細(xì)顆粒物（PM 2.5）在環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)中的方法對(duì)比與應(yīng)用

胡亞琛

（湖南省益陽(yáng)市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 湖南益陽(yáng) 413000）

最近幾年，“灰霾”和“霧霾”天氣在我國(guó)部分地區(qū)出現(xiàn)頻率越來越高，空氣污染也越來越嚴(yán)重。細(xì)顆粒物（PM2.5）是指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm的顆粒物。依規(guī)和準(zhǔn)確細(xì)顆粒物（PM2.5）連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)新生事物，既為全面實(shí)施《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）提供了第一手材料，也為廣大人民群眾感同身受環(huán)境空氣質(zhì)量提供科學(xué)技術(shù)依據(jù)，具有重要而現(xiàn)實(shí)意義。

1 常用監(jiān)測(cè)方法

1.1 β射線法

β射線法是環(huán)境空氣顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)推薦的一種主要方法。同位素放射物（C14）放射出β粒子，當(dāng)β粒子穿透一定厚度的測(cè)量顆粒物時(shí)，其強(qiáng)度隨吸收厚度增加而逐漸衰減（即β吸收）。測(cè)量時(shí)，抽氣泵以恒定流量（16.7L/min）抽取被測(cè)空氣，經(jīng)過顆粒物（TSP、PM10和PM2.5）切割器后，空氣動(dòng)力學(xué)粒徑大于特定粒徑的顆粒（TSP或PM10）被截留到切割器中，細(xì)顆粒物（PM2.5）則留在氣流中，并最終沉積在紙帶上，通過分析細(xì)顆粒物（PM2.5）沉積前后的β射線強(qiáng)度變化就可以得到細(xì)顆粒物濃度。若采樣空氣流速為Q，濾紙沒有或者已經(jīng)吸附細(xì)顆粒物（PM2.5）時(shí)的β粒子計(jì)數(shù)值分別為（I0）或I，濾紙上細(xì)顆粒物（PM2.5）沉積區(qū)面積為A，采樣時(shí)間為△t,μm為質(zhì)量吸收系數(shù)或質(zhì)量衰減系數(shù)（單位為cm2/mg），Xm為質(zhì)量厚度（單位為mg/cm2，則測(cè)量得到細(xì)顆粒物（PM2.5） 濃度 C（單位為 mg/m3） 。

1.2 對(duì)比天平振蕩法

振蕩天平法，是通過石英振蕩桿負(fù)重的變化，了解振蕩頻率的變化情況，并以此為依據(jù)對(duì)顆粒物濃度進(jìn)行計(jì)算的一種監(jiān)測(cè)方法。就目前情況來看，市場(chǎng)上使用天平振蕩法的儀器，能夠同時(shí)提供顆粒物（TSP、PM10和PM2.5）分鐘級(jí)高時(shí)間分辨率的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可連接氣象設(shè)備，同時(shí)提供相應(yīng)的氣象參數(shù)，但儀器體積較大，采樣氣路復(fù)雜，采樣管只能部分加熱，隨著空氣濕度增加，在監(jiān)測(cè)中容易出現(xiàn)負(fù)值，對(duì)操作人員的維護(hù)水平有較高要求。

而β射線法的基本原理是分析顆粒物對(duì)β射線產(chǎn)生的吸收強(qiáng)度，在顆粒物吸附于濾紙帶表面時(shí)，以采樣測(cè)量前后β射線的強(qiáng)度變化為依據(jù)，利用蓋革計(jì)數(shù)器計(jì)算顆粒物濃度。該儀器控制單元和測(cè)量單元一體化，體積較小，采樣管自帶加熱裝置，適合在空氣濕度較大的地方使用。但該方法需要顆粒物切割器，不能同時(shí)監(jiān)測(cè)TSP、PM10和PM2.5，更適合在條件簡(jiǎn)單和空氣濕度較大的地方使用。

2 應(yīng)用情況

2.1 國(guó)外

由歐盟在2008年發(fā)布的有關(guān)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的報(bào)告可以了解到，在27個(gè)成員國(guó)中，細(xì)顆粒物（PM2.5）的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)有518個(gè)，其中使用β射線法的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)有186個(gè)，使用振蕩天平法的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)有56個(gè)，而使用振蕩天平法與膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)聯(lián)用方法的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)有105個(gè)。這三種方法的使用率分別為35%、10%、19%。另外的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)使用的監(jiān)測(cè)方法為重量法和其他方法。

2.2 國(guó)內(nèi)

從2007年開始，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站開始組織監(jiān)測(cè)試點(diǎn)單位，最早的9個(gè)試點(diǎn)城市為上海、天津、廣東、重慶、南京、寧波、蘇州、廣州和深圳。而較大范圍的試點(diǎn)監(jiān)測(cè)工作開始于2011年，全國(guó)有26個(gè)城市參與環(huán)保部的組織活動(dòng)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有TSP、鉛和苯并[a]芘手工監(jiān)測(cè)以及細(xì)顆粒物（PM2.5）自動(dòng)監(jiān)測(cè)。在我國(guó)113個(gè)重點(diǎn)環(huán)保城市中，僅50個(gè)城市有細(xì)顆粒物（PM2.5）監(jiān)測(cè)能力，有監(jiān)測(cè)設(shè)備近100臺(tái)，主要分布在東部相對(duì)發(fā)達(dá)的城市。

2.3 益陽(yáng)市

益陽(yáng)市地處湖南省中部和洞庭湖有腹地，是長(zhǎng)株潭“3+5”城市群之一，目前共有11個(gè)環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，其中中心城區(qū)有5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。益陽(yáng)市中心城區(qū)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)始于1982年，1996年國(guó)家修訂了《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-1996）》，采用手工采樣和實(shí)驗(yàn)室分析，從2003年起，該市逐步將5個(gè)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位升級(jí)改造為環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，其中2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位采用河北先河環(huán)境設(shè)備公司儀器設(shè)備，3個(gè)空氣站采用湖北武漢宇虹環(huán)保設(shè)備公司儀器設(shè)備，監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)為二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和可吸入顆粒物（PM10）等3項(xiàng)。2014年，該市5個(gè)空氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)位均列入國(guó)家重點(diǎn)投資建設(shè)的129個(gè)城市381個(gè)點(diǎn)位之中，增加了細(xì)顆粒物（PM2.5）、臭氧（O3）和一氧化碳（CO）等 3 項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，而細(xì)顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)均使用β射線法原理。

3 結(jié)語(yǔ)

β射線法作為一種細(xì)顆粒物（PM2.5）自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，在國(guó)內(nèi)外都比較常用。根據(jù)監(jiān)測(cè)儀器認(rèn)證結(jié)果可知，β射線法與動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)的聯(lián)用、β射線法與動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)和光散射法聯(lián)用、天平振蕩法與膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的聯(lián)用，更能滿足細(xì)顆粒物（PM2.5）的監(jiān)測(cè)要求。

[1]但德忠.環(huán)境空氣PM2.5監(jiān)測(cè)技術(shù)及其可比性研究進(jìn)展[J].中國(guó)測(cè)試，2013，02:1-5.

[2]解淑艷，王曉彥，吳迓名，潘本鋒，李亮，杜麗，包權(quán)，崔虎雄，劉冰,汪巍，王帥.環(huán)境空氣中PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法比較及應(yīng)用[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2013，02:150-155.