大氣環(huán)境中PM2.5的監(jiān)測技術(shù)研究進(jìn)展

■邱金發(fā)

（常州市金壇區(qū)環(huán)境監(jiān)測站江蘇常州213200）

大氣環(huán)境中PM2.5的監(jiān)測技術(shù)研究進(jìn)展

■邱金發(fā)

（常州市金壇區(qū)環(huán)境監(jiān)測站江蘇常州213200）

由于大氣顆粒PM2.5對人體健康有著巨大的傷害，所以對PM2.5質(zhì)量濃度的監(jiān)測是勢在必行。本文首先從PM2.5的定義出發(fā)，總結(jié)了國內(nèi)外監(jiān)測現(xiàn)狀，同時(shí)對PM2.5的監(jiān)測技術(shù)方法進(jìn)行了匯總，最后進(jìn)行了總結(jié)與展望。

PM2.5監(jiān)測監(jiān)測技術(shù)

改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，環(huán)境的污染與破壞等問題也隨之而來。由PM2.5所引起的區(qū)域性大氣污染問題日趨嚴(yán)重，這些都嚴(yán)重影響著人們的身體健康與生活，甚至?xí)绊懙缴鐣目沙掷m(xù)發(fā)展以及和諧發(fā)展［1］。所以，各國都加大對PM2.5的研究，同時(shí)我國也在不斷的加深對PM2.5的監(jiān)測研究。

1　PM2.5的定義

污染物顆粒的大小是粒子非常重要的性質(zhì)，同時(shí)也是粒子劃分的重要依據(jù)。顆粒直徑小于或等于10.0 μm被稱之為PM10，顆粒直徑小于或等于2.5 μm被稱之為PM2.5；由于大的顆粒物很容易被人體攔截，而小的顆粒物如PM2.5，不容易被人體攔截，從而被吸入肺中，因此PM2.5也可被稱之為可入肺顆粒物。PM2.5顆粒的主要來源于人為排放，如煤、汽油、柴油、秸稈、木柴等燃燒后產(chǎn)生了二氧化硫、氮氧化物、氨氣和揮發(fā)性有機(jī)物，這些廢氣沒有經(jīng)過處理，直接排放到空氣中，從而導(dǎo)致了PM2.5顆粒的增加。另外，PM2.5也來源工業(yè)粉塵、道路揚(yáng)塵、建筑施工揚(yáng)塵等等。這些污染因子的直接排放，同樣會對人體造成很大的傷害［2］。

2　國內(nèi)外監(jiān)測現(xiàn)狀

從國際上來說，PM2.5有世衛(wèi)組織的指導(dǎo)值，同時(shí)還有美國的標(biāo)準(zhǔn)。但是這些數(shù)據(jù)主要是來源于美國兩個(gè)非常經(jīng)典的案例研究，一個(gè)是哈佛六城市研究，另外一個(gè)是美國癌癥協(xié)會（ACS）研究。美國癌癥協(xié)會研究人員將研究對象進(jìn)一步擴(kuò)大到50萬人，同樣進(jìn)行長達(dá)16年跟蹤觀測，收集他們的死亡原因風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)后他們發(fā)現(xiàn)空氣中的PM2.5每增加10μg/m3，因肺疾的死亡率提升了6%，因肺癌的死亡率提升了8%。基于以上原因，各國對PM2.5開始重視起來，加大了對PM2.5研究與控制［3］。

3　PM2.5的監(jiān)測技術(shù)方法

現(xiàn)在通用的測定PM2.5的方式有兩種，一種是手工重量法；另外一種就是自動(dòng)監(jiān)測法。由于PM2.5粒子大小非常小，所以相比其它大顆粒，其監(jiān)測難度更大，只有為數(shù)不多的幾種儀器得到了大家的一致認(rèn)可。

3.1重量法

重量法的原理主要是通過算出顆粒物的質(zhì)量，再除以采集的空氣體積，從而計(jì)算出濃度。而要算出顆粒物的質(zhì)量，就是對空氣進(jìn)行采集與抽取，經(jīng)切割器處理，PM2.5顆粒被截留在特制的石英或PTFE濾膜上，然后稱取前后的膜重量，從而算出顆粒物的重量。重量法是目前公認(rèn)的最準(zhǔn)確的測定PM2.5的方法。在2001年11月1日，我國發(fā)布了《環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》，對重量法進(jìn)行了規(guī)范。當(dāng)然重量法有準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有其缺點(diǎn)，最大的缺點(diǎn)就是需要手動(dòng)操作，檢測時(shí)間較長，不具實(shí)時(shí)性，結(jié)果具有滯后性。因此，該方法不能對大氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，只局限于單點(diǎn)的、特定時(shí)間段內(nèi)的監(jiān)測。

3.2光散射法

依據(jù)Mie散射理論，不同的顆粒的濃度，被光照后所散射的光的強(qiáng)度不同，顆粒物的散射光強(qiáng)度又與顆粒物質(zhì)量成正比，因而可以通過處理不同強(qiáng)度信號，從而計(jì)算出不同的顆粒物濃度。依據(jù)此理論，顆粒物的粒徑以及光波長，在一定的溫度與濕度下，都會影響散射光的強(qiáng)度。但是這種方法的缺點(diǎn)在于光散射強(qiáng)度受太多種因素的干擾，如光的折射性，推帶電荷，形狀結(jié)構(gòu)以及顆粒的重疊性，因此在實(shí)際應(yīng)用中，比較少單獨(dú)使用，一般是配合其它方法一起監(jiān)測使用。

3.3β-射線法

該法包括β+DHS及β+DHS+光散射，它的主要原理是采集氣體，經(jīng)過切割處理，大顆粒物質(zhì)被截留，其余符合要求的會繼續(xù)通過采樣管，然后通過DHS來加熱氣體，控制濕度在35%以下，氣體進(jìn)入主機(jī)后，落在濾膜上，該濾膜可以自動(dòng)更換，濾膜的上下兩側(cè)分別裝有14C放射源（β射線）和閃爍體計(jì)數(shù)器，通過前后β射線的衰減量推算出顆粒物的濃度。有時(shí)候該方法會與光散射的方法聯(lián)用即β+DHS+光散射。

3.4微量振蕩天平加膜動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)方法（TEOM+FDMS）

該計(jì)術(shù)起源于美國，它的主要原理是通過測量頻率的變化，從而計(jì)算出采集樣品的質(zhì)量，從而推算出該段時(shí)間內(nèi)質(zhì)量濃度。由于空氣中水分對濾膜的重量有較大的影響，采樣管需加熱以維持較為穩(wěn)定的濕度環(huán)境，但是這會造成測量空氣中揮發(fā)和半揮發(fā)性顆粒物的損失，因此微量振蕩天平法為了減小誤差，補(bǔ)償檢測值，需要配置濾膜動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)。該方法的缺點(diǎn)主要在于微量振蕩天平法膜動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)（FDMS）的關(guān)鍵部件是滲透膜標(biāo)準(zhǔn)件，這個(gè)部件的功能主要是通過冷凝并分離的方法來采集空氣的水分。

3.5壓電晶振頻差法

它的主要工作原理是顆粒物通過切割器后，再進(jìn)入靜電采樣器，在高壓電暈的作用下，顆粒物被收集到了石英諧振器的電極表面，導(dǎo)致電極表面質(zhì)量增加，進(jìn)而引起晶體振蕩頻率的變化，通過測量顆粒物質(zhì)量增加前后的晶體振蕩頻差，結(jié)合總氣體的體積，從而算出PM2.5的濃度。它的缺點(diǎn)就是石英諧振器對運(yùn)行環(huán)境的要求比較高，需要經(jīng)常清洗，由于石英諧振器對運(yùn)行環(huán)境的要求比較高，需要經(jīng)常清洗，因此，應(yīng)用也不是很廣泛。

4　總結(jié)與展望

我國有關(guān)細(xì)粒子的監(jiān)測和研究方面起步較晚，所以需要研制適合我國國情的PM2.5監(jiān)測設(shè)備及技術(shù)，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法及規(guī)范，建立相關(guān)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以滿足環(huán)境保護(hù)的迫切需要。

［1］柴發(fā)合，王曉，羅宏．美國于歐盟關(guān)于PM2.5和臭氧的監(jiān)管政策述評 ［J］.環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，3（1）：46-52.

［2］傅敏寧，鄭有飛，徐星生，等．PM2.5監(jiān)測及評價(jià)研究進(jìn)展 ［J］．氣象與減災(zāi)研究，2011，34（4）：1-6.

［3］Tim Hanley，Ambient Air Monitoring Group，PM2.5 Monitoring in the U.S.［R］October 20，2011.

X831［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-485-1