鄭南榮

（廣東中定檢測(cè)科技有限公司，廣東 廣州 510650）

近年來(lái)，隨著社會(huì)各界對(duì)保護(hù)環(huán)境的重視，環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)已成為一項(xiàng)重點(diǎn)工作。而在以往的工作中，通常只會(huì)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物和CO等具有代表性且長(zhǎng)期存在的一些污染物進(jìn)行分析，并采用客觀評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，但這種方法的局限性較為突出。由此，為了進(jìn)一步拓展研究范圍和提高研究精度，本文針對(duì)廢氣顆粒物測(cè)量展開(kāi)了分析，并引入了不確定度評(píng)估的相關(guān)理念和方法，以期獲得更為準(zhǔn)確的結(jié)果。

1 基本測(cè)試原理

本次測(cè)試主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文件《環(huán)境空氣顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)定》（GB/T 39193-2020）的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范展開(kāi)測(cè)量工作[1]。并在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用以下步驟對(duì)廢氣顆粒物進(jìn)行較為準(zhǔn)確的測(cè)量：（1）使用空氣采樣器對(duì)目標(biāo)區(qū)域的一定體積空氣進(jìn)行采集，并使空氣透過(guò)濾膜，以截留懸浮顆粒物；（2）在空氣采集環(huán)節(jié)結(jié)束后，濾膜質(zhì)量將明顯增加，這時(shí)可根據(jù)濾膜質(zhì)量的增加量以及空氣采集的體積，計(jì)算出TSP值；（3）將濾膜上附著的懸浮顆粒物取下，以進(jìn)行后續(xù)的研究分析過(guò)程[2]。在此流程當(dāng)中，采氣流量的計(jì)算通常是根據(jù)壓力傳感器的數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)行分析轉(zhuǎn)換和最終的計(jì)算。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與試劑

（1）本次實(shí)驗(yàn)是通過(guò)空氣采樣裝置對(duì)目標(biāo)區(qū)域的空氣進(jìn)行采集。在采集過(guò)程中，空氣中的顆粒物均會(huì)停留在濾膜部位；而在采集完成后，可獲得濾膜質(zhì)量的增加值和空氣采集體積兩方面的數(shù)據(jù)，前者與后者之比即為顆粒物的質(zhì)量濃度水平。同時(shí)，為了確保采樣所獲得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在采樣過(guò)程中，工作人員應(yīng)預(yù)先鎖緊采樣頭和入口部位，以避免測(cè)試數(shù)據(jù)出現(xiàn)不準(zhǔn)確的情況。同時(shí)，在采樣完成后，為了盡可能避免溫度和濕度等干擾因素的影響，要對(duì)采集后的濾膜進(jìn)行不低于24 h的干燥處理，之后再進(jìn)行最終的稱量。

（2）在本次實(shí)驗(yàn)中使用PM2.5和PM10兩種標(biāo)準(zhǔn)物作為實(shí)驗(yàn)試劑，以進(jìn)行后續(xù)的不確定度測(cè)量工作，且以上兩種標(biāo)準(zhǔn)物的純度均為99.5%[3]。

3 測(cè)量不確定度的主要來(lái)源

根據(jù)相關(guān)理論分析后可知，在本次測(cè)量過(guò)程中，廢氣顆粒物測(cè)量的不確定度主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：（1）因標(biāo)準(zhǔn)物配制過(guò)程中的人為誤差而引入的不確定度，這屬于合成不確定度的范疇；（2）在采樣過(guò)程中引入的不確定度，同樣屬于合成不確定度的范疇；（3）對(duì)于采集到的樣品在重復(fù)測(cè)量過(guò)程中引入的不確定度，在實(shí)際研究中，此類歸為A類不確定度評(píng)定；（4）因檢測(cè)儀器本身的誤差所導(dǎo)致的不確定度引入，此類歸為B類不確定度評(píng)定[4]。

4 分析廢氣顆粒物測(cè)量不確定度情況

4.1 標(biāo)準(zhǔn)物配制過(guò)程中引入的不確定度分析

（1）為了獲取標(biāo)準(zhǔn)物配置過(guò)程中引入的不確定度信息，此環(huán)節(jié)直接查閱標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相關(guān)證書(shū)文件即可，根據(jù)查閱結(jié)果，得到本次實(shí)驗(yàn)中兩種物質(zhì)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度情況，具體情況詳見(jiàn)表1。

表1 本次實(shí)驗(yàn)兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（2）在此基礎(chǔ)上，還要進(jìn)一步考慮因標(biāo)準(zhǔn)物稱量過(guò)程中，檢測(cè)儀器本身的誤差所導(dǎo)致的不確定度引入。在本次試驗(yàn)中，稱量標(biāo)準(zhǔn)物所采用的設(shè)備為電子天平。因此，工作人員查閱了該電子天平設(shè)備的檢定證書(shū)，發(fā)現(xiàn)檢定證書(shū)上標(biāo)注該設(shè)備的最大允許誤差為0.1 mg。由此，假設(shè)該誤差呈現(xiàn)出矩形分布，則此設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)不確定度則為：。而稱量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度需要計(jì)算兩次，一次為皮重，一次為總重。因此，由電子天平的最大允許誤差所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.2 采樣和檢測(cè)過(guò)程中所引入的不確定度分析

（1）在空氣采樣過(guò)程中，空氣采樣相關(guān)設(shè)備也難免會(huì)存在一定誤差，因此，在采樣過(guò)程中必然會(huì)引入一定的不確定度。由此，對(duì)本次試驗(yàn)所采用的空氣流量采樣器所引入的不確定度進(jìn)行分析，此環(huán)節(jié)又可細(xì)分為以下兩個(gè)方面。

一是對(duì)因空氣流量采樣器精密度而引入的不確定度進(jìn)行分析。根據(jù)空氣流量采樣器的使用情況分析，其精密度約為1%，假定其服從矩形分布，則此環(huán)節(jié)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

二是對(duì)因空氣流量采樣器校準(zhǔn)過(guò)程而引入的不確定度進(jìn)行分析。根據(jù)本次使用的空氣流量計(jì)設(shè)備的檢定證書(shū)可知，此設(shè)備的相對(duì)擴(kuò)展不確定度U（rel）為0.8%，且K值為2。據(jù)此可知，樣品采樣體積所引入的不確定度為：

（2）根據(jù)以上兩個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算結(jié)果可知，采樣過(guò)程中所引入的整體不確定度為兩個(gè)分環(huán)節(jié)的不確定度數(shù)值的平方和再開(kāi)方，計(jì)算公式如下：

（3）在使用檢測(cè)儀器對(duì)廢氣顆粒物進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于檢測(cè)儀器的電信號(hào)中難免會(huì)存在噪聲，因此，需要對(duì)其信噪比進(jìn)行分析，并以此確定因檢測(cè)儀器所引入的不確定度。通過(guò)查閱檢測(cè)儀器的鑒定證書(shū)后得知，本次使用的檢測(cè)儀器信噪比的相對(duì)擴(kuò)展不確定度U（rel）為0.6%，且K值為2。據(jù)此可知，該檢測(cè)儀器的不確定度為

4.3 樣品重復(fù)測(cè)量環(huán)節(jié)所引入的不確定度分析

（1）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于樣品需要進(jìn)行多次測(cè)量，因此，在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的人為誤差同樣會(huì)造成不確定度的出現(xiàn)。在本次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)所使用的兩種樣品總計(jì)重復(fù)測(cè)量了6次，且取平均值作為檢驗(yàn)結(jié)果，具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表2。

表2 樣品重復(fù)測(cè)定結(jié)果

（2）從表2中樣品重復(fù)測(cè)定結(jié)果的數(shù)據(jù)不難看出，各次的樣品測(cè)定結(jié)果之間存在著一定的差異，而這些差異則是引入相對(duì)不確定度的一個(gè)關(guān)鍵因素。為此，在本次實(shí)驗(yàn)中，使用6次測(cè)量結(jié)果平均值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，來(lái)表示測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后可知，PM2.5和PM10這兩種標(biāo)準(zhǔn)物的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD分別為0.036和0.042。因此，使用下面的公式對(duì)二者的不確定度分別進(jìn)行計(jì)算。在代入數(shù)據(jù)后，可分別求出PM2.5和PM10這兩種標(biāo)準(zhǔn)物因6次重復(fù)測(cè)量所出現(xiàn)的誤差，兩個(gè)數(shù)值分別為0.021和0.017。

4.4 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)相關(guān)理論可知，上文所分析的多個(gè)不確定度因素之間是相對(duì)獨(dú)立的關(guān)系，但在實(shí)際研究中需綜合考慮這些因素，由此，引入了“合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度”的概念，并將前文所研究得出的各個(gè)相對(duì)不確定度的分量，予以綜合考慮進(jìn)行計(jì)算。以PM2.5標(biāo)準(zhǔn)物的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為例，對(duì)其合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算使用以下公式進(jìn)行：在代入數(shù)據(jù)后，解得Ur為0.042，同理，還可以求出其他的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度結(jié)果。

4.5 擴(kuò)展不確定度

（1）仍以PM2.5標(biāo)準(zhǔn)物為例，當(dāng)測(cè)定結(jié)果為0.01 mg/（m2·h）時(shí)，其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ue為測(cè)定結(jié)果和合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度之乘積，在代入數(shù)據(jù)后，計(jì)算得出結(jié)果為0.0004 mg/（m2·h）。根據(jù)本次研究的實(shí)際情況，設(shè)定置信概率范圍為95%，且擴(kuò)展因子k值為2，在此限定條件下，擴(kuò)展不確定度U為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Ue與擴(kuò)展因子k的乘積，在代入數(shù)據(jù)后，計(jì)算得出結(jié)果為0.001 mg/（m2·h）。由此，在本次實(shí)驗(yàn)中，PM2.5標(biāo)準(zhǔn)物的擴(kuò)展不確定度結(jié)果表示為：（0.01±0.001）mg/（m2·h），k=2。同理，也可以可計(jì)算出PM10標(biāo)準(zhǔn)物的擴(kuò)展不確定度。

（2）在本次試驗(yàn)中，兩種顆粒物的不確定度分量及輸出結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 兩種廢氣顆粒物的不確定度分量及輸出結(jié)果

5 不確定度評(píng)估結(jié)果的討論及今后的工作展望

5.1 實(shí)驗(yàn)主要結(jié)論

根據(jù)前文多個(gè)環(huán)節(jié)的研究結(jié)果，可得出以下結(jié)論。

（1）通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)可知，在所測(cè)定的環(huán)境內(nèi)，空氣中的兩種主要顆粒物PM2.5和PM10的輸出結(jié)果均為0.01±0.001 mg/（m2·h），k=2。

（2）從前文中對(duì)各個(gè)影響因素所導(dǎo)致的不確定度分析計(jì)算結(jié)果可知，不同影響因素所帶來(lái)的不確定度各不相同，這表明不同影響因素對(duì)測(cè)量不確定度的貢獻(xiàn)值存在較為明顯的差異。相對(duì)而言，合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度對(duì)測(cè)量不確定度的影響較為顯著，同時(shí)，測(cè)量?jī)x器本身的工況也是影響測(cè)量不確定度的一個(gè)重要原因；而樣品采樣環(huán)節(jié)引入的不確定度相對(duì)較小，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可忽略不計(jì)[5]。

5.2 今后的工作展望

5.2.1 全面優(yōu)化測(cè)量工作

考慮到在本次測(cè)量環(huán)境廢氣顆粒物中，還存在一定的測(cè)量不確定度，表明測(cè)量誤差仍然存在。因此，在今后的工作中，需結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)有的測(cè)量工作進(jìn)行全面優(yōu)化，具體可分為以下幾方面。

（1）要力求實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的精準(zhǔn)，特別是標(biāo)準(zhǔn)物配置和測(cè)量環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)，可通過(guò)打造一支專業(yè)化的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此，相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)這方面的工作予以重點(diǎn)關(guān)注，特別是在實(shí)際工作中，要從實(shí)踐角度對(duì)相關(guān)操作人員進(jìn)行專業(yè)技能培訓(xùn)，以確保其能掌握應(yīng)具備的專業(yè)知識(shí)和技能。同時(shí)，為了確保培訓(xùn)環(huán)節(jié)行之有效，可引入考核機(jī)制。

（2）要提高儀器的綜合性能，為此，在日常工作中，必須要加強(qiáng)對(duì)儀器的維護(hù)，以保證儀器的穩(wěn)定性。首先，要根據(jù)實(shí)際需求及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的測(cè)量設(shè)備，并確保測(cè)量設(shè)備的精準(zhǔn)度，以確保測(cè)量工作準(zhǔn)確可靠；其次，檢測(cè)單位還應(yīng)與檢測(cè)儀器的生產(chǎn)商加強(qiáng)技術(shù)層面的溝通，從而獲得相應(yīng)的技術(shù)支持和備件供應(yīng)，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的不利情況。

（3）要從測(cè)量質(zhì)量控制計(jì)劃入手，并通過(guò)以上措施，確保和證明檢測(cè)過(guò)程受控，以及檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①嚴(yán)格要求測(cè)量工作人員的操作規(guī)范，以確保各項(xiàng)測(cè)量工作均按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；②明確測(cè)量工作人員的責(zé)任和權(quán)利；③要加強(qiáng)對(duì)測(cè)量工作中各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)督，且對(duì)于測(cè)量工作中出現(xiàn)的個(gè)別的不規(guī)范行為要及時(shí)更正，從而確保測(cè)量技術(shù)能得到有效控制。

（4）要加強(qiáng)新技術(shù)的融合應(yīng)用[6]。目前，測(cè)量環(huán)境空氣中的廢氣顆粒物常應(yīng)用重量法，這是一種相對(duì)較為傳統(tǒng)的方法。目前，該方法雖然已發(fā)展成熟，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也難免會(huì)存在一定的局限性。因此，在今后的測(cè)量工作中，可使用以下兩種方法：①壓電晶體差頻法：這種方法以石英諧振器為測(cè)定顆粒物的傳感器，氣樣經(jīng)大粒子切割器剔除大顆粒物；而剔除后剩余的小顆粒物會(huì)被送入測(cè)量氣室；當(dāng)小顆粒物進(jìn)入測(cè)量氣室之后，會(huì)受到高壓電針的影響而呈現(xiàn)電負(fù)性；而氣室內(nèi)存在帶正電荷的石英諧振器，這時(shí)二者之間會(huì)產(chǎn)生放電作用；再通過(guò)電磁吸附作用使顆粒物沉積于氣室之中，而除塵后的氣體則會(huì)排出氣室。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于測(cè)量石英諧振器的集塵量與振蕩頻率的降低量成正比，所以，當(dāng)振蕩頻率變化時(shí)，其具有的信號(hào)處理功能會(huì)將振蕩頻率變化量迅速轉(zhuǎn)換為集塵量數(shù)據(jù)，并直接顯示在數(shù)顯屏幕上。②光散射法：該方法的測(cè)定原理是，光線在空氣中傳播時(shí)會(huì)受到顆粒物的散射作用。因此，顆粒物濃度越高，則光線的散射程度也越高。在應(yīng)用該方法時(shí)，可由抽氣風(fēng)機(jī)以一定流量將空氣經(jīng)入口大粒子切割器抽入暗室中；在暗室中，顆粒物位于“靈敏區(qū)”，就會(huì)對(duì)光源發(fā)射的平行光產(chǎn)生散射作用；而散射后的部分光線會(huì)被光電轉(zhuǎn)換器所接收；當(dāng)光電轉(zhuǎn)換器對(duì)這些光信號(hào)做進(jìn)一步的激發(fā)和放大處理時(shí)，光信號(hào)會(huì)變?yōu)槊}沖電信號(hào)；此時(shí)再對(duì)脈沖電信號(hào)進(jìn)行校正處理，即可分析顆粒物的測(cè)量結(jié)果[7]。

5.2.2 引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)

在今后的工作當(dāng)中，還可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上引入其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用較具有可行性。而在實(shí)際應(yīng)用中，也可以采用軟硬件相結(jié)合的應(yīng)用方式，利用多種化學(xué)傳感器測(cè)量反應(yīng)體系中的相關(guān)指標(biāo)參數(shù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行處理，再根據(jù)處理結(jié)果，對(duì)相關(guān)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)，以確保測(cè)量體系能始終在最優(yōu)的條件下運(yùn)行，這對(duì)于提高廢棄顆粒物測(cè)量準(zhǔn)確度而言，顯然更為有效[8]。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，環(huán)境空氣中廢氣顆粒物的測(cè)量是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，其受到不確定因素的影響較多，因此，對(duì)于這些不確定因素應(yīng)引起足夠的重視。同時(shí)，在今后的廢氣顆粒物測(cè)量工作中，要結(jié)合實(shí)際情況，合理選擇測(cè)量技術(shù)和方法，并設(shè)計(jì)科學(xué)合理的測(cè)量工作方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境空氣中廢氣顆粒物更為準(zhǔn)確的測(cè)定，從而為環(huán)保方面的工作提供更多保障。