一、方法標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范現(xiàn)狀
現(xiàn)行有效的與環(huán)境空氣中顆粒物監(jiān)測(cè)相關(guān)的方法標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范包括：GB/T15432-1995 《環(huán)境空氣總懸浮顆粒物的測(cè)定重量法》，HJ618-2011 《環(huán)境空氣-PM10和PM2.5的測(cè)定重量法》，HJ656-2013 《環(huán)境空氣顆粒物（PM2.5）手工監(jiān)測(cè)方法（重量法）技術(shù)規(guī)范》。這3個(gè)方法標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范中對(duì)天平選擇的要求如表1所示。
可見，在HJ656-2013頒布以前，各方法標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范中對(duì)稱量用分析天平的準(zhǔn)確度要求都是以感量指標(biāo)明確的，這與以前各監(jiān)測(cè)站多采用機(jī)械天平有關(guān)。 目前，電子天平已得到廣泛應(yīng)用，其技術(shù)指標(biāo)中沒有感量這個(gè)指標(biāo)，而是以實(shí)際分度值（d，進(jìn)口天平稱為可讀性）表征。 JJG1036-2008規(guī)定，以檢定分度值e作為劃分天平級(jí)別和計(jì)量檢定單位， 其值應(yīng)滿足d≤e≤10d，由生產(chǎn)廠選定，廠商一般選擇e=10d。 綜合電子天平性能表征指標(biāo)及前述顆粒物相關(guān)方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)天平選擇的要求，可以得出表2的歸納結(jié)果。
可以看出，從TSP到PM10再到PM2.5，對(duì)天平檢定分度值的要求越來越小，但對(duì)負(fù)載量與檢定分度值的倍數(shù)的要求，卻是左右搖擺，沒有一定的原則。 實(shí)際上，負(fù)載量與檢定分度值的倍數(shù)直接關(guān)系到顆粒物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這從以下分析可以證明。
二、電子天平選擇對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響分析
1.根據(jù)測(cè)量誤差分析
為便于比較，設(shè)定采用中流量采集顆粒物、連續(xù)采集24小時(shí)的情形，所采集的空氣體積一般為144m3。
假設(shè)顆粒物的濃度為0.075mg/m3， 能夠采集到的塵量為10.8mg。 中流量采樣濾膜質(zhì)量一般在0.4g左右；根據(jù)JJG1036-2008，電子天平的示值誤差要求以檢定分度值e度量，在稱量質(zhì)量m位于0～5×104e（含）之間時(shí)，最大示值誤差不得超出±0.5e。 對(duì)于萬分之一天平，這個(gè)范圍是0～50g； 對(duì)于十萬分之一天平， 這個(gè)范圍是0～5g，均適用于中流量采樣濾膜稱量。 以下分析按照不同的“負(fù)載量與檢定分度值倍數(shù)”的要求選擇稱量天平時(shí)可能引入的測(cè)量誤差。
按照大于10倍的要求選用天平：可以選擇檢定分度值為1mg的天平（通常所說的萬分之一天平），示值誤差范圍為±0.5mg。 顆粒物采用增量法稱量，因稱量引入的最大誤差是±1.0mg，則稱量引起的最大相對(duì)誤差為9.3%。
按照大于1倍的要求選用天平： 可以選擇檢定分度值為10mg的天平（千分之一天平），示值誤差范圍為±5mg，因稱量引入的最大誤差是±10mg，則稱量引起的相對(duì)偏差為93%。
按照大于100倍的要求選用天平， 需要選擇檢定分度值為0.1mg的天平（十萬分之一天平），示值誤差范圍為±0.05mg，因稱量引入的最大誤差是±0.1mg，則稱量引起的相對(duì)偏差為0.93%。
從另一個(gè)角度分析：在達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求的環(huán)境空氣質(zhì)量狀況（PM2.5濃度標(biāo)準(zhǔn)為0.035mg/m3，PM10濃度標(biāo)準(zhǔn)為0.050mg/m3，TSP濃度標(biāo)準(zhǔn)為0.120mg/m3）下，同樣用中流量采集顆粒物，24小時(shí)能夠采集到的顆粒物量分別為 5mg （PM2.5）、7.2mg （PM10）、17.3mg （TSP）， 假定均采用萬分之一天平稱量，因稱量帶入的相對(duì)誤差分別可達(dá)到±20%、13.9%、5.8%。
可見，從測(cè)量誤差的角度分析，負(fù)載量與檢定分度值的倍數(shù)對(duì)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性影響非常大。
2.根據(jù)測(cè)量不確定度分析
在顆粒物重量分析法中， 質(zhì)量包括空膜質(zhì)量和采后膜質(zhì)量，被測(cè)量-顆粒物濃度C（mg/m3）按式（1）計(jì)算：
式中：m0、m1—空膜質(zhì)量、采后膜質(zhì)量。 影響質(zhì)量測(cè)量結(jié)果的因素包括天平的校準(zhǔn)、稱量操作、環(huán)境等。 天平校準(zhǔn)的不確定度的主要來源是天平示值的不確定度。 天平示值的不確定度可以從天平的檢定證書中獲得，一般檢定證書僅給出天平的合格評(píng)定，這時(shí)應(yīng)參照有關(guān)檢定規(guī)程確定其標(biāo)準(zhǔn)不確定度。 按照J(rèn)JG1036-2008， 檢定分度值1mg的特種準(zhǔn)確度等級(jí)天平在最低稱量范圍至 50g 范圍最大允許誤差為 ±5e，即±0.5mg。 按照J(rèn)JF1135-2005《化學(xué)分析測(cè)量不確定度評(píng)定》的規(guī)定，這時(shí)采用均勻分布處理，可以得出天平單次稱量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（m1）和 u（m0）均為 0.5/%根號(hào)3 =0.29mg。
在顆粒物重量分析法中，質(zhì)量的結(jié)果是兩次觀測(cè)量值之差，因此有兩次稱量減差的不確定度的合成問題，即：uc（m）2=u（m1）2+u（m0）2計(jì)算可知，uc（m）=0.41mg。
也就是說，如果顆粒物采集量為5mg（空氣質(zhì)量一級(jí)、用中流量采樣器PM2.5），用萬分之一天平（負(fù)載量與檢定分度值的倍數(shù)為5倍）稱量，天平稱量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.41mg；取95%的置信度，包含因子k為2，則稱量引入的擴(kuò)展不確定度就達(dá)到了0.82mg，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為16.4%。
3.方法檢出限對(duì)天平性能的要求
天平準(zhǔn)確度的選擇還需考慮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)方法檢出限的要求。 在環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中，方法選擇的原則要求方法檢出限一般應(yīng)低于標(biāo)準(zhǔn)值的十分之一。 PM2.5一級(jí)濃度標(biāo)準(zhǔn)為0.035mg/m3，方法的檢出限應(yīng)小于0.003mg/m3。
而天平的準(zhǔn)確度應(yīng)滿足在稱量檢出限濃度水平采集的顆粒物量時(shí)其稱量結(jié)果是可信的。 在檢出限濃度水平，對(duì)于小流量采樣，24h采樣體積為24m3，能夠采集顆粒物 0.07mg； 對(duì)于中流量采樣，24h 采樣體積為144m3，能夠采集顆粒物0.43mg；大流量采樣，24h采樣體積為1440m3，能夠采集顆粒物4.32mg。
根據(jù)前述電子天平檢定規(guī)程對(duì)其性能的要求可知，稱量增重至少應(yīng)大于1e的結(jié)果才是可信的。 也就是說，對(duì)于萬分之一天平，最小增重為1mg才可信；對(duì)于十萬分之一天平，最小增重為0.1mg才可信。 從這個(gè)角度分析，對(duì)于環(huán)境空氣中PM2.5的稱量分析，要滿足方法選擇對(duì)檢出限的要求， 至少采用十萬分之一天平才可以。
按照同樣的選擇原則， 可以得出不同準(zhǔn)確度天平對(duì)顆粒物監(jiān)測(cè)稱量分析檢出限要求的適用性， 如表3所示。 根據(jù)表3條件選擇檢定合格的電子天平， 在采樣規(guī)范、分析環(huán)境條件滿足要求、稱量操作規(guī)范的前提下，對(duì)一級(jí)環(huán)境空氣質(zhì)量顆粒物監(jiān)測(cè)時(shí)，可以保證稱量誤差小于10%，且檢出限達(dá)到低于標(biāo)準(zhǔn)值十分之一的要求。
三、結(jié)束語
從以上分析可看出，在顆粒物的重量法分析中選擇電子天平時(shí)， 檢定分度值是一個(gè)非常重要的指標(biāo)（與實(shí)際分度值、可讀性緊密相關(guān)），既要按照方法檢出限的要求選擇，又要按照測(cè)量準(zhǔn)確度的要求，根據(jù)負(fù)載量與檢定分度值的最低倍數(shù)選擇。 按照負(fù)載量與檢定分度值的倍數(shù)控制在10倍以上選擇電子天平，既可將測(cè)量誤差控制在10%以內(nèi)，又可滿足方法檢出限低于環(huán)境空氣質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值十分之一的要求。
