基于改进WOA-BP神经网络的网格化空气质量监测仪数据修正

空气污染严重威胁人类健康,近年来逐渐兴起的基于传感器技术的微型空气监测仪(简称微型站)具有体积小、造价低的优点,符合当前网格化、精细化的空气质量管理模式。但微型站中使用的电化学传感器存在复杂的气体交叉干扰,影响设备的准确性。针对交叉干扰非线性,难以用明确的数学表达式描述的问题,提出将改进鲸鱼算法优化的反向传播(CIWOA-BP)神经网络应用于微型站数据的修正。CIWOA-BP算法结合了BP神经网络善于处理非线性黑箱问题的优势以及CIWOA全局寻优的能力。结果表明:经过CIWOA-BP修正后的微型站可以实现对混合气体中的NO_(2)、CO、O_(3)和SO_(2)的准确定量分析,4种气体的计算值和实际值之间的拟合优度(R^(2))均超过了0.97,效果优于一元、多元线性回归和传统的BP神经网络,可以很好地提升设备对空气污染物的监测精度。

网格化空气质量监测仪中气体干扰模型的建立

网格化空气质量监测仪(简称微型站)利用内部集成的电化学气体传感器检测NO2、SO_(2)、CO和O_(3)等空气污染物,具有成本低、体积小等优点,但电化学传感器自身存在的气体交叉干扰问题极大地影响了监测结果的准确性。通过一元、多元线性和多元非线性回归分析的方法研究了微型站内的4种传感器的交叉干扰模型。结果表明:NO_(2)、CO传感器符合一元线性模型,拟合优度(R^(2)值)分别为0.9778和0.9898;而多元线性模型更适用于O_(3)和SO_(2)传感器,R^(2)值分别为0.9773和0.8901。在此基础上,通过进一步引入气体浓度交叉项进行优化,可以使SO2传感器的R2值提升至0.9294。气体交叉干扰模型的建立和优化有助于提高微型站对空气污染物的监测能力,同时为厂家设计和改良仪器提供参考。

离子色谱法同时测定环境空气中氨、甲胺、二甲胺和三甲胺

建立了同时测定环境空气中氨、甲胺、二甲胺、三甲胺的离子色谱法。以0.01 mol/L的硫酸溶液为吸收液,使用空气采样器以0.5 L/min流量采集空气样品60 min,采用IonPac CS16型阳离子分析柱(250 mm×5 mm)和IonPac CG16型阳离子保护柱(50 mm×5 mm),用22 mmol/L甲磺酸溶液作为淋洗液,以抑制型电导检测器同时测定空气中氨、甲胺、二甲胺、三甲胺。氨、甲胺、二甲胺、三甲胺的色谱峰分离良好,常见阳离子对测定无干扰。三甲胺常见拖尾峰,保留时间会随着三甲胺浓度的增大而缩短,这种现象是色谱柱过载所致。氨、甲胺、二甲胺、三甲胺的色谱峰面积与溶液质量浓度线性关系良好,相关系数为0.9996~1.0000。氨、甲胺、二甲胺、三甲胺测定方法的检出限分别为0.003、0.007、0.003、0.004 mg/m^(3),测定结果的相对标准偏差分别为1.7%、0.8%、1.7%、1.2%(n=6),加标回收率分别为97.9%~110%、96.0%~106%、110%~115%、106%~113%。该法样品处理步骤简单,分析快速。

生物气溶胶监测仪的校准方法比较

生物气溶胶监测仪利用荧光光谱法检测空气中的生物性物质,对疾病防控以及生物防恐预警意义重大。研究发现目前的国产生物气溶胶监测仪在采集空气中的生物颗粒时并不能区分不同细菌状态,得到的为总细菌数。通过实时定量PCR法和菌落计数法检测BioSampler采集瓶中的微生物,发现总细菌数和可培养的细菌数差异显著。利用扫描电子显微镜和荧光显微镜观察发现,采样器的撞击和离心作用影响了所收集的空气中微生物的生存能力,因此不宜用菌落计数法校准生物气溶胶监测仪。

基于荧光法生物气溶胶监测仪计数效率评价及方法研究

生物气溶胶监测仪是一类快速、实时监测空气中生物气溶胶的新兴仪器。为系统评价生物气溶胶监测仪的计数效率,开展了荧光法生物气溶胶监测仪总粒子和荧光粒子2个通道的计数效率评价。首先设计搭建了1套生物气溶胶监测仪计数效率评价装置,然后通过表面原子转移自由基聚合反应(SI-ATRP)制备了单分散、荧光性质稳定的荧光聚苯乙烯微球。采用制备的荧光微球雾化法发尘,模拟生物气溶胶环境,开展计数效率的评价,总粒子数和荧光粒子数计数效率分别为98.9%和98.1%,评价结果表明搭建的装置能满足荧光法生物气溶胶监测仪计数效率的评价需求,对生物气溶胶检测具有意义。

荧光法生物气溶胶监测仪性能验证及应用

利用荧光法生物气溶胶监测仪设备分别进行总粒子计数效率、荧光粒子计数效率评价,并在实验室和实际应用场景利用多种微生物气溶胶进行验证。通过菌落计数法和显微镜观察2种传统的离线检测方法与实时在线生物气溶胶监测仪的数值比对,发现实时生物气溶胶监测技术与传统方法检测结果具有较好的一致性。同时应用生物气溶胶监测仪对不同应用场景中的生物粒子进行监测,验证了检测结果的的可靠性。

光散射法扬尘在线监测仪自动校零模式及其影响

自动校零功能是要求光散射法扬尘在线监测仪在长期使用过程中数据漂移后进行自我修正,以减少缺乏自净功能带来的测量误差。该文搭建扬尘监测仪校准装置,探究市场上常见3类自动校零结构(无切换阀、前置切换阀、后置切换阀)高浓度淹没实验前后对零点测量效率、仪器采样流量、测量误差的影响。研究发现3种结构仅能实现“零点测量”,未实现零点校准,而零点测量效率为无切换阀>后置切换阀>前置切换阀。此外,前置切换阀积灰容易造成传感器二次污染,后置切换阀易造成传感器污染,均会影响传感器测量误差。因此,光散射扬尘在线监测仪需与传感器校零算法或定期清洗等方式相结合来最终实现目的,现有标准、规范需进一步细化对自动校零功能的检测方法和性能指标的设定,从而提高扬尘在线监测仪测量准确性和稳定性。

氮中六氟化硫气体标准物质制备

采用称量法制备氮中六氟化硫气体标准物质。通过与摩尔分数相近的国家一级气体标准物质在相同实验条件下比较测量,从而确定制备的气体标准物质的量值。采用气相色谱仪-火焰光度检测器(FPD)对制备的标准物质进行均匀性、稳定性检验。由比较法定值、均匀性和稳定性引入的不确定度,计算合成氮中六氟化硫气体标准物质量值的相对标准不确定度和相对扩展不确定度。研制的3种浓度的氮中六氟化硫气体标准物质摩尔分数分别为10.0、99.96、1002μmol/mol,相对扩展不确定度为2%(k=2),均匀性和稳定性良好,有效期为12个月。

氮中甲苯气体标准物质的研制

介绍了氮中甲苯气体标准物质的制备方法。以高纯氮气和高纯甲苯试剂为原料,采用液体注射法,将高纯甲苯试剂气化注射到钢瓶中,并采用重量法配制目标气体标准物质。采用气相色谱法(FID检测器)对制备的标准物质进行均匀性、稳定性检验,并对定值结果的不确定度进行评定。研制的氮中甲苯气体标准物质标称摩尔分数分别为0.999、5.01、9.23、50.38μmol/mol,相对扩展不确定度为3%(k=2),均匀性和稳定性良好,有效期为12个月。

光散射法与空气动力学法粒径谱仪在PM_(2.5)切割器评价中的差异研究

环境标准HJ 93—2013采用气溶胶粒径谱仪检测切割器,但是对选用哪种原理的粒径谱仪未明确要求。该文分别利用光散射法和空气动力学法粒径谱仪对同一台旋风式PM_(2.5)切割器进行检测,结果发现使用8个粒径单分散聚苯乙烯微球时,两种仪器都能得到预期的捕集效率曲线,相关参数也都合格。光散射粒径谱仪测量结果受颗粒种类影响显著,相比之下,动力学粒径谱仪测量结果基本不受颗粒物种类影响。结果表明,如果采用8个粒径单分散聚苯乙烯微球检测切割器,光散射或动力学法粒径谱仪都可以,结果差异不大,但是如果为了提高检测效率,采用混合多分散粒子,则只有动力学法粒径谱仪能满足要求。

串联式PM_(10)-PM_(2.5)切割器评价研究

在环境监测中,为更好将不同粒径粒子分离开,会将不同切割粒径的切割器串联使用。目前串联式切割器缺乏评价标准或规范,该研究以模式最简单的串联PM_(10)-PM_(2.5)切割器为对象,研究串联PM_(10)切割器对PM_(2.5)捕集效率曲线的影响,并研究不同粒径分布的颗粒物对两个品牌的PM2.5切割器评价的影响,包括ISO A1尘、Da50分别为2.67μm和7.73μm的多分散聚苯乙烯微球。结果表明,PM_(2.5)切割器的捕集效率曲线是切割器独立的计量特性,不受环境中颗粒物的粒径分布影响,也不受串联PM_(10)切割器的影响。该结论对于串联式切割器或分级器的评价具有重要参考意义,推荐单级独立评价的方法。

基于空气动力学的浮游菌采样器采集物理效率检测方法的研究

基于空气动力学原理,提出了一种针对浮游菌采样器采集物理效率的新型检测方法,并搭建了检测装置,可以得到连续的采样效率曲线,直观获取不同动力学粒径对应的采集物理效率。分别评价了2款国产及1款进口的浮游菌采样器采集物理效率,结果发现国产采样器采样效率不及进口品牌,质量还有待提升。研究了多分散的亚利桑那超细试验粉尘与单分散颗粒物标物检测结果的差异,发现国产采样器的差异大于进口采样器。所提检测方法有助于提高浮游菌采样器采集物理效率检测的准确性、科学性及检测效率。

混合粒径颗粒物对切割器评价结果的影响研究

依据标准选用8个不同粒径的标准聚苯乙烯小球分别进行PM 2.5切割器的评价,检测周期长、流程复杂。采用多种粒径粒子进行混匀后雾化,形成多分散气溶胶再进行检测,可一次性获取切割器在几种粒径下的捕集效率。用两种方法评价比对了国内外两种切割器,结果表明D a50及几何标准偏差δg一致性较好,偏差不超过3%,但混合方法的测量时间较传统方法缩短了80%。研究成果为优化切割器评价流程提供了参考。

气旋式生物气溶胶采样器采集物理效率评价方法研究

为了评价气旋式生物气溶胶采样器的采集效率,搭建了颗粒物浓度均匀、稳定的静态箱法评价装置,对国内2款气旋式生物气溶胶采样器的采集物理效率进行了测量,最终拟合得到采集效率曲线。测量结果表明:在品牌一采样器的固定采样流量下,其采集物理效率曲线的D_(a50)(采集效率为50%时的空气动力学直径)为0.91μm;品牌二采样器具有5种可调的采样流量,在不同流量下D_(a50)分别为1.60μm、1.36μm、1.19μm、1.06μm和1.05μm。对比了使用初始容量分别为15 mL和7.5 mL的采样液得到的品牌二采样器的采集物理效率,发现采样液初始容量较少时,采集物理效率偏低。为气旋式生物气溶胶采样器性能的评价方法提供了参考。

内标法对PM_(2.5)切割器快速评价方法的修正

利用多分散颗粒物对PM_(2.5)切割器的快速检测,可极大提高检测效率。在实践中,发现空气动力学粒径谱仪的粒径测量结果偶尔存在偏移(偏小)。为克服偏移的影响,提出在多分散粒子中加入单分散微球标准物质,通过微球粒径标准值对捕集效率曲线的偏移进行修正,对进口及国产的PM_(2.5)切割器进行了评价研究,测量结果与单独使用8种粒径单分散微球评价结果基本一致。该方法既利用了空气动力学粒径谱仪方法在PM_(2.5)切割器评价方法中的高效率,又有效避免偏移造成的影响,在空气动力学粒径谱仪的应用中具有提高测量可靠性的作用。

采样流量和孔板间距对浮游菌采样器采集效率的影响

浮游菌采样器作为一种高效的撞击采样器,具有易操作、小巧便携等特点,广泛应用于药厂洁净间、卫生防疫等场所。目前市场上的浮游菌采样器采集效率缺乏科学、高效的评价方法。采用基于空气动力学粒径谱仪的评价方法,分别检测2种国产浮游菌采样器的采集效率,发现采样流量、琼脂高度以及孔板间距(喷嘴到采集板距离)等因素会显著影响浮游菌采样器采集效率。研究表明,在固定采样流量下,孔板距离越近,采集效率越好;在孔板距离固定条件下,随着采样流量增大,采集效率会出现先增大后降低的特性,在采样流量为80 L/min时的采集效率最好;琼脂厚度越大,采集效率越高。该研究对改进浮游菌采样器的结构设计、提高产品质量具有参考意义,有助于提高浮游菌采样器的检测准确性和科学性。

生物气溶胶雾化器对大肠杆菌活性影响的评价

生物气溶胶的研究依赖于稳定可靠的雾化过程。从颗粒数量浓度、粒径大小分布、细菌可培养性和细胞膜破损等方面评价不同气溶胶发生器的性能,并探讨进气流量的影响。结果表明在气溶胶发生过程中的机械应力严重损害细胞膜的完整性,使得细菌的可培养率降低90%以上,并且随着进气流量的增加,细胞碎片的比例增加,细胞膜损伤更为严重。由于生物气溶胶的研究不仅需要高浓度的微生物,更要保证细胞的完整性和可培养性,因此以上研究将对生物气溶胶发生器的性能评价和选择提供依据。

不同类型颗粒物切割器采样流量与切割粒径关系研究

利用静态箱法可探索美国BGI公司生产的多种旋风式切割器和国产撞击式切割器的采样流量(Q)对50%切割粒径(D 50)的影响,结果表明任意一种类型的旋风式切割器,采样流量变化均会导致采集效率曲线平移,流量越大,D 50越小。在同一个旋风式切割器中,通过改变流量可实现PM1.0、PM2.5和PM4.0等模式的切换,且采样流量与D 50近似成反比,而对于撞击式切割器,D 50的平方根与采样流量近似成反比。该研究可作为一种快速评估方法,根据实际流量快速估算其对应的D 50,具有一定的应用价值。

安德森六级撞击微生物采样器的计量评价及影响因素分析

由于安德森六级撞击微生物采样器目前缺少相应的标准和检测技术规范,提出了基于捕集效率曲线的空气动力学粒径D_(a50)评价方法,并对D_(a50)的检测与理论计算及其影响因素进行了分析。通过检测5个国产品牌的安德森采样器,发现不同厂家产品测量结果差异较大,多家产品的一级或多级的捕集效率曲线对应的D_(a50)在粒径范围之外。研究发现采样器性能差异并非是由孔径加工精度不够引起,相比之下,不同厂家采样器层与层之间撞击距离有差异,特别是有些厂家的培养基高度可选择范围过宽。研究结果表明:培养基越高,得到的D_(a50)越小;在培养基高度相同情况下,层与层之间距离理想值在10 mm左右。因此,撞击高度是影响安德森六级撞击微生物采样器性能的重要因素。

机动车尾气排放颗粒数浓度评价综述:法规发展和监测技术

环境颗粒物水平对人体健康有紧密的联系,而道路交通排放是城市环境颗粒物的重要来源。随着机动车尾气排放颗粒物质量浓度接近测量下限,灵敏度更高的颗粒物测量手段及评价方法的开发亟需解决。机动车颗粒物排放在过去二十年中受到越来越多的关注,使得全球排放法规发生了许多变化,包括更严格的标准、新指标以及拓展到更广泛的非道路应用领域。这些变化产生了对能够实时测量、高灵敏度、车载仪器的新要求。而颗粒物数量浓度的测量作为评价机动车排放颗粒物污染重要的补充手段,相关法规及研究者们都在不断的探索指标的评价依据和评价方法,综述了这一指标在相关法规中的发展历程,以及针对机动车尾气排放颗粒数浓度现有的测量方法,包括当前和新发展的仪器原理及应用范围进行了综述,为机动车尾气排放颗粒数浓度测量及评价的技术发展提供参考。