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ARA N-FRM | 一款滿足美國 EPA 參考方法性能要求的便攜式空氣采樣器

時間:2021-11-26 14:26:23作者:admin1

美國 EPA 在野火事件期間研究了 5 個非監管的小型過濾采樣器，發現 ARA N-FRM 采樣器的準確度很高，并且可以滿足美國 EPA 聯邦參考方法性能要求。今天，我們通過解讀美國環境保護署（EPA）和美國林務局（USFS)在《Atmospheric Environment 》雜志上發表題為“Evaluation of small form factor, filter-based PM2.5 samplers for temporary non-regulatory monitoring during wildland fire smoke events ”的研究論文，了解一下ARA N-FRM在大氣 PM2.5監測中非常高的準確度和精密度。

研究背景

美國的野火事件和相關的空氣污染顆粒物排放在過去的二十年里一直在增加。據估計，每年野火造成的 PM2.5 總量多達整個美國大陸的 25%，美國西部的一半。而長期監管 PM2.5 的監測站點集中在較大的人口中心，因此在許多情況下，受煙霧影響的更偏遠的小型人口中心通常缺乏足夠的空氣質量觀察數據。

在這篇文章中，作者在典型的環境和模擬近場到中場野地火災煙霧條件下評估了幾種市售的針對PM2.5的小型采樣器（SFFFS）的準確性，以便在規定和野火事件期間用于臨時部署。

研究方法

文內作者首先簡單介紹了3個品牌5種型號配置針對PM2.5的小型采樣器。每個儀器的規格信息如下表所示：

然后每個采樣器都按照 EPA 候選等效方法測試規范（40 CFR Part 53）中的詳細說明進行性能評估。在野火環境下和模擬野地火災暴露測試期間，通過與美國環保署設計的FRM PM2.5采樣器（Tisch PM2.5 FRMs）進行比較，研究了每個 PM2.5 SFFFS 的準確度、配置精度、斜率、截距、決定系數 (r2) 和 ΔPM2.5（FRM PM2.5 - SFFF
PM2.5）；使用TSI公司3321型空氣動力粒度儀（APS）每隔5分鐘監測環境氣溶膠粒度分布。環境測試在北卡羅來納州研究三角公園的環境保護局環境空氣創新研究場所(AIRS)進行，模擬荒地火災煙霧暴露測試在美國林務局(USFS)落基山火災科學實驗室位于密歇根州米蘇拉的大型燃燒室研究設施進行。最后進行數據統計和分析。

研究結果

1、環境測試

環境測試是在環境保護局空氣污染研究現場進行的共32個采樣日，在該研究現場，Tisch PM2.5 FRM與5個SFFFS一起部署且同時進行采集，用于性能評估。

在32個采樣日內，Tisch FRM平均每日PM2.5濃度為7.62±2.60μg m− 3，只有四天超過24小時濃度10μg m− 3。ARA N-FRM對32個所有樣本天數均返回為有效，而MiniVol有兩個樣本無效（一個樣本未在整個樣本持續時間內運行，另一個樣本的計算PM2.5濃度為32高，表明存在潛在的過濾器污染問題），Omni FT有一個樣品無效（計算出的樣品濃度為2倍，表明存在潛在的過濾器污染問題）。N-FRM平均濃度為7.49±2.70μg m−3 ，平均準確度為97.3±1.9%，這兩個值都是研究中的最佳值。詳見下表：

FRM對小型采樣器pm 2.5(μg·m-3)的散點圖

由圖可知：N-FRM精度為1.3±1.2%，平均ΔPM2.5僅為0.1±0.2μg m− 3，N-FRM在周圍環境實驗結果中性能比其他的SFFF好。

儀器通過內部質量流量計維持體積流量以及環境溫度和壓力校正的能力。只有N-FRM與 FRM 以相同的 16.7 Lpm 流速運行，可以和FRM一樣極大限度地減少揮發性和半揮發性氣溶膠組分中潛在損失的不確定性。

2、室內煙霧測試
燃燒室試驗由USFS燃燒研究中心的31個靜態燃燒室組成。 APS 在31個靜態燃燒室獲得的數據中，PM2.5質量峰值在大約0.75和1.5μm的空氣動力學直徑處呈三模態質量分布——高濃度陰燃燃燒的狀態。實驗中平均氣溶膠粒徑分布的箱須圖如下圖所示：

以美國環保署的FRM作為參考值，SFFFS測試準確度從高到低依次為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%)。詳見下表：

與環境測試結果一致，室內測試發現N-FRM在現場具有極佳的準確度和精密度，LFR-6平均ΔPM2.5低于其他的SFFFS。ARA N-FRM和ARA LFR-6取樣器的性能表明，當部署用于高濃度野火煙霧事件時，它們都能夠提供可接受且準確的PM2.5質量濃度測量。

研究結論

本研究中的所有取樣器在測定環境和煙霧環境中的PM2.5總濃度方面表現良好，ARA N-FRM更是可以達到EPA PM2.5 FRM質量測量精度性能的標準。此外，與傳統的FRM采樣器相比，其成本更低，部署更方便，可以有效的用于科學監管PM2.5濃度相關數據采集的工作。
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