校正法TC 系统空白2 g/m3热学-光学衰减法TC 系统空白1g/m3，EC 系统空白在0.5g/m3范围内10校准曲线线性相关系数0.995斜率0.9k1.1截距-1 gb1 g11精密度相对标准偏差5%12正确度相对误差在10%范围内13热学-光学校正法实际升温程序温度偏差在10%范围内注：上述流量均为体积流量。HJ 1327202356安装、调试、试运行与验收6.1安装6.1.1监测点位监测点位应满足 HJ 655 中的相关要求。6.1.2监测站房及辅助设施监测站房及辅助设施应满足 HJ 655 及以下要求：a）配备冰箱（柜），确保标准溶液及标准膜能够于 4 以下冷藏；b）站房应设置气瓶放置间（柜）并安全放置气瓶，在没有条件设置气瓶放置间（柜）时，应在特定位置放置气瓶并将其固定；站房内可安装气瓶漏气报警装置；c）站房温度应在 25 5 范围内，相对湿度应不高于 80%。6.1.3监测仪器安装监测仪器安装应符合 HJ 655、仪器说明书及以下要求：a）仪器采样入口和站房天花板之间有足够的空间安装溶蚀器、采样管等；b）采样管需加装集水装置；c）采样管及溶蚀器要有保温措施，防止出现冷凝水。6.1.4数据采集和传输监测仪器安装后应联网，数据采集和传输应满足 HJ 655 中的相关要求。6.2调试6.2.1调试检测的一般要求监测系统在完成安装并正常运行后应调试检测。调试检测可由系统制造者、供应者、用户或受委托的具有检测能力的机构承担。调试检测的一般要求如下：a）系统连续运行 168 h 后，开始调试检测；b）如果因系统故障、断电等原因造成调试检测中断，则需对未完成的指标重新调试检测；c）调试检测后应编制安装调试报告，安装调试报告格式参见附录 A。6.2.2调试检测指标和检测方法6.2.2.1调试检测指标调试检测指标及要求应根据表 1 中的相关规定执行。6.2.2.2调试检测方法6.2.2.2.1温度测量示值误差测量方法应满足 HJ 655 的相关要求。HJ 1327202366.2.2.2.2大气压测量示值误差测量方法应满足 HJ 655 的相关要求。6.2.2.2.3采样流量测试方法应满足 HJ 655 的相关要求。6.2.2.2.4辅助气体流量将标准流量计接入辅助气体气路，辅助气体设置不少于 4 种流量（包括零点），分别测试流量，其中设置的最大流量应大于实际监测中辅助气体的工作流量，待流量稳定后开始测试，每隔 5 min 测量 1 次，每种流量至少重复测量 3 次。将设定流量与实测流量均值建立校准曲线。6.2.2.2.5溶蚀器吸收效率完成系统空白测试后，仍然将颗粒物高效过滤器安装在采样口，并取出溶蚀器中的碳膜（块）或