| 论文标题 | Influence of environmental conditions, operational procedures, and filter material on robotic gravimetric weighing of particulate matter filters |
| 发布机构 | Springer Nature |
| 发布期刊 | Scientific Reports |
| 发布时间 | 2026 年 |
| 作者/机构 | Dmytro Chyzhykov,西里西亚理工大学、波兰科学院环境工程研究所;Kamila Widziewicz-Rzońca,波兰科学院环境工程研究所;Krzysztof Loska,西里西亚理工大学;Piotr Oskar Czechowski,波兰科学院环境工程研究所;Sławomir Janas,Radwag Balances and Scales;Grzegorz Majewski,华沙生命科学大学 |
| 轻松连产品 | 轻松连 WS1 Pro 无线智能传感器,搭配 TH30S-B 外接温湿度探头 |
| 数据收集 | 滤膜调湿 / 称量室内的相对湿度和温度 |
| 采样频率 | 每 5 分钟一次 |
| 研究周期 | PM 滤膜采样暴露时间为 2022 年 11 月 24 日至 2023 年 2 月 6 日;暴露前后滤膜在 45% RH、21 °C 条件下调湿平衡 48 小时,期间每 5 分钟记录温湿度 |
| 应用场景 | 颗粒物滤膜调湿平衡、PM 重量法测定、空气质量监测质量控制、机器人称量系统验证、称量环境条件记录 |
| 原文链接 | https://doi.org/10.1038/s41598-026-42411-4 |
颗粒物 PM 滤膜称量是空气质量监测中的基础环节。PM10、PM2.5 和 PM1 浓度常通过滤膜采样前后的质量差计算得到。由于质量变化可能非常微小,实验室环境条件、滤膜材料特性和称量操作过程都可能影响结果准确性。
温度和相对湿度尤其关键。滤膜和滤膜上采集的颗粒物可能随湿度变化吸收或释放水分,从而改变称量质量。低湿度条件还可能增加静电效应,尤其会影响 PTFE 滤膜的稳定称量。因此,重量法标准通常要求滤膜在称量前后经过受控温湿度条件下的平衡处理。
这项研究关注机器人称量系统 RWS 在颗粒物滤膜质量测量中的可靠性。研究团队比较了玻璃纤维、石英纤维和 PTFE O-ring 三类滤膜,在不同温度和相对湿度条件下的质量变化;同时比较机器人称量与手动称量结果,并分析机器人内部转盘运动是否会带来测量漂移。
轻松连 WS1 Pro 无线智能传感器被用于记录滤膜调湿室内温度和相对湿度。这些环境数据用于确认滤膜在称量前后经过稳定、可追溯的条件处理,从而支撑后续机器人称量系统和手动称量方法的对比分析。

在这项研究中, WS1 Pro 无线智能传感器被用作滤膜调湿 / 称量室的环境监测设备。论文并不是说轻松连进行了滤膜称量,也不是说轻松连证明了机器人称量系统可靠。WS1 Pro的作用是记录滤膜调湿阶段的真实温度和相对湿度,为后续重量法分析提供环境背景和质量控制依据。
研究团队使用 47 mm 颗粒物滤膜,包括玻璃纤维滤膜、石英纤维滤膜和 PTFE O-ring 滤膜。滤膜在颗粒物采样暴露前后,均需在称量室中进行 48 小时调湿平衡。调湿条件设定为 45% 相对湿度和 21 °C 空气温度。
在这一调湿阶段,研究团队使用WS1 Pro 无线智能传感器设备,并搭配轻松连 TH30S-B 外接温湿度探头,每 5 分钟记录一次称量室内温度和相对湿度。论文给出的 TH30S-B 探头参数为:温度测量范围 +40 °C 至 +125 °C,精度 ±0.3 °C;湿度测量范围 0 至 100% RH,精度 ±2%。

WS1 Pro 无线智能传感器数据主要用于记录滤膜调湿环境的稳定性。这个环节很重要,因为后续滤膜质量比较要求滤膜处于可重复、可追溯的初始状态。如果没有稳定的调湿环境记录,后续质量差异可能难以区分是来自机器人称量系统、滤膜材料、环境舱条件,还是来自滤膜自身吸湿 / 脱湿状态不一致。
需要注意的是,WS1 Pro并不是安装在 RWS 机器人称量系统的环境舱内部。RWS 内部使用自带环境传感器,并额外安装了 Radwag THB S 和 THB P 两个参考温湿度传感器。轻松连 的作用主要发生在滤膜暴露前后 48 小时称量室调湿阶段,用于记录称量室环境。
因此,轻松连设备在这项研究中的核心作用是滤膜预处理阶段的温湿度环境记录。它提供连续时间序列数据,帮助确认滤膜调湿过程符合受控条件,从而降低环境不确定性,使后续机器人称量、手动称量和滤膜材料差异分析更可靠。
研究团队测试了三种 Whatman 47 mm 颗粒物滤膜:玻璃纤维 GF/A、石英纤维 QMA 和 PTFE O-ring 滤膜。共 50 张滤膜在波兰 Zabrze 城市背景站进行颗粒物采样,采样时间为冬季的 2022 年 11 月 24 日至 2023 年 2 月 6 日。
其中,10 张玻璃滤膜和 10 张石英滤膜用于采集 PM1;另有 10 张玻璃滤膜、10 张石英滤膜和 10 张 PTFE O-ring 滤膜用于采集 PM2.5。每种滤膜还使用 10 张空白滤膜作为参考。
采样前后,所有滤膜都在称量室内进行 48 小时调湿平衡,目标条件为 45% 相对湿度和 21 °C。称量室相对湿度由自动加湿 / 除湿设备维持。轻松连 WS1 Pro 搭配 TH30S-B 探头,每 5 分钟记录一次调湿室的温度和相对湿度。
调湿完成后,滤膜使用 UMA 2.5Y.FC Robotic Weighing System 进行称量。该机器人称量系统包含内置环境舱、24 位滤膜转盘和自动天平,读数精度为 1 µg。机器人称量过程中,环境舱可维持操作者设定的温度和湿度。研究测试了 35%、45%、55% RH 与 18 °C、21 °C、24 °C 的组合,共九种环境条件。
研究还使用 MYA 5.4Y.F 手动天平进行对比称量。为降低静电影响,滤膜放入 RWS 转盘金属盒前使用 DJ-05 抗静电离子风机处理,尤其是容易积累静电的 PTFE 滤膜。
为分析机器人内部操作影响,研究团队将两张参考 PTFE O-ring 滤膜放在 RWS 转盘相对位置,在 45% RH、21 °C 稳定条件下连续测量 3 小时。转盘每次半圈旋转,交替测量两张滤膜,每张滤膜共获得 90 次测量。研究随后采用标准差分析、Shapiro–Wilk 正态性检验、因子 ANOVA、单因素 ANOVA 和配对 t 检验进行统计分析。
研究发现,在测试条件下,机器人称量系统环境舱内温度和相对湿度变化并未对 PM 滤膜质量测量产生统计显著影响。针对玻璃、石英和 PTFE O-ring 滤膜的因子 ANOVA 结果显示,p 值高达 0.99998,说明温度和相对湿度变化对滤膜质量测量没有统计显著影响。
空白滤膜分析也得出类似结论。因子 ANOVA 显示,温度和相对湿度对空白滤膜质量没有显著影响。这表明滤膜预调湿、RWS 快速测量过程和环境舱控制共同降低了环境波动对称量结果的影响。
滤膜材料本身仍然会影响测量稳定性。玻璃滤膜整体表现出最低的质量变异和较高稳定性。石英滤膜也较稳定,但 PM1 石英滤膜在部分条件下出现较高变异。PTFE O-ring 滤膜在暴露后绝对变异较高,但对温湿度变化不太敏感,这可能与其疏水性有关。
研究还指出,PTFE O-ring 滤膜称量中抗静电处理非常重要。未进行抗静电处理时,PTFE 滤膜出现异常波动,说明静电会干扰滤膜稳定和称量精度。
RWS 运行过程测试显示,短时间内转盘运动对质量测量影响较小。但在 3 小时连续测量中,配对 t 检验和 ANOVA 检测到微小但统计显著的质量变化。虽然平均值变化极小,但说明长时间称量过程中可能存在轻微漂移,原因可能包括滤膜逐步稳定、设备运行或微小环境波动。
机器人称量与手动称量对比显示,两种方法结果具有较高一致性。空白玻璃滤膜两种方法差异通常在 2.5–10 µg 以内,石英滤膜通常为 14–27 µg,PTFE 滤膜在个别情况下差异较大。单因素 ANOVA 确认机器人称量与手动称量之间没有统计显著差异。
这项研究说明,在滤膜调湿、环境舱控制、抗静电处理和系统监测得当的前提下,机器人称量系统可以用于高通量 PM 滤膜分析,并保持良好测量可靠性。
对于空气质量监测网络而言,这一点非常重要。国家或区域监测项目每年可能处理大量滤膜。手动称量不仅耗时,也容易受到操作者操作差异、数据登记错误和人工接触影响。机器人系统可以减少人工干预、自动顺序称量,并提高流程标准化程度。
研究也说明,环境记录是重量法 PM 分析中的关键质量控制环节。PM 滤膜称量依赖微小质量差,滤膜调湿阶段的温度和湿度记录可以帮助确认质量变化来自颗粒物负载,而不是来自水分吸附、脱附或实验室环境不稳定。
对于法规监测而言,随着空气质量标准趋严,测量结果的可追溯性、准确性和可重复性更加重要。稳定调湿、环境数据记录、抗静电处理和经过验证的机器人称量流程,可以提升 PM10 和 PM2.5 合规监测的数据质量。
在这项研究中,轻松连 WS1 Pro 的应用价值主要体现在 PM 滤膜重量法流程中的环境质量控制。
首先,轻松连 在 48 小时滤膜调湿阶段提供了带时间戳的温度和相对湿度数据。这些数据帮助记录滤膜称量前后所处的受控环境。
第二,轻松连支持面向法规和标准的质量保证。PM 滤膜称量标准要求滤膜在受控温湿度条件下平衡,轻松连 记录可作为调湿环境的追溯依据。
第三,WS1 Pro 无线智能传感器数据帮助降低后续称量对比的不确定性。由于调湿环境被连续记录,研究团队能够更有把握地分析滤膜材料差异、机器人称量结果和手动称量结果。
第四,轻松连TH30S-B 外接探头提供了明确精度参数,适用于记录实验室调湿环境中的温度和湿度变化。
第五,轻松连与 RWS 和手动天平形成互补。轻松连 不参与滤膜质量测量,而是提供称量可靠性所需的环境背景数据。
总体来看,轻松连在这篇论文中不是称量滤膜,而是为滤膜调湿和平衡过程提供温湿度环境记录,从而支撑 PM 重量法测量的质量控制和可追溯性。
基于该研究中的应用方式,轻松连 WS1 Pro 可延伸到以下场景:
研究使用了轻松连WS1 Pro 无线智能传感器,并搭配 TH30S-B 外接温湿度探头。
记录了滤膜调湿 / 称量室内的温度和相对湿度。
设备用于 PM 滤膜采样前后 48 小时调湿平衡所在的称量室环境监测。
温度和相对湿度每 5 分钟记录一次。
滤膜在采样前后均调湿平衡 48 小时,目标条件为 45% RH 和 21 °C。
不是。滤膜质量由 UMA 2.5Y.FC 机器人称量系统和 MYA 5.4Y.F 手动天平测量。轻松连用于监测调湿室温湿度。
数据用于记录滤膜调湿阶段的温湿度条件,为后续称量结果解释和质量控制提供环境依据。
研究测试了玻璃纤维滤膜、石英纤维滤膜和 PTFE O-ring 滤膜。
在测试条件下,机器人称量系统内温度和相对湿度变化对滤膜质量测量没有统计显著影响;机器人称量与手动称量结果具有统计一致性。
准确的滤膜重量法称量是 PM2.5 和 PM10 监测的基础。调湿阶段的温湿度记录有助于提升数据可追溯性、重复性和空气质量监测结果可信度。
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学术研究与实践验证
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| 论文标题 | Influence of environmental conditions, operational procedures, and filter material on robotic gravimetric weighing of particulate matter filters |
| 发布机构 | Springer Nature |
| 发布期刊 | Scientific Reports |
| 发布时间 | 2026 年 |
| 作者/机构 | Dmytro Chyzhykov,西里西亚理工大学、波兰科学院环境工程研究所;Kamila Widziewicz-Rzońca,波兰科学院环境工程研究所;Krzysztof Loska,西里西亚理工大学;Piotr Oskar Czechowski,波兰科学院环境工程研究所;Sławomir Janas,Radwag Balances and Scales;Grzegorz Majewski,华沙生命科学大学 |
| 轻松连产品 | 轻松连 WS1 Pro 无线智能传感器,搭配 TH30S-B 外接温湿度探头 |
| 数据收集 | 滤膜调湿 / 称量室内的相对湿度和温度 |
| 采样频率 | 每 5 分钟一次 |
| 研究周期 | PM 滤膜采样暴露时间为 2022 年 11 月 24 日至 2023 年 2 月 6 日;暴露前后滤膜在 45% RH、21 °C 条件下调湿平衡 48 小时,期间每 5 分钟记录温湿度 |
| 应用场景 | 颗粒物滤膜调湿平衡、PM 重量法测定、空气质量监测质量控制、机器人称量系统验证、称量环境条件记录 |
| 原文链接 | https://doi.org/10.1038/s41598-026-42411-4 |
颗粒物 PM 滤膜称量是空气质量监测中的基础环节。PM10、PM2.5 和 PM1 浓度常通过滤膜采样前后的质量差计算得到。由于质量变化可能非常微小,实验室环境条件、滤膜材料特性和称量操作过程都可能影响结果准确性。
温度和相对湿度尤其关键。滤膜和滤膜上采集的颗粒物可能随湿度变化吸收或释放水分,从而改变称量质量。低湿度条件还可能增加静电效应,尤其会影响 PTFE 滤膜的稳定称量。因此,重量法标准通常要求滤膜在称量前后经过受控温湿度条件下的平衡处理。
这项研究关注机器人称量系统 RWS 在颗粒物滤膜质量测量中的可靠性。研究团队比较了玻璃纤维、石英纤维和 PTFE O-ring 三类滤膜,在不同温度和相对湿度条件下的质量变化;同时比较机器人称量与手动称量结果,并分析机器人内部转盘运动是否会带来测量漂移。
轻松连 WS1 Pro 无线智能传感器被用于记录滤膜调湿室内温度和相对湿度。这些环境数据用于确认滤膜在称量前后经过稳定、可追溯的条件处理,从而支撑后续机器人称量系统和手动称量方法的对比分析。

在这项研究中, WS1 Pro 无线智能传感器被用作滤膜调湿 / 称量室的环境监测设备。论文并不是说轻松连进行了滤膜称量,也不是说轻松连证明了机器人称量系统可靠。WS1 Pro的作用是记录滤膜调湿阶段的真实温度和相对湿度,为后续重量法分析提供环境背景和质量控制依据。
研究团队使用 47 mm 颗粒物滤膜,包括玻璃纤维滤膜、石英纤维滤膜和 PTFE O-ring 滤膜。滤膜在颗粒物采样暴露前后,均需在称量室中进行 48 小时调湿平衡。调湿条件设定为 45% 相对湿度和 21 °C 空气温度。
在这一调湿阶段,研究团队使用WS1 Pro 无线智能传感器设备,并搭配轻松连 TH30S-B 外接温湿度探头,每 5 分钟记录一次称量室内温度和相对湿度。论文给出的 TH30S-B 探头参数为:温度测量范围 +40 °C 至 +125 °C,精度 ±0.3 °C;湿度测量范围 0 至 100% RH,精度 ±2%。

WS1 Pro 无线智能传感器数据主要用于记录滤膜调湿环境的稳定性。这个环节很重要,因为后续滤膜质量比较要求滤膜处于可重复、可追溯的初始状态。如果没有稳定的调湿环境记录,后续质量差异可能难以区分是来自机器人称量系统、滤膜材料、环境舱条件,还是来自滤膜自身吸湿 / 脱湿状态不一致。
需要注意的是,WS1 Pro并不是安装在 RWS 机器人称量系统的环境舱内部。RWS 内部使用自带环境传感器,并额外安装了 Radwag THB S 和 THB P 两个参考温湿度传感器。轻松连 的作用主要发生在滤膜暴露前后 48 小时称量室调湿阶段,用于记录称量室环境。
因此,轻松连设备在这项研究中的核心作用是滤膜预处理阶段的温湿度环境记录。它提供连续时间序列数据,帮助确认滤膜调湿过程符合受控条件,从而降低环境不确定性,使后续机器人称量、手动称量和滤膜材料差异分析更可靠。
研究团队测试了三种 Whatman 47 mm 颗粒物滤膜:玻璃纤维 GF/A、石英纤维 QMA 和 PTFE O-ring 滤膜。共 50 张滤膜在波兰 Zabrze 城市背景站进行颗粒物采样,采样时间为冬季的 2022 年 11 月 24 日至 2023 年 2 月 6 日。
其中,10 张玻璃滤膜和 10 张石英滤膜用于采集 PM1;另有 10 张玻璃滤膜、10 张石英滤膜和 10 张 PTFE O-ring 滤膜用于采集 PM2.5。每种滤膜还使用 10 张空白滤膜作为参考。
采样前后,所有滤膜都在称量室内进行 48 小时调湿平衡,目标条件为 45% 相对湿度和 21 °C。称量室相对湿度由自动加湿 / 除湿设备维持。轻松连 WS1 Pro 搭配 TH30S-B 探头,每 5 分钟记录一次调湿室的温度和相对湿度。
调湿完成后,滤膜使用 UMA 2.5Y.FC Robotic Weighing System 进行称量。该机器人称量系统包含内置环境舱、24 位滤膜转盘和自动天平,读数精度为 1 µg。机器人称量过程中,环境舱可维持操作者设定的温度和湿度。研究测试了 35%、45%、55% RH 与 18 °C、21 °C、24 °C 的组合,共九种环境条件。
研究还使用 MYA 5.4Y.F 手动天平进行对比称量。为降低静电影响,滤膜放入 RWS 转盘金属盒前使用 DJ-05 抗静电离子风机处理,尤其是容易积累静电的 PTFE 滤膜。
为分析机器人内部操作影响,研究团队将两张参考 PTFE O-ring 滤膜放在 RWS 转盘相对位置,在 45% RH、21 °C 稳定条件下连续测量 3 小时。转盘每次半圈旋转,交替测量两张滤膜,每张滤膜共获得 90 次测量。研究随后采用标准差分析、Shapiro–Wilk 正态性检验、因子 ANOVA、单因素 ANOVA 和配对 t 检验进行统计分析。
研究发现,在测试条件下,机器人称量系统环境舱内温度和相对湿度变化并未对 PM 滤膜质量测量产生统计显著影响。针对玻璃、石英和 PTFE O-ring 滤膜的因子 ANOVA 结果显示,p 值高达 0.99998,说明温度和相对湿度变化对滤膜质量测量没有统计显著影响。
空白滤膜分析也得出类似结论。因子 ANOVA 显示,温度和相对湿度对空白滤膜质量没有显著影响。这表明滤膜预调湿、RWS 快速测量过程和环境舱控制共同降低了环境波动对称量结果的影响。
滤膜材料本身仍然会影响测量稳定性。玻璃滤膜整体表现出最低的质量变异和较高稳定性。石英滤膜也较稳定,但 PM1 石英滤膜在部分条件下出现较高变异。PTFE O-ring 滤膜在暴露后绝对变异较高,但对温湿度变化不太敏感,这可能与其疏水性有关。
研究还指出,PTFE O-ring 滤膜称量中抗静电处理非常重要。未进行抗静电处理时,PTFE 滤膜出现异常波动,说明静电会干扰滤膜稳定和称量精度。
RWS 运行过程测试显示,短时间内转盘运动对质量测量影响较小。但在 3 小时连续测量中,配对 t 检验和 ANOVA 检测到微小但统计显著的质量变化。虽然平均值变化极小,但说明长时间称量过程中可能存在轻微漂移,原因可能包括滤膜逐步稳定、设备运行或微小环境波动。
机器人称量与手动称量对比显示,两种方法结果具有较高一致性。空白玻璃滤膜两种方法差异通常在 2.5–10 µg 以内,石英滤膜通常为 14–27 µg,PTFE 滤膜在个别情况下差异较大。单因素 ANOVA 确认机器人称量与手动称量之间没有统计显著差异。
这项研究说明,在滤膜调湿、环境舱控制、抗静电处理和系统监测得当的前提下,机器人称量系统可以用于高通量 PM 滤膜分析,并保持良好测量可靠性。
对于空气质量监测网络而言,这一点非常重要。国家或区域监测项目每年可能处理大量滤膜。手动称量不仅耗时,也容易受到操作者操作差异、数据登记错误和人工接触影响。机器人系统可以减少人工干预、自动顺序称量,并提高流程标准化程度。
研究也说明,环境记录是重量法 PM 分析中的关键质量控制环节。PM 滤膜称量依赖微小质量差,滤膜调湿阶段的温度和湿度记录可以帮助确认质量变化来自颗粒物负载,而不是来自水分吸附、脱附或实验室环境不稳定。
对于法规监测而言,随着空气质量标准趋严,测量结果的可追溯性、准确性和可重复性更加重要。稳定调湿、环境数据记录、抗静电处理和经过验证的机器人称量流程,可以提升 PM10 和 PM2.5 合规监测的数据质量。
在这项研究中,轻松连 WS1 Pro 的应用价值主要体现在 PM 滤膜重量法流程中的环境质量控制。
首先,轻松连 在 48 小时滤膜调湿阶段提供了带时间戳的温度和相对湿度数据。这些数据帮助记录滤膜称量前后所处的受控环境。
第二,轻松连支持面向法规和标准的质量保证。PM 滤膜称量标准要求滤膜在受控温湿度条件下平衡,轻松连 记录可作为调湿环境的追溯依据。
第三,WS1 Pro 无线智能传感器数据帮助降低后续称量对比的不确定性。由于调湿环境被连续记录,研究团队能够更有把握地分析滤膜材料差异、机器人称量结果和手动称量结果。
第四,轻松连TH30S-B 外接探头提供了明确精度参数,适用于记录实验室调湿环境中的温度和湿度变化。
第五,轻松连与 RWS 和手动天平形成互补。轻松连 不参与滤膜质量测量,而是提供称量可靠性所需的环境背景数据。
总体来看,轻松连在这篇论文中不是称量滤膜,而是为滤膜调湿和平衡过程提供温湿度环境记录,从而支撑 PM 重量法测量的质量控制和可追溯性。
基于该研究中的应用方式,轻松连 WS1 Pro 可延伸到以下场景:
研究使用了轻松连WS1 Pro 无线智能传感器,并搭配 TH30S-B 外接温湿度探头。
记录了滤膜调湿 / 称量室内的温度和相对湿度。
设备用于 PM 滤膜采样前后 48 小时调湿平衡所在的称量室环境监测。
温度和相对湿度每 5 分钟记录一次。
滤膜在采样前后均调湿平衡 48 小时,目标条件为 45% RH 和 21 °C。
不是。滤膜质量由 UMA 2.5Y.FC 机器人称量系统和 MYA 5.4Y.F 手动天平测量。轻松连用于监测调湿室温湿度。
数据用于记录滤膜调湿阶段的温湿度条件,为后续称量结果解释和质量控制提供环境依据。
研究测试了玻璃纤维滤膜、石英纤维滤膜和 PTFE O-ring 滤膜。
在测试条件下,机器人称量系统内温度和相对湿度变化对滤膜质量测量没有统计显著影响;机器人称量与手动称量结果具有统计一致性。
准确的滤膜重量法称量是 PM2.5 和 PM10 监测的基础。调湿阶段的温湿度记录有助于提升数据可追溯性、重复性和空气质量监测结果可信度。
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