环境空气质量自动监测系统是一套自动监测仪器为核心的自动“测-控”系统。空气质量的自动监测系统一般采用湿法和干法两种方式。湿法的测量原理是库仑法和电导法等，需要大量试剂，存在试剂调整和废液处理等问题，操作繁琐，故障率高，维护量大。该法以日本为主，但自1996年起，日本在法定的测量方法中增加了干式测量原理，湿法现已处于淘汰阶段。干法基于物理光学测量原理，使样品始终保持在气体状态，没有试剂的损耗，维护量较小。干法以欧美国家为主，代表了目前的发展趋势。

1 系统的结构
干法监测子站主要由样品采集、空气自动分析仪、气象参数传感器、动态自动校准系统、数据采集和传输系统以及条件保证系统等组成。

1.1 大气污染物自动分析仪
SO2自动分析仪：基于SO2分子接收紫外线（214 nm）能量成为激发态分子，在返回基态时，发出特征荧光，由光电倍增管将荧光强度信号转换成电信号，通过电压/频率转换成数字信号送给CPU进行数据处理。当SO2浓度较低，激发光程较短且背景为空气时，荧光强度与SO2浓度成正比。采用空气除烃器可消除多环芳烃（PAHs）对测量的干扰。
NOx自动分析仪：NO与O3发生反应生成激发态的NO2*，在返回基态时发射特征光，发光强度与NO浓度成正比。NO2不与O3发生反应，可通过钼催化还原反应（315℃）将NO2转换成NO后进行测量。如果样气通过钼转换器进入反应管，则测量的是NOx，NOx与NO浓度之差即为NO2。
O3自动分析仪：利用O3分子吸收射入中空玻璃管的254 nm的紫外光，测量样气的出射光强。通过电磁阀的切换，测量涤除O3后的标气的出射光强。二者之比遵循比尔-朗伯公式，据此可得到O3浓度值。
PM10自动分析仪（β射线法）：仪器利用恒流抽气泵进行采样，大气中的悬浮颗粒被吸附在β源和盖革计数器之间的滤纸表面，抽气前后盖革计数器计数值的改变反映了滤纸上吸附灰尘的质量，由此可以得到单位体积空气中悬浮颗粒的浓度。
对自动分析仪的自动校准通过动态自动校准系统完成，该系统包括动态自动校准仪、零气发生器、标准气源。
目前，我国尚未出台各主要大气自动分析仪的技术条件要求，表1是中国环境监测总站验收DASIBI公司产品时的验收标准。美国EPA对自动分析仪的性能指标要求（40 CFR PART 53）见表2。

表1 DASIBI公司产品的验收标准

指标 SO2 NOx O3 CO PM10
24 h零漂 ＜±5 ppb ＜5 ppb ＜5 ppb 0.5 ppm 各台仪器间的平行性≤±7%
24 h标漂 ＜±5 ppb ＜5 ppb ＜5 ppb 0.5 ppm
线性度 ＜±5 ppb ＜5 ppb ＜5 ppb 0.5 ppm
响应时间（t90） 5 min 5 min 2 min 2 min
重现性 5 ppb 5 ppb 20 ppb 0.5 ppm
流量范围 300～800 ml/min 250～700 ml/min 1.0～3.0 L/min 1.0 L/min （16.7±1%）L/min

表2 美国EPA对大气自动分析仪的技术性能要求

性能参数 SO2 NO2 CO 光化学氧化剂
量程（ppm） 0～0.5 0～0.5 0～50 0～0.5
噪声（ppm） 0.005 0.005 0. 50 0.005
MDL（ppm） 0.01 0.01 1 0.01
24 h零漂（ppm） ±0.02 ±0.02 ±1.0 ±0.02
24 h标漂（20%） ±20% ±20% ±10% ±20%
24 h标漂（80%） ±5% ±5% ±2.5% ±5%

1.2 中心站系统软件的要求
主要包括数据采集与处理功能、报警及诊断功能、远程测控功能、可扩展性等。

2 国内运行的环境空气自动监测系统的现状
目前，我国正在运行的空气质量自动监测系统主要为以干法仪器为主，一台设备测量一个或最多两个参数的引进设备。安装形式主要有两类：固定站房式和车载式。主要供货商包括：（1）美国热电子公司（Thermo Electron公司）；（2）美国API公司（API公司）；（3）美国MONITOR公司；（4）美国DASIBI公司；（5）美国ESC公司；（6）法国ESA公司（如：重庆市）和法国SERES公司；（7）个别城市（如：贵阳市）采用日本DDK公司、HORIBA公司、岛津公司的产品。
国内大部分空气质量自动监测系统基本上采用传统的专用数据采集传输系统，工作原理是利用子站的分析仪器直接测量空气中的污染物，测定结果（浓度值）经量程设定转换成模拟量后输入数据采集器，如：8800系统（ESC制造、API公司采用）、8001系统（美国DASIBI公司采用）、6002系统（TE公司采用）、SAM32系统（法国ESA公司采用）。数据采集器对所采集的数据进行分类保存，中心站的微机通过调制解调器（MODEM）用拨号方式与子站连通并下载采集器中的数据，利用报表软件对所获得的数据进行编辑处理。这种系统结构简单、造价低（约50 万元/子站），但可扩展性和测控能力有限。如：校准只能通过内标源和简单的零系统定时进行零点校准和单点校准。
美国API公司比较完整的能够进行多点校准的典型的全干法系统的基本配置包括：气象参数测量与变换器（风速、风向、温湿度、气压），动态多点校准仪（700系统），采样系统，进样阀门切换控制系统，O3、SO2、NOx、CO、THC-CH4等测量仪器系统，PM10测量系统，记录仪等。系统控制器为8800系统。

3 DOAS大气环境质量监测系统
近年来，国内部分城市引进了瑞典OPSIS公司、美国TE公司或法国ESA公司的基于差分光谱法（也称长光程法）原理的设备来代替SO2、NO2、O3等参数的测量。这类设备由于除了一台设备能够分时测量以上三个主要参数外还能测量如：THC、CH4、n-MHC、BTX等有机污染参数，因此受到一些用户的青睐。

DOAS大气环境质量监测系统（Differential Optical Absorption Spectroscopy）是一种长光程空气质量监测技术，光源为高压Xe灯，由抛物反射镜准直成平行光出射，经过100 m甚至1,000 m的长光程，由接收端抛物反射镜将光汇聚耦合进入光纤，通过光纤导入光栅分光系统，在出射狭缝处用光电倍增管探测，得到吸收光谱。吸收光谱包含了大量来自大气分子、气溶胶的散射，灯光谱起伏、反射镜的光谱选择性等造成的宽光谱结构，通过对吸收光谱进行高阶多项式拟合，用原吸收光谱除以多项式拟合曲线获得吸收分子的特征差分光谱，去除宽带成分影响，将差分吸收光谱与实验室获得的吸收分子的标准浓度的参考光谱进行拟合，计算出浓度。由于该系统采用线采样，采样代表性较传统的点式有较大的改善，方法于90年代初开始用于空气质量监测，目前在欧洲得到了较广泛的应用。

八十年代以来，美国、德国、瑞典、法国等国均研制成功了基于常规光源的长光程吸收光谱仪器，并相继用于城市大气污染的常规监测中。由于DOAS监测方法采用线采样，样品的代表性明显提高，有利于对空气质量的表征。利用差分技术可消除大气湍流对信号的影响、不同污染物之间的干扰和湿度、气溶胶的干扰。设备升级简便快速，系统软件操作方便，能够满足连续监测和实时处理的要求；通过Enviman或Report软件方便地进行小时均值、日均值、月均值和年均值的统计分析和监测报告，整个系统具有较强的可操作性。系统能够进行远程登录、远程维护、远程控制和分析仪参数调整，并实现局域网内数据共享。仪器维护方便，耗电少，运行费用低。

法国ESA公司推出的典型的SANOATM长光程测控系统的基本配置包括：长光程测量系统，标气系统，RS232变换器和RS232扩展器，子站计算机系统，中心站计算机系统。其特点是采用RS232串行接口将每台仪器的所有数据通过MODEM用电话线与中心站计算机系统相连，随机配套的通讯软件可通过仿真数据采集器和仪器操作面板实现对子站的远程控制和诊断。与干法仪器设备（CO、PM10等）组合可组成长光程与干法共存的混合系统。其特点是能在长光程主机故障时不影响其它参数的测量。该系统的测距范围250～500 m。检测限分别为SO2 0.2 ppb，NO2、O3和对-二甲苯 0.6 ppb， 苯和亚硝酸0.9 ppb，邻-二甲苯、间-二甲苯、乙苯和苯乙烯0.8 ppb，甲醛 1.1 ppb，苯酚0.3 ppb，NO 1.5 ppb，NH3 3.5 ppb。
几种长光程空气质量监测系统的性能特点见表3。

表3 长光程法空气质量自动监测系统的性能比较

公司简称 法国SANOA-CD 瑞典OPSIS 美国TE
光谱仪 独特的平域点像高质量光栅；无活动部分能够一次记录整个光谱；独特的几何学设计消除零点反射 以转动磁盘和活动光栅来扫描整个光谱；使用紫外线滤光器减少因反射作用的影响 以平行移动光栅来扫描整个光谱，线性较好

光学通道 反射镜和机械装置，机械装置用以自动对准发射器或第二光用源 光纤电缆 光纤电缆

处理单元 PC386微处理器及数学副处理器，另有子站计算机管理分析仪 接收装置与分析仪分为两部分，分析仪兼管其它参数，独力性较差 接收装置与分析仪分为两部分，另有数据采集器管理其它仪器

接收器与操作单元之距离 无限制 NO检测器用2～10 m光缆电缆连接，其它检测器用5～25 m光缆电缆连接

发射器与接收器之距离 100～500 m NO检测器100～200 m，其它检测器300～800 m 接收与发射安装在同一装置内，发射端只用无源反射镜即可，距离可缩短一倍有同样效果

使用两个或以上的发射器做多通道测量 可能，不需增添附件 可能需要增添多路传输系统和第二个接收器

软件功能 具干法软件之设计经验、采用WINDOWS平台下开放式设计，界面友好 软件与其他设备通讯在MS-DOS平台下，界面设计较粗糙 界面已汉化，使用者较多

中国环境监测总站将OPSIS DOAS方法与干法和化学法（湿法）进行的对比实验结果表明：（1）SO2、NO2、O3、苯和甲苯三种方法的监测结果之间具有良好的相关性；（2）DOAS的O3测量值比干法测量值偏高一个常数，但基本变化趋势是一致的，干法偏低的原因可能是O3与NO反应造成的；（3）OPSIS与化学法测量甲醛的结果没有相关性，这可能与化学法的检测限较高有关，而OPSIS甲醛检测数据更合理。另外，OPSIS甲醛检测结果与O3和NO2的总量表现出较好的一致性，这意味着空气中发生了光化学反应。

根据干法和长光程法的各自特点，一套较完整的空气质量自动监测系统的配置应包括：采样系统，长光程测量系统，标气校准系统，分析系统（PM10、SO2、NO2、CO、O3等），气象参数测量系统（风速、风向、气压、室内温度、室外温度、室内湿度、室外湿度、光辐射和雨量等），RS232变换器，控制器（8～16路开关量输出、8～16路模拟量输出），钢瓶减压器及控制阀组，子站和中心站计算机系统。

存在的主要问题：环境空气质量自动监测系统基本上靠引进国外技术和设备，现有系统往往良莠不齐，国内研发水平和能力有限；引进设备往往与我国的具体实际结合不够，尤其是在系统结构、数据采集、远程控制与诊断方面与实际需求相差较远。

4 我国空气质量自动监测系统的发展现状
70年代后期，北分、沈分等厂家推出了一批库仑式湿法仪器；80年代中期，北分引进了美国MONITOR公司的88系列干法仪器的生产技术，随着该系列仪器的过时和淘汰，目前已无厂家生产。2000年，沈阳东宇公司引进美国DASIBI公司的生产技术，开始组装基于干法的空气质量自动监测系统；河北先河公司则自主研制成功基于干法的空气质量自动监测系统。
中国环境监测总站对河北先河公司研制生产的XH2000型城市空气质量连续自动监测系统的性能测试结果表明：HX2000A型SO2分析仪和HX2000B型NOx分析仪的24 h零漂分别为－0.7～＋0.8 ppb和0.1～5.8 ppb，24 h标漂分别为－6.6～＋21.9 ppb和－0.9～＋6.6 ppb，响应时间（t95）分别为105 s（平均值）和63 s（平均值），重现性分别为0.25 ppb（SD）和0.58 ppb（SD），线性度分别为γ＝0.9989（但各点误差分别为－19.7、－12.7、－9.6、－5.1 ppb）和γ＝0.9995（但各点误差分别为－18.0、－11.1、－5.4、－2.1、1.7、5.7 ppb）。对比测试（SO2 64 h、NOx 116 h）结果表明：相关关系的R2分别为0.8831和0.827。XH2000型校准仪和HX2000L型零气发生器性能较好。XH2000H型数据采集器具有以下功能：（1）全中文界面，菜单式结构，具有提示功能；（2）可随时查询浓度的分钟（或任意时段）值、各仪器的状态参数、以往的数据、各仪器的校准和停电记录；（3）允许操作人员设置密码保护；（4）可通过电话线和MODEM将数据传输给中心站，也可用软盘复制数据，具有数据