CN101542267B - 用于环境监测的仪器和方法 - Google Patents

Abstract

用于检测环境的仪器(1)，允许通过操作或侦查过滤装置(F1-F6)确定空气中分散的颗粒物质的质量浓度，包括β射线发射器(16)和用于检测沉积在操作或侦查过滤装置(F1-F6)上的颗粒物质的质量的探测器(18)，其中它进一步提供了在暴露于与操作过滤装置(F1-F6)相同环境条件的侦查过滤装置((S12-S16)上的相同的β测量及通过两种测量的补偿确定空气中颗粒物质浓度。

Description

用于环境监测的仪器和方法

发明领域

本发明涉及用于环境检测的仪器以及相关方法；具体地，它涉及用于测定空气悬浮的颗粒物质的质量浓度的仪器。

发明背景

具有明确粒度特征的空气分散的颗粒物质，即所谓的PM_x（“颗粒物质x”，表示具有＜x微米空气动力学直径的空气悬浮的-气溶胶-颗粒物质）的质量浓度的测定，表示对空气质量状况的客观评估目标的基本需要。而且，这种测定是由在国际上有效的规章明文规定的。

如与颗粒物质PM₁₀的质量浓度的测量有关的参考方法是基于有代表性的颗粒物质样品的抽取，它们在过滤装置上的收集和随后的用称为“交换称量法（double weighing）”（采样前和后过滤装置的质量的测定）的差异重量分析技术对它们的质量的测定。

然而，当广泛应用于空气质量控制目的时，这样一种参考方法具有两个基本限制，即：

-操作复杂性，需要相对较长时间聘请技术人员和使用成本高昂的物流和特殊设备，比如，例如空调房。

-告知公众关于空气质量状况的延迟（在国际规章中强调的一个首要需要）。

考虑到与重量分析参考方法关联的限制，在网络中使用了负责空气质量控制的自动测量仪器，能够提供，几乎实时地，在考虑的时间期间（一般地，每24小时的平均浓度）内颗粒物质的平均质量浓度的估算。然而，大多数自动测量仪器的性能在现有技术中被认为是令人不满意的，因为提供受偏差影响的质量浓度数据，即受误差影响的数据，往往是数量相关的数据。

在自动测量仪器中，特别相关的是那些为测定积累在过滤装置上的颗粒物质样品的质量浓度使用所谓的β射线衰减技术，其基于β射线流（例如，由¹⁴C源发射）通过均质薄膜衰减的测量。

用于颗粒物质的采样和测量过程的分析元件示意性地描绘在图1的图表中。由此，强调总体采样和测量过程是基于几个随后的阶段。一般情况下，为了精确分析，有必要在每个阶段挑选出偏离期望值的原因和定量估算这种偏差：

$\⟨Y\⟩=\⟨X_{{\mathrm{PM}}_x}\⟩+\mathrm{\δT}+\mathrm{\δ}{L}_a+\mathrm{\δ}{L}_c+\mathrm{\δM}+\mathrm{\ϵ},$

其中：

-<Y>表示测量的期望值，

表示期望的PMx值，

-δT表示与理论粒度分割效率的偏差，

-δL_a表示在颗粒物质积累阶段假象的存在，

-δL_c表示测量前在样品处理阶段偏差的存在，

-δM表示质量测量精度，和

-ε表示残余随机误差。

众所周知，在基于β衰减原理的质量测定技术中，有三种减少测量精度和重复性的基本误差来源，即：

-方法的固有偏差（固有精度）；

-由于测量技术的进行导致的系统偏差（测量重复性）；和

-随机偏差（随机不确定性），相关联于随机型偏差的总体贡献，其中与泊松统计分布内在连接的控制β发射的偏差，与过滤基质相对于辐射源和探测器的几何重新定位的变化连接的偏差，等等。

关于β测量技术的固有精度（方法的固有偏差），必须提到，它是基于控制β射线与构成穿过物质的电荷相互作用的规律的。因此，位于辐射源和探测器之间的明确的薄膜的质量测定要求仔细评估入射β电子的能量谱对于穿过的材料的薄膜的质量厚度的函数依赖，与测量材料的薄膜的原子数和质量数、入射电子能量的最大值成比例，还有辐射源-探测器系统的几何形状、过滤底物均一性的缺乏、颗粒物质沉淀的均一性的缺乏和校正程序及技术（适当选择校正箔制备材料，精确的校正程序），等等。

在破坏测量的重复性水平的系统偏差的最相关来源中，需要提到下列各项：

-实时探测器（如Geiger-Muller）的计数效率，其依赖于一组参数，其中包括入射电子能量、电源电压值、反应死区时间、信号处理和控制链的效率，等等；

-在辐射源和探测器之间的空气密度的变化，其可能依赖环境条件（压力、温度、相对湿度等）而变化；

-吸湿过滤介质质量的变化，及因此相关联的质量厚度x_f的变化，其由于水蒸气分子与测量室中存在的空气或在采样阶段抽取的外部空气的交换；

-在辐射源和探测器之间的过滤介质（样品箔）的机械重新定位；

-积累在过滤介质上的微粒物质中的放射性核素的存在。

发明内容

本发明提出和解决的技术问题是提供用于基于β射线衰减技术测定空气分散的颗粒物质的质量浓度的仪器和方法，允许优化测量的固有精度和定量消除由于测量技术的进行导致的系统偏差。

这样一个问题被根据权利要求1所述的仪器和根据权利要求32所述的方法所解决。

本发明的优选的特征在其从属权利要求中提出。

本发明提供了几种相关的优点。主要优点在于用于测量空气中的颗粒物质的质量的技术，特别是基于β射线衰减的技术，变得度量衡学上可追溯的事实。实际上，在任何操作条件或环境状况下本发明允许评估和定量消除与这样一种技术的实施（测量重复性）内在关联的偏差。因此，在现有技术中存在于该方法的背景中的限制被克服了，因此获得的性能界限是如此地高，以致允许这一技术被提议作为用于PM_x质量浓度测量的自动测量仪器的标准参照。换言之，本发明可达到的结果与使用参照重量分析技术达到的结果完全相等。

附图说明

本发明的其它的优点、特征和操作步骤在下面的以例子形式而不是限制目的提供的它的一些具体实施例的详细描述中将变得明显。将需要参考附图的数字，其中：

-图1，已经在上面介绍，表示PM_x质量浓度测量和采样的操作原理的总体框图；

-图2和图3表示用重量分析技术和β技术，以及各自的回归分析得出的与过滤装置上的一系列测量的时间图有关的实验数据；

-图4表示对测量误差的不同贡献的示意性描绘；

-图5和图6表示与各自的过滤装置上的一系列测量的时间图有关的每组实验数据；

-图7和图8各表示与将在下文介绍的实验数据有关的各自的回归分析；

-图9表示在本发明的基础上对质量测量的不同贡献的示意性描绘；

-图10表示用于过滤装置上的天然放射性的测量原理的示意性描绘；

-图11表示根据本发明的仪器的第一具体实施例的示意性描述；

-图12、13和14分别表示有效过滤表面的示意性侧视图、俯视图和图11的仪器的过滤系统的透视图；

-图15、16、17和18分别表示图11的仪器的测量单元的部分的透视图、两示意性俯视图和侧视图；

-图19和20表示与图11的仪器的操作有关的流程图和时间图；

-图21A-21H各表示在预备质量测量阶段图16的单元在各自的操作位置的部分的俯视图；

-图22A-22M各表示在质量测量阶段图16的单元在各自的操作位置的部分的俯视图；

-图23表示用于质量测量计算的操作程序的示意性图表；

-图24A-24C各表示在校正控制阶段图16的单元在各自的操作位置的部分的俯视图；

-图25-28各表示根据本发明的仪器的各自的操作方式的示意性描述；和

-图29-33各表示根据本发明的仪器的各自的变化的具体实施例的示意性描述。

具体实施方式

在进行本发明的仪器和方法的优选实施例的详细描述之前，其分析基础，在本发明提出和解决的技术问题的位置的上下文中由发明人研发的，在下文中给出。

用β射线衰减技术估算沉积在具有质量厚度x_f的过滤介质上的颗粒物质的薄膜的质量厚度x_p是基于在所述薄膜存在和不存在的情况下到达合适的探测器的β-电子流的相对变化的正确量化。用纯正式术语，这可以由下面的函数式表示：

$\ln {\mathrm{\&Phi;}}_i-\ln {\mathrm{\&Phi;}}_j\&RightArrow;{\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{ij}}[x_f^i,x_f^j+x_p]---\left(1\right),$

其中用β_ij表示该运算符描述在β射线衰减技术下存在的物理数学关系的复杂性，用Φ_i和Φ_j表示在各自的第i次和第j次测量会话中测量的β射线流。需要量化电子流的相对变化导致无量纲变量的选择：

$z^i=\ln \left(\frac{{\mathrm{\&Phi;}}_0}{{\mathrm{\&Phi;}}_i}\right),$ $z^j=\ln \left(\frac{{\mathrm{\&Phi;}}_0}{{\mathrm{\&Phi;}}_j}\right),---\left(2\right),$

其中Φ₀是当位于辐射源和探测器之间的质量厚度x_f是零时的β-电子流。

待裁决的技术的正确实施要求研究关系式（1）的可逆性条件，即通过知道变量zⁱ(x_f)和z^j(x_f+x_p)评估沉积在过滤膜上的材料的质量厚度的可能性，因此写成：

$x_p\&RightArrow;{\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{ij}}^{-1}[z^i,z^j]---\left(3\right).$

在理想情况，即如果如果在测量室的热力学条件在两测量会话之间不变化，如果探测器效率恒定，如果质量厚度x_p相对于x_f在数量上是可忽略的，等等，运算符β_ij可能接近单个变量z的函数。为了确定它的形状，从微分关系式所表示的β射线衰减过程的数学描述开始是有用的：

dz＝μ(x)dx    (4)，

当综合时，其呈现形式：

z＝β(x)   (5)，

其中μ(x)表示质量吸收系数，其是插在辐射源和接收器之间的箔片的质量厚度x值的函数。

μ(x)函数的主要特点是它是正的

和x的单调递增。这些特征是控制β射线和物质相互作用的物理调节的直接结果；事实上，只需提及

及在质量厚度x的递增中，电子的最大能量E_max趋于下降。

因此，（4）是可逆的，可以写成：

由此得出，有可能通过下列关系式去追溯质量浓度的任一有限方差Δx：

$\mathrm{\&Delta;x}=\underset{x_{1i}}{\overset{x_2}{\&Integral;}}k\left(z\right)\mathrm{dz}=g\left(z_2\right)-g\left(z_1\right)\mathrm{withg}\left(z\right)=\&Integral;k\left(z\right)\mathrm{dz}+C---\left(7\right).$

通过对比关系式（3）和（7），推测出，在理想设计中，函数

因此对应于g(z)：

${\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{ij}}^{-1}\&RightArrow;g\left(z\right)---\left(8\right)$

上述表示的表明函数g(z)的实验测定和因此质量测量系统的校正的基于β技术的最佳方法。事实上，一旦在β测量系统的操作范围中选择质量厚度x_i的n值时，z_i的相应值可以，原则上，用很高的精度确定。因此，通过最大似然法，有可能获得实验数据的最佳拟合。完成的研究表明z中第三度的一个同类多项关系式是实验数据的最佳近似值。当g(z)已知时，由纯粹的推导有可能获得函数

和吸收系数μ(x)的对应值。该方法最大限度地减少在测定校正函数g(z)的系数时的不确定性。

让我们注意到，对本发明的仪器标的，相反无任何需要去采取定期的重新校正，就精确水平而言对响应稳定性的控制通过功能性测试实现。事实上，在整个操作的质量厚度范围中的函数k(z)通过在机器测试阶段进行的精度校正程序而获得，从而使与测量重复性相关的不确定性的贡献在它的评估中在数量上是可忽略的。在任何情况下，仪器自动或根据操作者的要求运行去进行校正长期稳定性的测试，使用具有合适质量厚度的两铝箔作为传输标准。

此外，让我们注意到，β技术的正确实施，尽量减少可以破坏其固有精度的所有潜在的偏差，比如，像，过滤介质均一性的缺乏，沉积的颗粒物质的均一性的缺乏，调准箔制备材料的不适当选择，不精确的调准程序，等等，是（7）表示的函数形式的有效的必要条件。举一个以正确实施的仪器响应的固有精度形式达到的质量的例子，在图2和3中，报道了通过使用重量分析参照技术测定的颗粒物质（由多分散的NaCl气溶胶组成）的质量厚度数据和用由本发明的仪器标的实施的β技术获得的相应数据之间比较的结果。函数k(z)通过使用具有不同质量厚度值的铝箔进行多点校正来经验测定。必须强调最佳固有精度条件的实现绝对不是确保仪器响应中合适的质量水平的充分条件。事实上，为这目的，测量的重复性水平发挥决定因素的作用。

在这里提出的意见可以延伸至实际情况，其中，考虑到在实际系统中，具有密度ρ的空气位于辐射源和探测器之间，而且检测效率取决于其他变量，比如，例如，电源电压和寿命、入射电子（依赖于x）的能量，且其随时间变化（响应的时间漂移），有必要概括关系式（5）。因为这个原因，在质量厚度x值的范围内，其中质量厚度导致到达探测器的电子的能量不过是入射电子能量的一相关部分，式（5）必须重写成形式：

z＝β(x;ρ;E(x,t);G)    (9)，

其中用G表示β运算符依赖于系统几何形状。因此，当置于辐射源和探测器之间的薄膜的质量厚度x具有一个增量δx时，在两测量会话i和j之间的变量z的相对变化将表示成：

$\mathrm{\&delta;z}=(\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;x}\mathrm{\&delta;x}+\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;\mathrm{\&rho;}}\mathrm{\&delta;\&rho;}+\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;E}\mathrm{\&delta;E}+\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;G}\mathrm{\&delta;G})---\left(10\right).$

质量厚度的变化δx可写成过滤装置的质量厚度的变化δx_f和沉积在其上的颗粒物质的薄膜的贡献x_p的总和：

δx＝δx_f+x_P     (11)。

因此，（10）可改写为：

$\mathrm{\&delta;z}=\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;x}{x}_p+(\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;x}\mathrm{\&delta;}{x}_f+\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;\mathrm{\&rho;}}\mathrm{\&delta;\&rho;}+\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;E}\mathrm{\&delta;E}+\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;G}\mathrm{\&delta;G})---\left(12\right).$

关系式（12）明确强调对确定在β射线流值（变量z）中的相对变化作出贡献的所有项。具体地，

项表示与沉积在过滤装置上的颗粒物质的薄膜的存在关联的函数贡献，而

项表示确定在测量的β射线流中的系统波动的一组贡献，其中波动不归咎于沉积在过滤器（系统偏差）上的一团颗粒物质的存在。按下列顺序，这些贡献是由于：

-过滤装置的质量厚度的变化；

-空气密度波动；

-探测器响应效率的波动；

-辐射源和探测器之间的相对几何重新定位的波动。

从关系式（12）的分析来看，推断可以进行用β技术获得精确质量测定，当且仅当

项是数量上可忽略的，或假如该项量化且然后在δz的估算中去除。

在这一点上，在概括理解本专利申请的仪器标的面对和解决的测量重复性问题的情况下，有必要研究和发现其所有分析含义。

回到关系式（3），在理想的情况下，运算符可能接近单一变量z的函数k(z)，因此它可以写成：

$\&lang;x_p\&rang;\&cong;k\left(z\right)\&CenterDot;\&lang;z^j-z^i\&rang;$

或，用变量z_ij表示差值(z^j-zⁱ)，

$\&lang;x_p\&rang;\&cong;k\left(z\right)\&CenterDot;\&lang;Z^{\mathrm{ij}}\&rang;---\left(13\right),$

其中运算符<·>表示其所应用的变量的期望值。

让我们重写Z^ij项，其代表在两会话i和j中β射线流测量之间的差异，为下列形式：

其中我们已经减去并添加z^j(x_f)项至Z^ij，该项表示在第j次会话中虚拟变量z(x_f)呈现的值，或z(x_f)的测量值如果在第j次会话中没有颗粒物质的薄膜存在进行测量的过滤装置上。

现在，让我们重新组合这些项至下面的第二项：

或

$Z^{\mathrm{ij}}=Z^{\mathrm{ij}}\left(x_p\right)+Z_{\mathrm{systematic}}^{\mathrm{ij}}\left(x_f\right)---\left(14\right),$

在这种形式中这两项的物理意义是明显的：

-（14）的第一项表示仅由颗粒物质积累在过滤装置上测定的Z^ij的一部分；因此，在下文中它将用Z^ij(x_p)（与过滤装置上的颗粒物质的样品的存在函数相关的变量z的变化）表示；

-而第二项表示由与单一过滤装置相关的β射线流测定中的所有潜在波动确定的对Z^ij的贡献。在实际情况中测量中系统性波动的存在归因于一系列潜在原因，比如，像，在空气密度、相对湿度、探测器效率的变化，还有与和周围环境的水蒸气交换有关的过滤装置的质量变化，等等，由于这些原因，其将在下文中用

表示。该贡献本质上与在测量会话之间流逝一段足够长时间去调整上述波动的事实关联。

在图4中，图示强调（14）各项的贡献。具体地，连续曲线表示用于在第i次和第j次会话中的待裁决的测量的zⁱ(x_f)和z^j(x_f+x_p)的期望分布，而虚线曲线表示与在第j次会话中可测量的β射线流关联的数据zⁱ(x_f)的虚拟分布，其关于无颗粒物质的薄膜的操作过滤装置。

如果我们将（13）应用于实验数据以便发现x_p的估算x_p，mis，正如目前在β技术的应用中所做的（理想模型用于实际情况），并回顾（14），我们将得到：

$x_{p,\mathrm{mis}}=k\left(z\right)Z^{\mathrm{ij}}=k\left(z\right)Z^{\mathrm{ij}}\left(x_p\right)+k\left(z\right)Z_{\mathrm{systematic}}^{\mathrm{ij}}\left(x_f\right)$

或

$x_{p,\mathrm{mis}}=k\left(z\right)Z^{\mathrm{ij}}=\&lang;x_p\&rang;+k\left(z\right)Z_{\mathrm{systematic}}^{\mathrm{ij}}\left(x_f\right)+\mathrm{\&epsiv;}---\left(15\right)$

其中ε表示随机型偏差的总体贡献，其中来自于泊松统计分布的偏差，控制β发射（与测量的有限持续时间本质上连接），那些因过滤基质相对于辐射源和探测器的几何重定位的变化导致的偏差，等等。

从（15），推断用目前的方法得到的测量值x_mis是显著由第二项表示的系统偏差的存在决定的。

换言之，根据重复性和可重复性，β技术响应的质量是基本上与最大限度地减小（15）的第二和第三项的可能性连接在一起。通过在一方面作用于测量会话的长度（从泊松统计知道，测量的β射线流的标准偏差与观察时间的平方根成反比）和适当选择发射源的强度，及另一方面通过设计和机械制造最大限度地减小与在样品、辐射源和探测器中的相对定位的重复性关联的偏差，第三项的贡献，其与测量的随机误差有关，可以被最大限度地减小。

第二项相反在确定数据的重复性水平中发挥了重要作用。事实上，该项将只在下面的假设中是完全无关的，在最初测量-称为“空白”-（不存在颗粒物质的薄膜）的瞬间和最后测量-称为“聚集”（存在颗粒物质的薄膜）的瞬间之间，支持测量的所有条件将是绝对不变的（探测器效率，辐射源和探测器之间的空气的密度，辐射源-探测器系统几何形状，等等）。

如果该假设，其应该始终由实验测试强制检查，在应用领域是可行的，其中在非常快速的时序中进行最初和最后的测量（例如，在工业生产中测试金属板材的质量厚度），但是，它绝对不适合在PM_x样品的质量测量的应用的特定领域。这是由于这样的事实：非常长的时间间隔消逝在“空白”测量和聚集测量之间（事实上，最小间隔等于PM_x样本的抽取时间，通常是24小时），在此期间，可能会改变在测量稳定性和重现性中的量值，如，空气密度值、探测器响应效率等等。此外，补充说，当是吸湿的时，过滤装置的质量厚度可能会在“空白”测量会话和“聚集”测量会话之间与测量室的不同小气候条件或采样阶段期间外部空气的相对湿度的变化成比例变化，可能会得出测量技术应该是相当复杂的以实现高质量标准的结论。所描述的误差来源，被确定（15）的实体项大大影响测量重复性，是既不容易也不是直接可控的，且无论如何与这些来源的每一个关联的贡献是几乎不可计量的。在现有技术中，β技术的实施，一方面积极控制与技术本身（考虑，例如，在Geiger-Muller探测器的情况下高电压的积极控制）的实施关联的基本变量，以及另一方面求助于经验上的正确的测量，后者的目的是至少部分估算由于系统误差的某些特定来源（例如，用由测量室内的压力和温度测量进行的空气密度的估算，或用已知的“双光束”技术）的贡献。这些方法通常产生令人不满意的、无论如何难以追溯的和不完整的结果。

因为将在下文得到更好地理解本发明克服了这种限制，因为通过确定其操作可追溯性的直接测量，它允许所有上述讨论的偏差的挑选出，定量评估和作为结果的校正。用正式术语，本发明允许：

-挑选出关系式（15）的第二项

的主要组成部分；

-给出所述项的定量评估，并提供关联的不确定性。

一旦知道系统偏差的估算

我们可以在关系式（15）的两项中减去

项，得到：

$k\left(z\right)[Z^{\mathrm{ij}}-{\tilde{Z}}^{\mathrm{ij}}]=\&lang;x_p\&rang;+k\left(z\right)[Z_{\mathrm{systematic}}^{\mathrm{ij}}\left(x_f\right)-{\tilde{Z}}^{\mathrm{ij}}]+\mathrm{\&epsiv;}---\left(16\right).$

现在回忆

在关系式（1.6a）（15）中推出：

$k\left(z\right)[Z_{\mathrm{systematic}}^{\mathrm{ij}}\left(x_f\right)-{\tilde{Z}}^{\mathrm{ij}}]\&RightArrow;0$

因此得到：

$k\left(z\right)[Z^{\mathrm{ij}}-{\tilde{Z}}^{\mathrm{ij}}]=\&lang;x_p\&rang;+\mathrm{\&delta;}{x}_p$

或

$k\left(z\right)Z_{\mathrm{ij}}^{*}=\&lang;x_p\&rang;+\mathrm{\&delta;}{x}_p---\left(17\right)$

其中我们用

表示差值

用δx_p表示正态分布的随机变量，在零期望值时，其变化考虑校正的残数，与样品、辐射源和探测器之间的相对定位的重复性关联的偏差的残数，还有与β发射统计内在连接的波动。

因此，改进的方法使用关系式（17）去尽可能准确获得颗粒物质的质量厚度x_p的估算x_p,meas：

$x_{p,\mathrm{mis}}=k\left(z\right)\&CenterDot;Z_{\mathrm{ij}}^{*}---\left(18\right),$

x_p,mis＝<x_p>±δx_p          (19)。

也用正式术语，它将操作测量带回至理想测量，具有在随机变量δx_p值（具有零平均值的高斯分布）上的明显但基本上数量的差异，其包括所有上述贡献的全部，包括与校正本身引入的剩余有关的贡献。

从操作观点来看，显然与要检测的单一过滤装置有关的β射线流测量的应用不允许直接估算贡献因为没有办法由zⁱ(x_f)和z^j(x_f+x_p)项（图4中的连续曲线）确定的单一空白和聚集测量去估算z^j(x_f)（图4中的虚线曲线）。

本发明以直接的和度量衡学上可追溯的形式解决了这个问题。事实上，变量Z^ij是通过与完全等同于操作过滤装置的过滤装置有关的β射线流的辅助测量用类型、形式、种群、质量值、时间演变等等来估算的。操作测量和辅助测量两者前后并通过独特的完整的“辐射源+探测器”系统获得，以便进行的测量基本上是协变的。

事实上，在β技术的实际实施中，基于所谓的“侦查过滤器（spy filters）”（操作过滤器的“双胞胎”）的使用的程序进行了实施，其允许量化系统偏差及它们的数量上的去除。其获得是由于在操作过滤器上的β射线流测量的阶段期间在用F_s表示的侦查过滤器（如上所述，与用F_r表示的操作过滤器类型上是“相同的”）上精确进行的β射线流的测量。再次考虑（12），并改写它用于侦查过滤器，我们得到：

$\mathrm{\&delta;}{z}_{\mathrm{Fs}}=\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;x}\mathrm{\&delta;}{x}_{\mathrm{Fs}}+\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;\mathrm{\&rho;}}\mathrm{\&delta;\&rho;}+\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;E}\mathrm{\&delta;E}+\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;G}\mathrm{\&delta;G}---\left(20\right).$

明显地，当侦查过滤器和操作过滤器具有可比的质量厚度

（12）的第二项数量上相当于δz_Fs。通过比较（12）和（13），推导出：

${\left(\mathrm{\&delta;z}\right)}_{\mathrm{Fr}}-{\left(\mathrm{\&delta;z}\right)}_{\mathrm{Fs}}\&cong;\left(\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;x}\right)\&CenterDot;x_P---\left(21\right)$

想到：

$\frac{\&PartialD;\mathrm{\&beta;}}{\&PartialD;x}=\mathrm{\&mu;}\left(x\right)=\frac{1}{k\left(z\right)}---\left(22\right)$

我们将得到

x_p＝k(z)·[(δz)_Fr-(δz)_Fs]         (23)

表示描述SWAM双通道中进行的质量测量的关系式的微分形式。

为支持已表述的，不久将提供与具有质量厚度x_f的过滤膜F_r的变量

有关的实验数据，按照随着时间推移连续的测量会话的顺序（图5）。根据前面提到的，观察到的波动在这种情况（在一个会话和另一个会话之间没有沉积的颗粒物质的薄膜）下要归因于系统偏差和随机残数。

在图6中，与变量

有关的数据和与相当于F_r的过滤器F_s关联的另一变量

的数据进行了比较。与F_r和F_s有关的测量通过连续测量的轮换顺序获得。

在图7中，相反报道了上述两变量之间的线性回归分析。可以看出如何波动主要是由于协变条件，这与两过滤器属于相同种群，波动是由于相同的误差来源（辐射源-探测器系统的唯一性）和测量以相同的连续会话顺序前后进行的事实基本一致。

现在转向与过滤器F_r和F_s相关的变量

和

正如预期的那样，我们获得类似的协变行为。事实上，在图8中报道了在消逝在第i次和第j次会话之间的时间间隔选择为等于24小时的情况下与变量

和

有关的回归分析。回归分析的数字资料，其特点是趋于相同的r²和角系数值和趋于0的截距，证明在这些条件下属于相同种群的任何过滤介质对（r，s）的期望值<Z^ij>在数量上是相等的：

$\&lang;Z_r^{\mathrm{ij}}\&rang;\&cong;\&lang;Z_s^{\mathrm{ij}}\&rang;\&ForAll;(r,s)---\left(24\right).$

因此，用与属于操作过滤器F_r相同种群的一个或多个过滤器有关的且在相同的第i次和第j次会话中前后进行的β衰减的辅助测量，与操作过滤器有关的期望值可以可靠性非常高地估算：

${\tilde{Z}}_r^{\mathrm{ij}}=\&lang;Z_s^{\mathrm{ij}}\&rang;\&cong;\&lang;Z_{r,\mathrm{syst}}^{\mathrm{ij}}\left(x_f\right)\&rang;=\&lang;z_r^j\left(x_f\right)\&rang;-\&lang;z_s^i\left(x_f\right)\&rang;\&ForAll;(r,s)---\left(25\right).$

因此，在图9中描述了本发明的概念性的体现。

更详细地，优选地本发明的实施要求：

-几何形状不变单一的和整体的“辐射源+探测器”系统的使用，通过其获得与操作过滤器和侦查过滤器两者关联的β射线流数据Φ(x_r)和Φ(x_s)；

-对于每个第i次空白或聚集测量会话，进行了一系列的β射线流测量Φⁱ(x)的n个循环，每一个可选择地在两通道1和2的操作过滤装置F_r1和F_r2上和在待裁决的情况下在单一侦查过滤器F_s上进行，采用下列结构：

$M^i=\left[\begin{array}{ccccc}{F}_s^{11}& F_{r1}^1& F_s^{12}& F_{r2}^1& F_s^{13}\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ F_s^{n1}& F_{r1}^n& F_s^{n2}& F_{r2}^n& F_s^{n3}\end{array}\right]$ 其中4≤n≤6    (26)；

-与各自阶段有关的β测量时间T_m分别对于操作过滤器F_r为10分钟，对于侦查过滤器F_s为5分钟；

-测量循环n的数量对于8-小时采样循环等于4和对于12-小时采样循环等于6；

-所有测量的β射线流值与Geiger-Muller探测器的由在该测量仪器中实施的合适的程序确定的死区时间τ，成比例校正。

注意到，用这个精确的顺序，对操作过滤器上的每一β射线流测量，其关联于与侦查过滤器有关的一对测量（操作过滤器的测量前后）。因此，有可能认为与每个操作过滤器有关的流量测量值的平均值前后于侦查过滤器上的测量的相邻群有关的那些流量测量值的平均值。

必须注意到，测量循环用背景噪声Φ_dark和当辐射源和探测器之间没有放置过滤装置时β射线流测量Φ₀即空气中β射线流量来补充。这些辅助测量具有相关的质量控制功能：黑暗的估算（Φ_dark），在空白阶段进行，允许量化和去除背景噪声，而空气中β射线流量（Φ₀）的测量允许评估Geiger-Muller探测器随时间的稳定性。此外，在空白会话中测定的Φ₀值允许为空白测量和富集测量估算无量纲变量

和

值和各自的不确定性值。

此外，在聚集阶段期间，应该考虑到由于样品中天然放射性核素（与氡衰变产品关联的天然放射性）的存在，与操作过滤器关联的流量的测量值包括β射线流量Φ_nat。该贡献将是在样品质量估算中负面干扰的原因；因此，有必要通过使用与聚集测量循环前后的辅助测量相关的数据进行定量分析与去除。这些测量得以进行是由于位于辐射源和过滤装置F_r之间的允许专门检测来自积累在其上的样品的β射线流的可移动护罩（图10）。

总之，关于在空白阶段中测量的流量的数据，考虑到（黑暗）背景噪声，它们用下面的方法进行校正：

${\mathrm{\&Phi;}}_{\mathrm{corr}}^b\left(x\right)=\mathrm{\&Phi;}\left(x\right)-{\mathrm{\&Phi;}}_{\mathrm{dark}}---\left(27\right)$

而在聚集测量时，β射线流量的校正值通过用下列方法从测量值去除天然放射性的贡献来确定：

${\mathrm{\&Phi;}}_{\mathrm{corr}}^c\left(x\right)=\mathrm{\&Phi;}\left(x\right)-{\mathrm{\&Phi;}}_{\mathrm{nat}}---\left(28\right).$

与操作或侦查过滤装置（F_r，F_s）上的第i次测量会话关联的n数据Φⁱ(x)群的可得性允许通过具有相关的不确定性σ_i[Φ(x_r)]和σ_i[Φ(x_s)]的对应群的算术平均值为每个会话i和每对（r，s）估算期望值<Φⁱ(x_r)>和<Φⁱ(x_s)>。通过在第i次会话开始时测定，有可能为各自的变量z获得期望值和不确定性，即用相关的不确定性σ[zⁱ(x_r)]和σ[zⁱ(x_s)]去确定<zⁱ(x_r)>和<zⁱ(x_s)>。到此提及的用于允许使用无量纲变量z的相同的空气中流量值Φ₀用于在第j次会话中进行的测量。

用于操作过滤器F_r的变量z的期望值通过n数据群的算术平均值进行实验估算，并给出，例如用于第i次会话的关系式：

${\stackrel{\&OverBar;}{z}}_{r1}^i=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_{r1}^{\mathrm{ik}},---\left(29\right)$

${\stackrel{\&OverBar;}{z}}_{r2}^i=\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_{r2}^{\mathrm{ik}}.$

用于侦查过滤器F_s的变量z的相应的期望值通过在由2n成员组成的群（邻近群）上计算的算术平均值进行估算，并因此表示成，例如用于第i次会话的关系式：

${\stackrel{\&OverBar;}{z}}_s^{i,12}=\frac{1}{2}(\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_s^{i1,k}+\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_s^{i2,k}),---\left(30\right)$

${\stackrel{\&OverBar;}{z}}_s^{i,23}=\frac{1}{2}(\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_s^{i2,k}+\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_s^{i3,k}),$

分别和与操作过滤器F_r1和F_r2相关的变量z的平均值关联。

操作上地，通过把第i次会话看作操作过滤器的空白会话，把第j次会话看作聚集会话，其中颗粒物质沉积在操作过滤器上，质量厚度x_p的估算通过如下描述获得。

从与侦查过滤器关联的和与例如操作过滤器F_r1相关的数据

和

变量值计算为：

$Z_s^{\mathrm{ij}}={\stackrel{\&OverBar;}{z}}_s^{j,12}-{\stackrel{\&OverBar;}{z}}_s^{i,12}=\ln \left(\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}^i\left(x_s\right)}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}^j\left(x_s\right)}\right)---\left(31\right).$

所述值，在上文中表示的，表示与空白和聚集会话之间的操作过滤器F_r1关联的变量z的系统波动的最佳估算：

$Z_s^{\mathrm{ij}}={\tilde{Z}}_{r1}^{\mathrm{ij}}\&cong;Z_{\mathrm{syst}}^{\mathrm{ij}}\left(x_f\right)---\left(32\right)$

于是，我们可以得到用于

的估算值：

$Z_{r1}^{*}=Z_{r1}^{\mathrm{ij}}-{\tilde{Z}}_{r1}^{\mathrm{ij}}=\ln \left(\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_{r1}^i\left(x_f\right)}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_{r1}^j(x_f+x_p)}\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_s^j\left(x_f\right)}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_s^i\left(x_f\right)}\right)---\left(33\right)$

因此，质量厚度估算将是：

$x_p=\stackrel{\&OverBar;}{k}\left(z\right)\&CenterDot;Z_{r1}^{*}=\stackrel{\&OverBar;}{k}\left(z\right)\&CenterDot;\ln \left(\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_{r1}^i\left(x_f\right)}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_{r1}^j(x_f+x_p)}\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_s^j\left(x_f\right)}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_s^i\left(x_f\right)}\right)---\left(34\right)$

其中

表示在与采用函数k(z)的操作过滤器F_r1有关的空白和聚集（i和j）会话中测定的值

和的几何平均值，其中函数k(z)是质量测量系统的校正函数g(z)的一阶导数。

注意到，通过按照这一办法，有可能计算出x_p的方差，已知从在空白和聚集会话中进行的测量的群得到的变量

等等的方差，及在仪器校正阶段估算的k(z)的方差。

最后，已知与在其上均匀沉积颗粒物质的薄膜的有效过滤表面有关的面积S的值，在空白和聚集会话之间积累在过滤装置F_r1上的颗粒物质样品的质量值可以通过下面的关系式得到：

$m_p=S\&CenterDot;x_p=S\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{k}\left(z\right)\&CenterDot;Z_{r1}^{*}=S\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{k}\left(z\right)\&CenterDot;\ln \left(\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_{r1}^i\left(x_f\right)}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_{r1}^j(x_f+x_p)}\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_s^j\left(x_f\right)}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_s^i\left(x_f\right)}\right)---\left(35\right)$

关系式（35）使用在操作过滤装置和侦查过滤装置的质量厚度满足条件

的情况中。

如果所述的条件没有核实，m_p的最佳估算无论如何可以通过使用下列关系式获得：

$m_p=S\&CenterDot;x_p=S\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{k}\left(z\right)\&CenterDot;Z_{r1}^{*}=S\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{k}\left(z\right)\&CenterDot;\ln [\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_{r1}^i\left(x_f\right)}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_{r1}^j(x_f+x_p)}{\left(\frac{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_s^j\left(x_f\right)}{{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&Phi;}}}_s^i\left(x_f\right)}\right)}^{\frac{k_s}{k_r}}]---\left(36\right).$

本发明面对和解决的进一步的技术问题是去调和两种截然相反的操作要求，即一方面以恒定的粒度分割进行工作以便得到获得的样品的精确的粒度代表性，另一方面以恒定的体积流量进行工作，以既符合现行规定，又允许样品的平均浓度的可靠估算。

这个问题在下文中详细分析。

要获得PM_x样品的精确的粒度代表性，有必要进行工作以便获得恒定的粒度分割。在现有技术中，欧洲法规规定在采样管进口的体积流量要保持不变。此操作条件没有严格地准许粒度分割随着时间的推移而不变化，实际上，分割值由关系式确定：

$d_{50}\sqrt{C_c}=\sqrt{\frac{9\mathrm{\&pi;}{d}_u^3\mathrm{St}{k}_{50}}{4{\mathrm{\&rho;}}_p}\frac{\mathrm{\&eta;}}{Q}}---\left(37\right),$

其中d₅₀[m]表示具有50％撞击效率的分割直径，C_c表示Cunningham校正因子，d_u[m]表示喷嘴直径，ρ_p[kgm^-3]表示粒子密度，Q[m³s^-1]表示流量值，Stk₅₀表示对应于50％撞击效率的Stokes数，η[kgs^-1m^-1]表示空气密度值。

这个关系式强调为了获得恒定的d₅₀值，有必要在采样管的进口处的体积流量Q_vol和空气粘度的环境值η之间的比例不随时间的推移而变化：

$\frac{Q_{\mathrm{vol}}}{\mathrm{\&eta;}}=k---\left(38\right).$

实际上，在恒定的进口体积流量下工作的系统表现出粒度分割值是空气粘度值和因此温度值的函数，因为从由Sutherland等式确定的温度和空气粘度之间的关系式来看，这是明显的：

${\mathrm{\&eta;}}_T=\frac{1.458\&CenterDot;{10}^{-6}\&CenterDot;T^{1.5}}{T+110.4}\left[\frac{\mathrm{kg}}{s\&CenterDot;m}\right]---\left(39\right).$

此外，在基于过滤膜上的颗粒物质的积累的方法中，必须要测量的大小是采样的微粒质量关于观察时间T的平均浓度

$\stackrel{\&OverBar;}{C}=\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\&Integral;}}C\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(40\right).$

这种方法使用C^*值作为平均浓度的估算：

$C^{*}=\frac{M}{V}---\left(41\right).$

采样的颗粒物质的质量M为：

$M\underset{0}{\overset{T}{\&Integral;}}C\left(t\right)Q\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(42\right),$

其中Q(t)是作为时间函数的体积流量，V是采样体积，为：

$V=\underset{0}{\overset{T}{\&Integral;}}Q\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(43\right),$

来自：

$C^{*}=\frac{\underset{0}{\overset{T}{\&Integral;}}C\left(t\right)Q\left(t\right)\mathrm{dt}}{\underset{0}{\overset{T}{\&Integral;}}Q\left(t\right)\mathrm{dt}}---\left(44\right).$

考虑到被测量的所观察到的是

而用积累方法测量的浓度是由C^*给出，必须要界定操作条件以便使两个数量值相吻合。当且仅当采样的体积流量恒定时，关系式（40）和（44）相一致，在这种情况下获得：

$C^{*}=\frac{Q\&CenterDot;\underset{0}{\overset{T}{\&Integral;}}C\left(t\right)\mathrm{dt}}{Q\&CenterDot;T}=\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\&Integral;}}C\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(45\right).$

因此，使用这种方法去确定日平均浓度，样品应该以恒定的进口体积流量来进行积累。

本发明提出和解决的进一步的技术问题与颗粒物质的挥发部分有关。事实上，积累采样方法固有地产生与挥发性化合物的蒸发关联的偏差。在时间t和时间t+Δt之间在过滤装置上抽取的PM_x样品部分，在随后的采样阶段，趋于失去与剩余样品的长度、热力学条件和气相化合物的局部压力成比例的挥发性部分的一部分。

在时间t在过滤器上聚集的总质量可以解释为由两种贡献构成，由稳定部分形成的第一种贡献和由挥发部分形成的第二种贡献。从数学的角度来看，挥发部分的质量平衡可用下列关系式描述：

$M^v=M_0^v\&CenterDot;e^{-\&Integral;\mathrm{\&eta;}\left(t\right)\mathrm{dt}}+[{\&Integral;C}^V{Q}_{\mathrm{vol}}\&CenterDot;e^{\&Integral;\mathrm{\&eta;}\left(t\right)\mathrm{dt}}\mathrm{dt}]\&CenterDot;e^{-\&Integral;\mathrm{\&eta;}\left(t\right)\mathrm{dt}}---\left(46\right),$

其中M^v表示在时间t积累的样品的挥发质量，表示在时间t₀积累的样品的挥发质量，η(t)表示挥发性化合物挥发损失率，取决于温度、相对湿度、局部压力等等，C^v表示体积浓度，Q_vol表示体积流量。通过改变累积区的空气温度，有可能数量上更改蒸发过程。原则上，这使得急剧减少所述过程的影响，使穿越过滤介质的空气温度至接近零的值，即使η(t)→0。

在下文中，本发明的仪器和方法将参考其优选具体实施例来进行描述。

首先参见图11，用于测定空气分散的颗粒物质的质量浓度的仪器一般用1标示。

概括地说，仪器1表示用于在过滤膜上的颗粒物质的自动和顺序采样，及关联的通过β衰减技术进行的质量测量的系统。正如它在下文中将是详细的，这种系统用两根独立抽取管进行工作，通过使用独特的“探测器+β辐射源”测量模块，质量测量在两过滤膜上进行。

更具体地，仪器1主要包括：

-一对独立抽取管，分别是4和5，每一根包括各自的采样头2，3，用于空气和因此颗粒物质进入仪器1；

-采样及测量单元，一般用6标示，容纳将在下文介绍的过滤膜和用于测量沉积在其上的颗粒物质的质量的装置；

-控制单元7，在本例子中，它也位于采样及计量单元6中；

-用于调节抽取管4和5的流量的装置，它也主要位于，在本例子中总是，采样及计量单元6中，包括一对泵机组，分别是9和10，每一个与各自的抽取管4，5相关。

现在将更详细地描述目前介绍的每一个元件。

采样头2和3每一个都是常规类型，用于对空气中悬浮的颗粒物质进行采样。它们中的每一个均装配颗粒大小（粒度）分馏器仅让其空气动力学直径小于期望的空气动力学直径（例如，在最常见的应用中，10、2.5或1.0μm）的颗粒进入仪器1。

抽取管4和5转移进气，及因此通常其颗粒物质，至各自的聚集装置上，通常如位于采样及测量单元6中的过滤介质，所述介质之一在图12、13和14中更详细地描述，并一般用F标示。这样一种过滤介质F，在下文中将更简单地称为过滤器，由过滤膜或过滤膜12插在过滤器固定架13中构成。过滤器固定架由两部分组成，具体地顶部131和底部132，通过紧密配合将过滤膜12夹持在其中。图13说明具有不同面积的过滤器固定架的制作以允许在合适有效的过滤表面积S（β等效点面积）上的β射线流测量。最合适的β等效点面积的选择与在质量浓度测量中的性能优化连接在一起，与在采样点期望的浓度水平、考虑到的季节、阻抗和使用的过滤装置的承载能力成比例。

图14示意性地说明所谓的“聚集”阶段或过滤膜12的采样的阶段，即通过该过程，进气穿过膜本身，任何颗粒物质被后者捕捉。

如上所述，在本具体实施例中，提供了多个过滤器的使用。更具体地，正如它将在下文中变得明显，在本具体实施例中，提供了多种操作过滤器的使用，即用于富集的在其上沉积颗粒物质的过滤器，用F_r标示，和多种侦查过滤器的使用，即处于与操作过滤器的相同的环境条件（和因此变化）但基本不涉及颗粒物质的过滤器，用F_s标示。

过滤器，操作和侦查过滤器，容纳进合适的装置中用于在采样及测量单元6中移动相同的过滤器，并分别通过用于装载空白过滤器的装置14和用于卸载用过的过滤器的装置15从而装进所述容纳处和从所述容纳处中卸出，如在图15中更详细地说明的。

参见后图，所述移动装置包括旋转圆盘16，绕系统的自己的正交轴Z旋转。圆盘16具有用于6个过滤装置的容纳处，在图15中分别用F₁至F₆标示。在本具体实施例中，用于过滤装置的这样的容纳处是均匀分别在对应于圆盘16自身的中间圆冠上。正如在下文中更详细地，圆盘16的旋转带动过滤器F₁-F₆进入由装载、富集、测量和卸载循环要求的多个连续位置。例如，在图15中，过滤器F₅和F₆是在各自的管4和5上处于富集阶段，过滤器F₃和F₄已经结束富集阶段并处于测量阶段，过滤器F₁是在圆盘16上处于装载阶段，过滤器F₂是在从圆盘16自身卸载阶段。

在本具体实施例中，圆盘16也提供选择容纳3个另外的过滤器-所谓的“侦查过滤器”，根据它们在所述圆冠上的位置，分别用数字附图标记S₁₂，S₃₄和S₅₆标示，每一个分别位于两邻近聚集过滤器F₁-F₂、F₃-F₄和F₅-F₆之间。此外，如在图16中示意性地描述，圆盘16提供了另外3个位置，规定为A、R₁和R₂，其中位置A允许空气中β射线流测定（即，没有过滤器设置在辐射源和探测器之间），而位置R₁和R₂，其中具已知厚度的两参照铝箔放置其中，允许测定关联的β射线流，通过它们，β校准条件的自动测试是可能的。

圆盘16设置成在旋转方面采用常规手段，例如：由管理控制单元7的电子设备控制的步进电机。

此外，其提供了用于相对于圆盘16移动过滤器F₁-F₆的装置，具体沿与圆盘16基本正交的方向，用于允许其从圆盘16自身装载和卸载，及将过滤膜12紧密定位在采样管4和5上。在本具体实施例中，这样的装置居于气动活塞，示意性地描述在图15中及用17标示。它们表现出具有单一自由度的特有特征，因此在所有移动阶段不允许过滤装置旋转。因此，消除了破坏测量重复性的潜在原因，其与空白测量和聚集测量之间的几何重新定位关联。所述活塞在本例子中有4个，它们分别与采样管4和5和装载与卸载装置14和15连接。

关于圆盘16，通常在采样及测量单元6的环境中，其连接用于测量操作过滤器上收集的颗粒物质的质量的装置，更详细地显示在图17和18中。所述测量装置基于辐射技术，具体是基于β射线发射器或辐射源18和相关的探测器19，设置在处于测量的过滤器的两边，以便由辐射源18发射的射线穿过过滤器并在被探测器19检测到之前被在其上收集的颗粒物质所削弱。

正如在引言中已经提到的，基于β射线的测量技术本身是已知的，因此，其进一步的描述将省略。

辐射源-探测器模块18-19设置在可移动臂20上，恰好保持辐射源和探测器机械限制和整合在其中。臂20绕圆盘16的轴Z旋转，正如在下文中将更详细的，用于将辐射源18和探测器19置于三个对于圆盘16自身来说不同的位置以进行设想的测量。臂20设置成在旋转方面采用常规手段，例如：由控制单元7管理的直流电动机。

在臂20上也采用了可移动护罩21，当由测量顺序要求时，插在辐射源18和探测器19之间，为后者屏蔽前者，防止辐射源发出的射线穿过置于辐射源自身和探测器之间的任何过滤器。

现在参见图11，通常在采样及测量单元6的环境中，提供了上述装置，一般用8标示，用于调节流量。所述装置包括上述泵机组对9和10，各用于一抽取管4，5，允许达到优选可在约0.5÷2.8m³/h的范围内设定的操作流量。通过一对调节阀，分别是用于抽取管4的22和用于抽取管5的23，与例如步进电机连接，进行流量实时调整。

此外，调节装置8包括，为每根管4和5，一对电阀，分别为24，25和26，27。第一电阀24，26设置在对应的空气进气支管中，其源于空气进口30，31，并提供了临界流孔28，29，而第二电阀25，27设置在抽取管4，5上，就在与所述支管的连接点的上游。

每一对阀门24，25和26，27允许气动回路在不同结构之间切换，具体地操作采样结构，在其中所述操作过滤器F₁-F₆的2个处于富集阶段，和一个或多个测试结构，在其中测试了仪器1的性能。

更具体地，也提供了所谓的“跨度测试（Span test）”结构，即测试流量的测量值对于在每根管4，5的临界流孔28，29中产生的流量值的百分比偏差。这种结构是相关的，因为采样流量的测量基于空气流通过临界流孔输送的规律。知道流孔上游和下游的压力值，可以追溯标准流量值，其中通过“标准流量”意思是该流量涉及确定的压力（P_std）和温度（T_std）条件，例如T_std=273.1K和P_std=103.3kPa。

此外，提供了所谓的“泄露测试（Leak test）”结构，即测试过滤膜下游的气动回路的气密性。在操作采样结构中，打开第二阀门25，27，而关闭第一阀门24，26。在跨度测试结构中，关闭第二阀门25，27，打开第一阀门24，26。最后，在泄露测试结构中，关闭所有阀门24-27。

对目前描述的系统的多种元件，具有优选地关联的合适的温度、压力、相对湿度和流量传感器，其位置和功能根据在下文中报道的仪器1的功能描述也将变得明显。

关于控制单元7，其用于管理目前介绍的所有元件，当然，它包括微处理器和通常地系统所需要的所有管理和控制电子设备，一个或多个用户界面72，如显示器，键盘，状态指示发光二极管等等，相关的通讯端口73，如RS232串行端口，调制解调器等等，和用于所述温度、压力、流量、相对湿度传感器的卡74，以及必要的模块和电源连接75。因为这样一个控制单元用常规硬件和/或软件手段是可执行的，其进一步的说明将省略。

在下文中，将用一般性词语、为图19的图表中的每对操作过滤器和按图20的表格中的时间流程详细地描述和说明仪器1的操作方式。

在操作会话开始之前，侦查过滤器S₁₂-S₃₄-S₅₆，还有用于校准测试的两个参照铝箔R₁和R₂，插入在旋转圆盘16上。然后，可以进行机器设置（设定：操作参数、采样循环长度T_c、第一操作循环的开始日期和时间）。机器操作启动后，装载了三对过滤器F₁-F₂，F₃-F₄，F₅-F₆。

起初，仪器自动执行β跨度测试，或者测量空气中β射线流和穿过参照铝膜的β射线流。在测试阶段计算的两膜的质量厚度的值与与其关联的标称值比较。在这个阶段的最后圆盘16的形状在图16中描绘。然后，有顺序地开始分别与操作过滤器对F₁-F₂和F₃-F₄相关的空白测量会话。因此，有可能建立矩阵

和（变量和的可得性，见关系式（29））。通过参见图21A-21H，空白测量顺序将是详细的。

预备地，进行空中测量，即在辐射源和检测器之间没有插入过滤器时，优选地长度约2’30”（去计算流量Φ₀，见关系式（2）和质量测试）。为进行所述测量，圆盘16相对于图16所示的位置逆时针旋转60°，如图21A所示。

此后，圆盘重新定位在图16所示的位置，进行空白测量顺序，在此期间没有发生圆盘16的动作。形成矩阵和

的行的测量组的数目n等于4或6，与分别为8h或至少12h的采样周期T_c成比例。

正如图21B所示，通过将可移动护罩21放置在辐射源18和探测器自身之间，进行了探测器19固有的背景噪声的第一测试。这种测量称为“黑暗（dark）”，优选地持续约1’。从与操作和侦查过滤器有关的β射线流值减去黑暗值，以便可以得到β射线流值，其然后用于计算颗粒物质的质量（见关系式（27））。

在本例子中，参考用操作过滤器F₁和F₂进行的测量，进行了四组测量，每一组组成为：

-通过侦查过滤器S₁₂的β射线流的三次测量；

-通过操作过滤器F₁的β射线流的一次测量；和

-通过操作过滤器F₂的β射线流的一次测量。

具体地，如图21C所示，打开可移动护罩21，进行了与侦查过滤器S₁₂有关的第一实际测量，优选地长度等于约5’。

然后，插入空白

测量矩阵的第一项：

$M_{12}^b=\left[\begin{array}{ccccc}{S}_{12}^{11}& F_1^{b1}& S_{12}^{12}& F_2^{b1}& S_{12}^{13}\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ S_{12}^{41}& F_1^{b4}& S_{12}^{42}& F_2^{b4}& S_{12}^{43}\end{array}\right].$

然后，如图21D所示，在过滤器F₁（可移动臂20的位置“A”）上进行了测量，优选地长度等于约10’，相应项插入矩阵中：

$M_{12}^b=\left[\begin{array}{ccccc}{S}_{12}^{11}& F_1^{b1}& S_{12}^{12}& F_2^{b1}& S_{12}^{13}\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ S_{12}^{41}& F_1^{b4}& S_{12}^{42}& F_2^{b4}& S_{12}^{43}\end{array}\right].$

探测器19再次返回到位置‘0’，并在“侦查”过滤器S₁₂上（优选长度：约5’）进行了第二测量，如图21E所示，获得了矩阵中的相应项：

$M_{12}^b=\left[\begin{array}{ccccc}{S}_{12}^{11}& F_1^{b1}& S_{12}^{12}& F_2^{b1}& S_{12}^{13}\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ S_{12}^{41}& F_1^{b4}& S_{12}^{42}& F_2^{b4}& S_{12}^{43}\end{array}\right].$

如图21F所示，探测器19移动至位置‘B’，并在过滤器F₂上（优选长度：约10’）进行了第一实际测量，从而获得了矩阵中的相应项：

$M_{12}^b=\left[\begin{array}{ccccc}{S}_{12}^{11}& F_1^{b1}& S_{12}^{12}& F_2^{b1}& S_{12}^{13}\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ S_{12}^{41}& F_1^{b4}& S_{12}^{42}& F_2^{b4}& S_{12}^{43}\end{array}\right].$

如图21G所示，探测器19再次返回到位置‘0’，并在S₁₂上（优选长度：约5’）进行了第三实际测量，从而获得了矩阵中的相应项。

$M_{12}^b=\left[\begin{array}{ccccc}{S}_{12}^{11}& F_1^{b1}& S_{12}^{12}& F_2^{b1}& S_{12}^{13}\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ S_{12}^{41}& F_1^{b4}& S_{12}^{42}& F_2^{b4}& S_{12}^{43}\end{array}\right].$

然后，与空白矩阵的构建有关的到此为止说明的测量循环被重复四次，直至完成矩阵

的填充：

$M_{12}^b=\left[\begin{array}{ccccc}{S}_{12}^{11}& F_1^{b1}& S_{12}^{12}& F_2^{b1}& S_{12}^{13}\\ S_{12}^{21}& F_1^{b2}& S_{12}^{22}& F_2^{b2}& S_{12}^{23}\\ S_{12}^{31}& F_1^{b3}& S_{12}^{32}& F_2^{b3}& S_{12}^{33}\\ S_{12}^{41}& F_1^{b4}& S_{12}^{42}& F_2^{b4}& S_{12}^{43}\end{array}\right].$

最后，在到此为止披露的空白测量阶段的结尾，进行了探测器18的背景噪声的第二次测试，关闭可移动护罩21，重复黑暗计数，如图21H所示。

圆盘16逆时针旋转120°以便使过滤器对F₃，F₄处于β测量会话中，对该对过滤器进行空白测验。（构建矩阵

）。

一旦结束关于过滤器对F₁，F₂和F₃，F₄的空白测量阶段，圆盘16逆时针旋转120°以便使过滤器对F₁，F₂处于适于第一采样循环的操作阶段的位置（F₁在管A上，F₂在管B上）。在这样的结构中，过滤器F₅，F₆已经在适于空白测量的位置上。

系统现在等待用于开始采样循环的即时设定。

一旦开始第一采样循环（在过滤器F₁-F₂上富集颗粒物质的阶段），在过滤器对F₅-F₆上进行空白测量（描述的用于过滤器对F₁，F₂和F₃，F₄的程序的重复；矩阵

的构建）。在这采样循环结束时圆盘16逆时针旋转120°，到达适于开始与过滤器F₃-F₄相关的第二采样循环的位置。在此结构中，过滤器F₁-F₂，富集采样的颗粒物质薄膜，处于适于在其上进行聚集测量的位置。测量阶段延迟一段足够的等待时间以允许过滤膜的热力学平衡。在过滤器F₁-F₂上的聚集测量的顺序与前面的空白顺序完全相似，并将通过参考图22A-22M进行说明。

首先，如图22A所示，进行探测器19的背景噪声的测试，类似于上述用于空白阶段的描述。然后，一旦屏蔽辐射源18，“自然”测量（由于在过滤膜上聚集的颗粒物质上的放射性核素的存在而导致的射线流的测量），在本实施例中首先在过滤器F₁上（位置A，如图22B所示），然后在过滤器F₂上（位置B，如图22C所示）。

接着，矩阵集合

的构建开始，测量循环类似于关于空白矩阵的说明。

具体地，臂20再次移动在位置0，打开可移动护罩从而在采样的第一对过滤器上开始测量阶段。如图22D所示，在侦查过滤器S₁₂上进行第一测量（优选地测量长度：约5’），然后，在图22E中所示的过滤器F₁上进行第一聚集测量（优选地测量长度：约10’），然后在图22F中所示的S₁₂上进行第二测量（优选地测量长度：约5’），然后在图22G中所示的过滤器F₂上进行第一聚集测量（优选地测量长度：约10’），然后在图22H中所示的侦查过滤器S₁₂上进行第三测量（优选地测量长度：约5’）。这个循环重复四次，直至获得“收集”矩阵的所有项：

$M_{12}^c=\left[\begin{array}{ccccc}{S}_{12}^{11}& F_1^{c1}& S_{12}^{12}& F_2^{c1}& S_{12}^{13}\\ S_{12}^{21}& F_1^{c2}& S_{12}^{22}& F_2^{c2}& S_{12}^{23}\\ S_{12}^{31}& F_1^{c3}& S_{12}^{32}& F_2^{c3}& S_{12}^{33}\\ S_{12}^{41}& F_1^{c4}& S_{12}^{42}& F_2^{c4}& S_{12}^{43}\end{array}\right].$

此后，在过滤器F₁和F₂上进行第二组“自然”计数（辐射源18被屏蔽），分别如图22I和22L所示。这两自然测量（优选地各个测量的长度：约5’）允许去校正为采样的操作过滤器测量的射线流值，从中去除由于天然放射性的存在而导致的贡献（见关系式（28））。

然后，进行了探测器19的背景噪声的第二测试，重复“黑暗”测量，如图22M所示。

然后，一旦收集测量阶段已经结束，过滤器对F1，F2通过装置15从圆盘16上卸下，新的过滤器对F7-F8装载到圆盘上，停止在过滤器对F3，F4上的采样阶段一段精确必要时间。而且，在这个短暂的停顿期间，进行空气中测量（为了流值Φ₀，计算和质量检查，见关系式（2））。

然后，处理与上述报道的矩阵M^b和M^c相关的数据去得到PM_x浓度的估算值，如等式（26）至（34）所示，并描述在图23中。

因此，操作循环继续其自然进程（在F₃-F₄上采样）。新装载的过滤器F₇-F₈将位于β测量区，因此，空白测量顺序可以在其上进行。一旦在过滤器F₇-F₈上的空白β测量结束，采样循环在过滤器F₃-F₄上继续。

因而，对随后的过滤器对，在相关的采样和测量顺序中将重复对第二循环描述的操作顺序。

应该意识到，能够同时容纳在单元6中并分配在不同有效位置的多对过滤器对的提供允许连续采样和测量，因为当一对过滤器对在测量阶段时，另一对可以在采样阶段，等等。

如上所述，优选地，仪器1和因此实施的方法提供一些对采样系统和测量系统的质量检查，由上述传感器和控制单元7进行。

对于采样系统，提供了在下文中报道的检查。

●环境温度和每个过滤器上温度的测量-因为挥发性物质损失取决于环境温度和积累装置上温度的差异，仪器监测空气温度（T_a）和过滤器上温度（T_f），储存了有关的信息。

●过滤器上压力下降的测量-从过滤器上压力下降的值，有可能获得关于采样程序的正确程序的宝贵的信息。因为这个原因，存储了与过滤器上起初、结束和最大压力下降有关的数据。

●在采样管4和5上的流量相对标准偏差（RSD，Relatuve Standard Deviation）的计算-为了检查采样头和相关的粒度界限粒径分馏器的操作，有必要知道进口体积流量的实际值。这通过读取大气压力值和外部空气温度值来得到。为了给出统计上有代表性的关于操作流量的信息，对每个采样循环，提供了相对于变量Q_i-Q_{i，operating}的标准偏差的计算，其中Q_i是期望流量，Q_{i，operating}是测量的流量。

●“跨度试验”检查-通过利用具有已知几何形状的和在临界压力条件下工作的流孔的方法，测量仪器产生了具有已知值：

的流量，其中P和T是在流孔上游的压力和温度。该值与测量仪器测得的值相比较，允许评估测量值背离期望值的偏差。

●“泄漏测试”检查-在每个采样循环开始，测量仪器执行气动自动泄漏测试程序，其允许测试过滤膜下游的气动回路的气密性。

●压力传感器检查-仪器自动执行压力传感器响应的检查。

对于β测量系统，提供了在下文中报道的测试，与“空白”和“收集”测量阶段均有关。

●“黑暗”背景噪声检查-在每个循环开始，检测背景放射性计数，如果它们不包括在预定的范围内，仪器用相关信息（预警和报警）来信号通知。

●探测器短期稳定性检查-在穿越过滤器的β射线流的测量过程中，测试了计数率和泊松统计（放射性衰变）之间的一致性。如果这种比较的结果是不符合描述衰变的统计，仪器用相关信息（预警和报警）来信号通知。

●探测器长期稳定性检查-为了监测探测器的仪器响应中潜在的缓慢漂移（虽然与质量测量质量无关），比较了在连续测量循环之间的空气计数（通过辐射源和探测器之间的空气质量的β射线强度）。如果在测量的空气计数值和参考值之间的差异百分数大于设定的限值，仪器用相关信息（预警和报警）来信号通知。

●盖格计数器（Geiger counter）探测器电源电压检查-盖革探测器的仪器响应的质量是严格与其高电源电压的稳定性连接在一起的。在测量仪器中，提供的电源能够提供稳定在±1‰平均值的电压。如果标准偏差大于2‰，仪器用相关信息（预警和报警）来信号通知。

最后，在每次操作循环开始，通过使用空气中β射线流测量值（Φ₀）和具有已知质量厚度的两参照铝箔（图24中的R₁，R₂），启动自动“校正测试”程序。当测试结果没有落在设定的限值内时，仪器用报警信号来信号通知。

仪器提供了可供操作者选择的2种操作使用模式，分别称为“监测模式”和“参照模式”。

第一种模式采用了两独立管以允许在一对过滤装置上进行采样和质量测量，或选择单根管以允许在单一过滤装置上进行采样和质量测量。

第二种模式采用一根管用于颗粒物质积累，而另一管用作辅助管以允许用很高质量标准测定空气中分散的颗粒物质的浓度值，或实现特定的度量衡学的目的。

在这两种模式中，使用了图16中的侦查过滤器S₁₂/S₃₄/S₅₆和过滤器F₁-F₆，其可以呈现出，相对于各种各样的结构，要么操作过滤器的所有作用要么操作过滤器(F₁/F₃/F₅)与相关联的其它侦查过滤器(F_2s/F_4s/F_6s)的作用，在测量仪器用于实现最高质量标准和特定的度量衡学研究在情况下，它们是非常有用的。然后，在第一种情况中，相关的侦查过滤器S的单一流量测量和与操作过滤器F有关的每一流量测量相关联；在第二种情况中，两流值，与各自的侦查过滤器S和F_s有关，和与操作过滤器F有关的每一流量测量相关联。

“监测”模式（图25）提供了三种可能的结构：

-A和B管：允许在分别由管A和管B采样的两独立膜（如PM₁₀和PM₂₅）上进行颗粒物质采样和质量测量，两者均起作用;

-A管：允许在单一A管上进行颗粒物质采样和质量测量，B管保持静止不起作用;

-B管：允许在单一B管上进行颗粒物质采样和质量测量，A管保持静止不起作用;

“参照”模式提供了二种可能的结构：

-正常（normal）：抽取管工作在相同的恒定体积流量下，图26。

-分裂（split）：抽取管可以工作在恒定体积流量下，图27，或在恒定斯托克斯（Stokes）数下，图28。在恒定斯托克斯数下进行抽取，有必要设置（恒定）积累管的体积流量值，而另一管的体积流量值将由测量仪器自动调节。

在“参照”模式中，一根采样管（A或B）用于样品抽取和积累在过滤膜上，另一根采样管（B或A）用于“侦查过滤器”。操作者可以选择哪根管用于样品积累，因此，哪根管插入消除系统中：

-A管：颗粒物质样品积累在A管过滤膜上；B管膜（带有消除系统）将作为“侦查过滤器”。

-B管：颗粒物质样品积累在B管过滤膜上；A管膜（带有减排系统）将作为“侦查过滤器”。

根据“A和B管”结构的“监测”模式，β测量标准化方法基于在循环开始时位于圆盘上并在各自的操作过滤器对之间的中间位置上的侦查过滤器S₁₂/S₃₄/S₅₆的使用。

根据“A管”或“B管”结构的“监测”模式，只使用了A或B采样管。因此，在圆盘上剩余3个位置用于固定3个另外的侦查过滤器（F_2s/F_4s/F_6s或F_1s/F_3s/F_5s），其加入S₁₂/S₃₄/S₅₆中。因此，在每个β测量会话中，对与操作过滤器有关的每个流值，关联与侦查过滤器有关的两流值。这允许进一步减小在系统性偏差的定量估算中的不确定性。

根据“参照正常”模式，用上述操作抽取管4和5进行采样，但颗粒物质积累只在两管其中之一，例如：管4。另一管，在前述的例子中管5，用作辅助管以实现特定的度量衡学的目的。因此，在此模式中，在辅助管上提供了消除系统以防止颗粒物质传输。这种模式优选地在两管上提供了相等的流量。在所述模式中，在管5上的过滤装置作为“动态的”侦查过滤器（因为被空气流穿过，但没有颗粒物质积累），因此作为操作采样条件的追踪者。

根据“参照分裂”模式，仪器提供了单一采样头21，参考图27，工作在恒定的粒度分割下或在恒定的体积流量下。其下游提供了一无风室22，和然后两采样管，分别为23和24。

在“恒定体积流量”结构情况下，管23和24均工作在恒定体积流量下。此外，在第二根管上提供了消除系统25，用于防止颗粒物质传输。因此，采用均起作用的两管23和24进行采样，但是只在管23上进行颗粒物质的积累，而另一管24用作流量平衡管，从而确保在系统的采样头上的恒定的体积流量。测量模式类似于已经参考图16说明的。

如上文所披露的，精确采样技术必须符合两个明显矛盾的要求：一方面，需要在恒定斯托克斯数下进行工作以确保粒度分割值相对于环境条件不变，另一方面，需要在恒定体积流量下进行工作以确保日平均浓度以度量衡学的正确方式提供。在“恒定斯托克斯数”结构情况下，由于第二根管24抽取或提供可变的平衡流量的事实，第一根管23在恒定体积流量下工作。此外，在第二根管上提供了消除系统25，用于防止颗粒物质传输。因此，采用均起作用的两管23和24进行采样，但是只在管23上进行颗粒物质的积累，而另一管24用作流量平衡管，从而确保在系统的采样头上的粒度分割随时间的恒定性。测量模式类似于已经参考图16说明的。

仪器1也提供了不同的采样结构。将仅描述这些变体关于使其区分于到此为止描述的第一具体实施例的方面，与上述介绍的元件类似或相同的元件将用相同的附图标记标示。

具体地，仪器1提供了第一采样变体，总是参考图25进行描述，其中两个采样头11和12，以及相关的进口流量，都是一样的。如果不同的过滤器用在两根抽取管13和14上，有可能去测试不同类型过滤器的行为。相反，如果过滤器都是一样的，有可能去测试两个（同样的或不同的）头的等价，或改善质量浓度和/或化合物浓度值的不确定性估计。

根据在图29中示意性显示的另一变体，仪器可包括两个采样头，分别为31和32，具有不同标准但类似的粒度分割，连接在两抽取管33和34上的独立过滤膜上。所述仪器允许平行采样，例如PM₁₀或PM₂₅，用于两头的等价测试。例如，头31设计用于具有等于约2.3m³/h的流量的EU标准PM₁₀，头32用于具有等于约1m³/h的流量的U.S.EPA标准PM₁₀。

根据在图30中示意性说明的进一步的变体，装置还包括两个采样头，分别为41和42，具有不同的粒度分割，连接至用于同时采样的独立过滤膜，如PM₁₀和PM₂₅。在本例子中，每个头的进口流量等于约2.3m³/h。

根据在图31中示意性显示的一变化的具体实施例，本发明的仪器提供了用连接至带有两独立过滤膜的两采样管53和54的单一采样头51进行采样。在这种情况下，本发明的仪器还包括设置在头51的下游的无风室52。根据这一变体，本发明的仪器可用于通过化学形态在不同的过滤器上采样。例如，特氟纶（teflon）过滤器F₁可用于离子、金属等，石英过滤器F₂可用于有机物料、多环芳烃（PAH）、碳等。此外，该仪器可用于平行采样，以改善质量浓度和/或化合物浓度值的不确定性估计。在那种情况下，在两管上的过滤器和流量可能是一样的。

根据在图32中示意性说明的另一变体，用具有较大粒径如PM₁₀的单一采样头61和具有较小粒径如PM₂₅的撞击器62串联，仪器可以允许两种不同粒径如PM₁₀和PM₂₅的采样。因此，分别为63和64的两采样管与头61连接，撞击器62安装在其中之一上。第一根管的流量等于例如约1.3m³/h，另一根管，在撞击器62的下游，具有等于约1m³/h的流量。

根据在图33中示意性说明的另一变体，仪器可允许与蒸发过程关联的偏差的最小化，及同时所述损失的评估。这种变体提供了富集管73上的温度的控制，从而使在相关操作过滤器上的空气温度从不高于约1-2℃，而加热器的存在提供在富集管74上。温度控制由合适的传感器和关联的温度控制装置75和76，例如线圈来进行。此外，提供了合适的凝液收集器77和78。通过改变在管73和74的积累区的空气温度，蒸发过程可以定量更改。事实上，通过使穿过对应于管73的过滤介质的空气的温度至接近0的值，这种现象的影响可以大幅度减小。因此，与在对应于管74的过滤装置上进行的均匀干燥过程进行的比较可以用高精度证明蒸发过程对质量测量的影响。

将理解本发明还涉及用于用操作过滤装置测定空气中分散的颗粒物质的质量浓度的方法，主要包括阶段：

(a)在确定的采样期间对沉积在操作过滤装置上的颗粒物质的质量进行测量；

(b)在所述采样期间对暴露于与所述操作过滤装置相同的环境条件下的侦查过滤装置上进行相同的测量，涉及或不涉及颗粒物质；

(c)通过用阶段（b）进行的测量补偿阶段（a）进行的测量来确定颗粒物质的质量浓度。

通过参考上面阐述的本发明的不同结构的操作步骤和仪器的变化的具体实施例，待裁决的本方法的优选特征已经说明，因此不再重复。

至此，本发明已经通过参考其优选具体实施例进行了描述。可以理解可能存在其它具体实施例，均落入相同发明的思想内，并均包含在以下的权利要求的保护范围内。

Claims (24)

1.用于环境监测的仪器（1），适于通过用于在富集阶段的确定的采样期间收集颗粒物质的装置来测定空气中分散的颗粒物质的质量浓度，基于操作（F₁-F₆）和侦查（S₁₂-S₅₆）类型的两种过滤装置，侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）不暴露于颗粒物质，包括：

-一对独立的抽取管（4，5），各包括各自的用于空气和因此颗粒物质进入仪器（1）的采样头（2，3）；

-用于调节所述抽取管（4，5）流量的装置（8）；

-采样及测量单元，包括过滤装置容纳处和用于测量沉积在所述操作过滤装置上的颗粒物质的质量的装置，

测量装置包括射线发射器（18）和相关的探测器（19），设置成这样以便由所述发射器发射的射线易于穿过操作（F₁-F₆）或侦查（S₁₂-S₅₆）过滤装置，然后被所述探测器（19）检测到，测量装置（18，19）基于β射线衰减技术；

-用于移动所述过滤装置容纳处的旋转圆盘（16），用于使所述操作过滤装置进入它们的装载、富集、测量和卸载所需的多个连续位置；

-用于相对于所述旋转圆盘对测量装置定位以进行测量的所述测量装置（18，19）的可移动臂（20）；

-用于管理所有元件的控制单元（7），设置成：

(a)在确定的采样期间对沉积在操作过滤装置上的颗粒物质的质量进行测量；

(b)在所述采样期间对暴露于与所述操作过滤装置相同的环境条件下的侦查过滤装置上进行相同的测量，涉及或不涉及颗粒物质；

(c)通过用阶段（b）进行的测量补偿阶段（a）进行的测量来确定颗粒物质的质量浓度。

2.根据权利要求1所述的仪器（1），其中所述测量装置包括用于对沉积在所述操作过滤装置（F₁-F₆）上的颗粒物质的天然放射性进行测量的装置。

3.根据权利要求1或2所述的仪器（1），其中所述测量装置包括用于为所述探测器（19）屏蔽所述发射器（18）的可移动护罩（21）。

4.根据权利要求1所述的仪器（1），具有用于多个所述操作过滤装置（F₁-F₆）的容纳处。

5.根据权利要求4所述的仪器（1），具有6个用于一样多所述操作过滤装置（F₁-F₆）的容纳处。

6.根据权利要求1所述的仪器（1），具有用于多个所述侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）的容纳处。

7.根据权利要求6所述的仪器（1），具有6个用于一样多所述侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）的容纳处。

8.根据权利要求1所述的仪器（1），其中所述操作过滤装置（F₁-F₆）或所述侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）包括一张或多张过滤膜（12）。

9.根据权利要求1所述的仪器（1），包括用于所述操作过滤装置（F₁-F₆）和/或所述侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）的可移动圆盘（16），用于选择性布置所述操作过滤装置（F₁-F₆）和/或所述侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）的一个或多个在选自包括一个或多个装载位置、一个或多个采样位置、一个或多个测量位置和一个或多个卸载位置的集合的多个位置。

10.根据权利要求9所述的仪器（1），其中所述可移动圆盘是旋转支架。

11.根据权利要求10所述的仪器（1），其中所述旋转支架是绕其自己的轴（Z）旋转的圆盘（16）。

12.根据权利要求1所述的仪器（1），包括用于对应所述操作过滤装置（F₁-F₆）或所述侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）之一来选择性定位所述测量装置（18，19）的可移动臂（20）。

13.根据权利要求1所述的仪器（1），包括用于所述操作过滤装置（F₁-F₆）或所述侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）的装载装置（14）和/或卸载装置（15）。

14.根据权利要求1所述的仪器（1），包括用于对应所述操作过滤装置（F₁-F₆）或所述侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）同时工作用于外部空气进入的一对独立抽取管（4，5）。

15.一种通过在富集阶段的确定的采样期间暴露于颗粒物质的操作过滤装置（F₁-F₆）和不暴露于所述颗粒物质的侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）来测定空气中分散的颗粒物质的质量浓度的方法，该方法基于用β射线衰减技术进行的测量，包括阶段：

a)在确定的采样期间对沉积在操作过滤装置上的颗粒物质的质量进行测量；

b)在所述采样期间对暴露于与所述操作过滤装置相同的环境条件下的侦查过滤装置上进行相同的测量，涉及或不涉及颗粒物质；

c)通过用阶段（b）进行的测量补偿阶段（a）进行的测量来确定颗粒物质的质量浓度。

16.根据权利要求15所述的方法，包括用屏蔽的或去活化的射线发射器（18）进行测量的阶段。

17.根据权利要求15或16所述的方法，提供了在所述操作过滤装置（F₁-F₆）或侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）上的多个测量的顺序进行。

18.根据权利要求15所述的方法，提供了3对操作过滤装置（F₁-F₆）和/或3对侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）的使用。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述操作过滤装置（F₁-F₆）或侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）包括一张或多张过滤膜（12）。

20.根据权利要求15所述的方法，提供了所述操作过滤装置（F₁-F₆）和/或侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）在选自包括一个或多个富集位置、一个或多个测量位置和一个或多个装载和/或卸载位置的集合的多个位置上的选择性移动。

21.根据权利要求20所述的方法，提供了所述操作过滤装置（F₁-F₆）或侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）的选择性定位。

22.根据权利要求15所述的方法，提供了测量装置（18，19）对应所述操作过滤装置（F₁-F₆）或侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）的选择性定位。

23.根据权利要求15所述的方法，提供了通过用于对应所述操作过滤装置（F₁-F₆）或所述侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）同时工作用于外部空气进入的多根独立抽取管（4，5）进行外部空气的采样。

24.根据权利要求15所述的方法，提供了对应共用进口（30）、所述进口下游的无风阶段和所述无风阶段的下游的外部空气的采样，通过多根进管（32，33）在所述操作过滤装置（F₁-F₆）或所述侦查过滤装置（S₁₂-S₅₆）上的空气进入。

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