動態氣體校準儀參與大氣監測設備量值溯源過程可行性初探

王莉 姜陽 朱艷 趙智慧

（上海市計量測試技術研究院，上海 201203）

0 引言

防治大氣污染，首先要準確監測空氣中氣態污染物的濃度，大氣監測設備的準確性則起著決定性的作用，而準確的監測數據源自設備的有效運行，因此動態氣體校準儀應運而生。

1 動態氣體校準儀介紹

動態氣體校準儀是針對環保行業推出的高精度氣體分析儀的儀器，主要應用于城市環境空氣質量檢測儀器和室內環境空氣檢測儀器的標定，亦可用于實驗室和氣體分析儀生產的質量控制。

該儀器基本單元主要部件為兩個質量流量計（下文簡稱流量計），一個為稀釋氣體流量控制器，一個為標準氣體（下文簡稱標氣）流量控制器，通過設置兩個流量計的流量、稀釋配比將高濃度標氣稀釋到所需濃度，從而對大氣監測設備的技術指標進行校準，以確認該類設備是否準確運行。

因此，動態氣體校準儀參與了大氣監測設備的量值溯源過程，影響了量值傳遞的結果。該儀器的運行狀態也影響著空氣質量監測結果的精確度，而有效控制動態氣體校準儀的準確性和穩定性是確保高準確度監測大氣污染的重要環節。

2 動態氣體校準儀流量控制與稀釋標氣濃度的關系

EPA method 205中規定氣體稀釋系統必須每年進行一次校準，其輸出的稀釋氣濃度誤差必須控制在目標濃度的2%以內。然而，我國至今未出臺任何相應的檢定規程或技術規范對動態氣體校準儀的性能進行質量控制，目前也未能找到任何有關驗證動態氣體校準儀輸出標氣濃度是否接近或達到目標值的文獻資料。

2.1 稀釋標氣濃度換算公式

無論儀器生產方、使用方或部分第三方檢測機構，都是根據下述換算公式來調節動態氣體校準儀控制標氣與稀釋氣流量的流量計，從而得到目標濃度的稀釋標氣。

Cf：被稀釋標氣最終濃度，mg/m3

Ci：標氣濃度，mg/m3

G：標氣流量，L/min

A：稀釋氣流量，L/min

然而這種濃度計算方式是存在質疑的，因為流量計只能確保標氣與稀釋氣在校準儀氣體入口以準確、穩定的流量被抽入混合腔，但最終氣體出口輸出的稀釋標氣濃度能否達標，是否受到通氣管路的影響則是個未知數，并沒有得到確認。

而確認實際輸出氣體的濃度至關重要，因為動態氣體校準儀是否能夠準確輸出目標濃度的標氣不僅決定了該儀器參與大氣監測設備量值溯源過程的可行性，同時也決定了開發研制該類產品的意義。

2.2 稀釋標氣濃度確認實驗

本研究選取1 臺宣稱流量控制準確度為±1%F.S.的動態氣體校準儀，參照JJG 897-1995《質量流量計檢定規程》，確認其流量計檢定合格。再選擇濃度為10ppm的甲烷標氣與氮氣進行混合稀釋，調節控制甲烷的流量計流量為0.1L/min，其流量在量程（0～0.2）L/min范圍內，氮氣的流量計流量為1L/min，其流量在量程（0～5）L/min范圍內。則甲烷的流量區間為[0.098L/min,0.102L/min]，氮氣的流量區間為[0.95L/min,1.05L/min]，依據公式，被稀釋甲烷的最終濃度區間應為[0.854ppm,0.970ppm]。

將氣體校準儀的氣體輸出口與一臺在校準有效期限內的氣相色譜儀用不銹鋼管連接，重復進行兩次實驗測定輸出的甲烷氣體濃度，得到的結果如下圖所示。

圖1 甲烷標準氣體濃度

圖2 甲烷標準氣體濃度

圖3 甲烷稀釋氣體濃度

圖4 甲烷稀釋氣體濃度

由圖可知，稀釋后甲烷最終濃度0.727ppm，不在上述區間內，因此，該動態氣體校準儀流量計的流量與最終輸出的甲烷稀釋氣濃度之間并沒有呈現上述公式所示的關系。

3 結語

動態氣體校準儀稀釋后的標氣濃度與其流量計的流量存在不符合公式的風險，在未確認稀釋后標氣實際濃度時，不建議將校準儀應用于大氣監測設備的量值溯源過程。