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ARA N-FRM | 一款满足美国 EPA 参考方法性能要求的便携式空气采样器

时间:2021-11-26 14:26:23作者:admin1

美国 EPA 在野火事件期间研究了 5 个非监管的小型过滤采样器，发现 ARA N-FRM 采样器的准确度很高，并且可以满足美国 EPA 联邦参考方法性能要求。今天，我们通过解读美国环境保护署（EPA）和美国林务局（USFS)在《Atmospheric Environment 》杂志上发表题为“Evaluation of small form factor, filter-based PM2.5 samplers for temporary non-regulatory monitoring during wildland fire smoke events ”的研究论文，了解一下ARA N-FRM在大气 PM2.5监测中非常高的准确度和精密度。

研究背景

美国的野火事件和相关的空气污染颗粒物排放在过去的二十年里一直在增加。据估计，每年野火造成的 PM2.5 总量多达整个美国大陆的 25%，美国西部的一半。而长期监管 PM2.5 的监测站点集中在较大的人口中心，因此在许多情况下，受烟雾影响的更偏远的小型人口中心通常缺乏足够的空气质量观察数据。

在这篇文章中，作者在典型的环境和模拟近场到中场野地火灾烟雾条件下评估了几种市售的针对PM2.5的小型采样器（SFFFS）的准确性，以便在规定和野火事件期间用于临时部署。

研究方法

文内作者首先简单介绍了3个品牌5种型号配置针对PM2.5的小型采样器。每个仪器的规格信息如下表所示：

然后每个采样器都按照 EPA 候选等效方法测试规范（40 CFR Part 53）中的详细说明进行性能评估。在野火环境下和模拟野地火灾暴露测试期间，通过与美国环保署设计的FRM PM2.5采样器（Tisch PM2.5 FRMs）进行比较，研究了每个 PM2.5 SFFFS 的准确度、配置精度、斜率、截距、决定系数 (r2) 和 ΔPM2.5（FRM PM2.5 - SFFF
PM2.5）；使用TSI公司3321型空气动力粒度仪（APS）每隔5分钟监测环境气溶胶粒度分布。环境测试在北卡罗来纳州研究三角公园的环境保护局环境空气创新研究场所(AIRS)进行，模拟荒地火灾烟雾暴露测试在美国林务局(USFS)落基山火灾科学实验室位于密歇根州米苏拉的大型燃烧室研究设施进行。最后进行数据统计和分析。

研究结果

1、环境测试

环境测试是在环境保护局空气污染研究现场进行的共32个采样日，在该研究现场，Tisch PM2.5 FRM与5个SFFFS一起部署且同时进行采集，用于性能评估。

在32个采样日内，Tisch FRM平均每日PM2.5浓度为7.62±2.60μg m− 3，只有四天超过24小时浓度10μg m− 3。ARA N-FRM对32个所有样本天数均返回为有效，而MiniVol有两个样本无效（一个样本未在整个样本持续时间内运行，另一个样本的计算PM2.5浓度为32高，表明存在潜在的过滤器污染问题），Omni FT有一个样品无效（计算出的样品浓度为2倍，表明存在潜在的过滤器污染问题）。N-FRM平均浓度为7.49±2.70μg m−3 ，平均准确度为97.3±1.9%，这两个值都是研究中的最佳值。详见下表：

FRM对小型采样器pm 2.5(μg·m-3)的散点图

由图可知：N-FRM精度为1.3±1.2%，平均ΔPM2.5仅为0.1±0.2μg m− 3，N-FRM在周围环境实验结果中性能比其他的SFFF好。

仪器通过内部质量流量计维持体积流量以及环境温度和压力校正的能力。只有N-FRM与 FRM 以相同的 16.7 Lpm 流速运行，可以和FRM一样极大限度地减少挥发性和半挥发性气溶胶组分中潜在损失的不确定性。

2、室内烟雾测试
燃烧室试验由USFS燃烧研究中心的31个静态燃烧室组成。 APS 在31个静态燃烧室获得的数据中，PM2.5质量峰值在大约0.75和1.5μm的空气动力学直径处呈三模态质量分布——高浓度阴燃燃烧的状态。实验中平均气溶胶粒径分布的箱须图如下图所示：

以美国环保署的FRM作为参考值，SFFFS测试准确度从高到低依次为FRM(98.2±1.4%)、LFR-6 (97.5±2.6%)，URG(96.4±4.5%)，Omni FT(96.3±3.8%)，和MiniVol(94.1±5.0%)。详见下表：

与环境测试结果一致，室内测试发现N-FRM在现场具有极佳的准确度和精密度，LFR-6平均ΔPM2.5低于其他的SFFFS。ARA N-FRM和ARA LFR-6取样器的性能表明，当部署用于高浓度野火烟雾事件时，它们都能够提供可接受且准确的PM2.5质量浓度测量。

研究结论

本研究中的所有取样器在测定环境和烟雾环境中的PM2.5总浓度方面表现良好，ARA N-FRM更是可以达到EPA PM2.5 FRM质量测量精度性能的标准。此外，与传统的FRM采样器相比，其成本更低，部署更方便，可以有效的用于科学监管PM2.5浓度相关数据采集的工作。
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