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LP-DOAS标准


中华人民共和国国家环境保护标准
HJ□□□-201□

长程差分吸收光谱(DOAS)空气质量监测仪 技术要求
The technical requirement for Long-path differential optical absorption spectroscopy (DOAS) air quality monitoring s

ystem

(征求意见稿)

201□-□□-□□发布

201□-□□-□□实施











发布





1 适用范围................................................................... 1 2 规范性引用文件 ............................................................. 1 3 术语和定义 ................................................................. 1 4 测定范围 ................................................................... 2 5 工作电压与频率 ............................................................. 2 6 性能要求................................................................... 2 7 仪器构造................................................................... 3 8 检验方法................................................................... 3 9 标识 ...................................................................... 6 10 操作说明书................................................................ 6 11 校验...................................................................... 7

I





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》 、 ,保护环境, 保障人体健康,规范长程差分吸收光谱(DOAS)空气质量监测仪的技术性能,制定本标准。 本标准规定了长程差分吸收光谱(DOAS)空气质量监测仪的研制生产及性能检验、选 型使用、日常校核等方面的技术要求。 本标准为首次发布。 本标准由环境保护部科技标准司组织制订。 本标准主要起草单位:安徽省环境监测中心站、中国科学院安徽光学精密机械研究所。 本标准环境保护部 201□年□□月□□日批准。 本标准自 201□年□□月□□日起实施。 本标准由环境保护部解释。

II

长程差分吸收光谱(DOAS)空气质量监测仪技术要求
1 适用范围 本标准规定了采用长程差分吸收光谱 (Differential Optical Absorption Spectroscopy, 简称 DOAS)系统进行空气质量监测的仪器的技术性能要求和性能检测方法。 2 规范性引用文件 本标准内容引用了下列文件中的条款。 凡是不注日期的引用文件, 其有效版本适用于本 标准。 GB/T 191-2000 GB 3095-1996 GB 4943-2001 HJ/T193-2005 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 气态污染物 (gaseous pollutant) 是指以分子状态分散于大气中的污染物,如 SO2、NO2、O3、HCHO 等。 3.2 零点漂移 (zero drift) 监测系统在连续 24h 内不做调节, 测量没有经过大气吸收并无待测污染物时系统所显示 的浓度示值的变化情况,用浓度示值变化的极大值表示。 3.3 量程漂移 (span drift) 监测系统在连续 24h 内不做调节,采用等效程长方法,对等效浓度为满量程 80%的污 染物分时进行检测,得到的浓度变化情况,用浓度变化的最大偏差表示。 3.4 等效程长法 (method of equivalent optical distance) 根据光谱吸收定理 A=Kcl,气态污染物的浓度 C 和吸收光程长度 L 对测量结果的贡献具 有等价性, 采用较短的样品池和输入较高浓度的气态污染物, 达到长光程下对低浓度气态污 染物进行测量的等效方法。 3.5 长 程 差 分 吸 收 光 谱 技 术 (Differential Optical Absorption Spectroscopy for long distance) 包装储运图示标志 环境空气质量标准 信息技术设备的安全 环境空气质量自动监测技术规范

1

采用差分吸收光谱(Differential Optical Absorption Spectroscopy, 简称 DOAS)方法进行 基于长程吸收的大气监测技术。 3.6 光程 (optical distance) DOAS 监测系统发出的光在大气中穿过的距离和大气平均折射率的乘积。 本标准中的光 程是指 DOAS 监测系统发出的光经直射或/和反射后达到检测系统所经过的空间距离。 3.7 响应时间(response time):仪器显示的测量值达到稳定的标准值 95%时所需的时间。 4 测定范围 4.1 测量光程:200m~1000m; 4.2 测量光谱范围:包括 220-450nm 范围; 4.3 气态污染物浓度测量范围:0~500×10-9(V/V) 5 工作电压与频率 工作电压为 220V±10%,频率为 50Hz±2%。 6 性能要求 DOAS 技术在大气痕量气态污染物监测中, 通过特征吸收光谱鉴别大气痕量气态污染物 的类型和浓度,因此适用于在该波段有特征吸收的气体分子,如 SO2、NO2、O3、HCHO、 芳香族有机物、苯、甲苯、二甲苯等。作为基于差分吸收光谱方法的环境空气质量监测系统 必须满足 3 种常规气体 SO2、NO2 和 O3 的监测。 6.1 仪器指标 6.1.1 测量光程:200m~1000m; 6.1.2 测量光谱范围:包括 220-450nm 范围; 6.1.3 光谱分辨率:<0.7nm; 6.1.4 输出信号:模拟信号或数字信号。 6.2 性能测试指标

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. 表 1. 性能测试指标
测量原理 序号 测量成份 1 2 3 4 80%满量程漂移(V/V) 20%满量程示值误差(V/V) 5 80%满量程示值误差(V/V) 6 7 8 响应时间(s) 电压变化的影响 温度变化的影响 量程(V/V) 最低检测限(V/V) 零点漂移(V/V) 20%满量程漂移(V/V) 二氧化硫(SO2) 500×10-9 2×10-9 ±5×10-9/24h ±5×10-9/24h ±10×10-9/24h ±5×10-9 ±10×10-9 ≤240 ≤测量范围的±3% ≤测量范围的±3% 二氧化氮(NO2) 500×10-9 2×10-9 ±5×10-9/24h ±5×10-9/24h ±10×10-9/24h ±5×10-9 ±10×10-9 ≤240 ≤测量范围的±3% ≤测量范围的±3% 臭氧(O3) 500×10-9 2×10-9 ±5×10-9/24h ±5×10-9/24h ±10×10-9/24h ±5×10-9 ±10×10-9 ≤360 ≤测量范围的±3% ≤测量范围的±3% 差分光学吸收光谱法(DOAS) (1000m 光程)

7 仪器构造 DOAS 监测系统由光学发收系统、光谱分析系统、仪器控制系统、数据采集处理系统四 个部分组成。同时必需满足以下各项要求。 7.1 DOAS 监测系统各部件表面应平整、光洁、色泽均匀,无气泡、划痕; 7.2 按钮、旋钮等应灵活、可靠;紧固件不得松动; 7.3 铭牌、标志应清晰,危险部位应有警示标识。 7.4 在正常的运行状态下,可平稳工作,无安全危险。 7.5 具有不因环境变化如:水、结露等而影响系统运行的性能。 7.6 便于维护,检查作业。 7.7 说明功能的文字、符号、标志应符合本标准“9 标识”的规定。 8 检验方法 根据吸收定理, 气态污染物的浓度和吸收光程长度对测量结果的贡献具有等价性, 采用 较短的样品池输入较高浓度的气态污染物, 达到长光程下对低浓度气态污染物等效测量。 因 此,对 DOAS 仪器的检测采用等效光程长的方法。 8.1 实验用仪器、设备 ,以及辅助 对 DOAS 仪器的检测需要标准气源(SO2 NO2 标准气体和标准臭氧发生器) 的流量控制装置。
3

8.2 实验条件 8.2.1 环境温度:0℃~40℃ 8.2.2 相对湿度:45%~75% 8.2.3 大气压力:50.0kPa~106.0kPa 8.2.4 电源:220V±10%,50Hz±2% 8.3 主要性能检验 8.3.1 量程 在样品池内输入等效于量程要求的等效浓度标准气体, 采用等效程长方法, 记录测量值, 其结果应符合表 1 中 1 的规定。 8.3.2 最低检测限( Dl ) 由于产生最低检测限 2×10-9V/V 的污染物浓度气体有困难, 可采用 3 倍噪声水平作为最 低检测限。 Dl 结果应符合表 1 中 2 的规定。 噪声:在零光程时,调节仪器至测量状态,待仪器充分预热稳定后,每间隔 4min 测量 一组数据, 共取 30 组, 分别表示为 r1 按下列公式计算的标准偏差即为仪器对测定 SO2、 r30 ,

NO2、O3 的测量噪声。其结果应符合表 1 中 5 的规定。

N=

∑ (r i ) 2 ?
i =1

30

1 ? 30 ? ∑ ri ? 30 ? i =1 ? ? 29

2

(10-9V/V)

8.3.3 零点漂移(测试 SO2、NO2、O3) 调整监测仪至零光程状态,校零后每间隔 30min 测量一组数据,连续运行 24 小时,共 取 48 组 ( X 1 , X 2 , X 3 ,...... X 48 ) 。选取正值最大值 ZD+ 和负值最小值 ZD? ,零点漂移 ZD 如 式(1)所示,将 ZD 同表 1 中第 3 项指标进行比较,其结果应符合表 1 中 3 的规定。

? ZD+, + ≥ ZD- ZD ? ZD = ? ZD ? ZD?, + < ZD- ?
ZD :零点漂移;
8.3.4 量程漂移 以 SO2、 NO2、O3 三种气体为样品,采用连续 24 小时通标准气或者固定放置密封样品 池的方法进行。

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零点漂移测试后,在样品池中通入满量程 20%的等效浓度标准气体,待监测仪稳定工 作后,分别在第 1、3、6、12、24 小时时刻,每一时刻取 10 组数据,共得 50 组数据。按公 式(2)计算其量程漂移值。其结果应符合表 1 中 4 的规定。 在样品池中通入满量程 80%的等效浓度标准气体,重复上述过程。其结果应符合表 1 中 4 的规定。

SD = S ′ ? ZD ? S
式中:

(2)

SD :量程漂移; S ′ :测量值的最大或最小值;
ZD :零点漂移;

S :标准气体的浓度值。
8.3.5 示值误差 监测仪开启后,零光程状态下,在光路中叠加一个样品池,将标准气体通入样品池,每 间隔 3min 测量一组数据,共取 8 组,将测量值填入下表中,按式(4)计算示值误差,其结 果应满足表 1 中 5 的规定。
表2 序 号 1 2 示值误差记录表 3 4 5 6 7 8

仪器响应值 SO2(10-9V/V) 仪器响应值 NO2(10-9V/V) 仪器响应值 O3(10-9V/V)

δ = C '?C
式中:

(4)

δ :示值误差;
C’:监测仪器对标气的响应值的平均值, C ' = C:标准气体浓度值。 8.3.6 响应时间 测量标准气体浓度时,在读数稳定情况下,将满量程 80%的等效浓度标准气体移开光 路,当气体浓度示值接近零点漂移值后,再将满量程 80%的等效浓度标准气体移入光路 ,

(∑ Ci )/ 8

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记录此时的仪器显示时间记作 S0,当气体浓度示值达到标准气前次测量值 95%时,记录此 时的仪器显示时间 S1,则响应时间 S 为 S1-S0。其结果应满足表 1 中 6 的规定。 8.3.7 电压变化的影响 测量标准气体浓度时,在样品池中通入满量程 80%的等效浓度标准气体。在未外接稳 压电源和读数稳定情况下,使用调压器调整电压在实验条件允许的范围内正负最大波动变 化,观察仪器产生的浓度值的变化。其结果应满足表 1 中 7 的规定。

8.3.7 温度变化的影响 测量标准气体浓度时,在样品池中通入满量程 80%的等效浓度标准气体。在读数稳定 情况下,使得环境温度在实验条件允许的范围内变化,观察仪器产生的浓度值的变化。其结 果应满足表 1 中 8 的规定。 9 标识 在仪器上,必须在醒目处端正地表示以下有关事项,并符合国家的有关规定。 9.1 名称及型号 9.2 测定对象 9.3 测定范围 9.4 使用温度范围 9.5 电源类别及功率 9.6 制造厂商名称 9.7 生产日期和批号 10 操作说明书 操作说明书中,至少必须说明以下有关事项。 10.1 安装场所的选择。 10.2 使用方法 10.3 测定的准备及校正方法 10.4 维护检查的相关规定和方法 10.5 其他一切使用上应注意的事项和解决方法。

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11 校验 校验分为日常校验和监督校验两种方式。 日常校验:示值误差、零点漂移每月至少进行一次现场校验。 监督校验: 安装的连续监测系统必须进行定期校验, 并将定期校验结果报送环保行政主 管部门,定期校验由具有相应资质的监督机构承担。

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