大氣顆粒物檢測(cè)方法與發(fā)展淺析

趙伏俊

摘要：大氣環(huán)境的顆粒物是空氣的主要污染物之一，由于大氣顆粒物組成復(fù)雜和具有吸附功能，威脅著人體的健康。大氣顆粒物對(duì)于人們的生活質(zhì)量和全球氣候狀況都有著十分重大的影響，因此，本文主要研究了大氣顆粒物檢測(cè)的方法與發(fā)展進(jìn)行分析判斷大氣環(huán)境污染的程度，通過(guò)對(duì)于大氣顆粒物的檢測(cè)分析對(duì)大氣環(huán)境的治理凈化途徑。

關(guān)鍵詞：大氣顆粒物;檢測(cè)方法;濾膜稱重

1.大氣顆粒物檢測(cè)方法研究的必要性

隨著工業(yè)革命的推進(jìn)，大量的化石燃料被工業(yè)機(jī)器進(jìn)行開(kāi)采使用，化石燃料的使用在推動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)也對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。大氣顆粒物是大氣中存在的各種固體和液態(tài)顆粒狀物質(zhì)的總稱，大氣顆粒物可以劃分為一次污染物和二次污染物兩種類型，一次污染物主要是指天然污染源和人為污染源直接釋放到大氣中對(duì)于空氣造成的污染顆粒物，包括燃燒煙塵、土壤粒子等多種物質(zhì)。而二次污染物主要是指氣態(tài)污染物或者是氣態(tài)污染物和塵粒之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或光化學(xué)反應(yīng)所生成的物質(zhì)，如氮氧化物、二氧化硫轉(zhuǎn)化生成硫酸鹽等，相對(duì)于一次污染物來(lái)說(shuō)二次污染物的直徑更小。大氣顆粒物是空氣中最重要的污染物之一，大氣顆粒細(xì)物是空氣動(dòng)力學(xué)直徑2.5μm以下的細(xì)微顆粒物可以吸入肺部與肺部氣體進(jìn)行交換，鼻毛和呼吸道的絨毛對(duì)于這種大氣細(xì)顆粒物不能起到阻擋作用，導(dǎo)致大氣顆粒細(xì)粒進(jìn)入肺部，增大哮喘等呼吸道疾病患病概率，大氣顆粒物比表面積大，容易成為一些細(xì)菌、病毒的傳播載體，甚至?xí)?dǎo)致癌癥的發(fā)生。大氣顆粒物吸附重金屬在一定條件下容易形成強(qiáng)毒性金屬有機(jī)化合物，通過(guò)大氣顆粒物從人們的呼吸道進(jìn)入到人體造成對(duì)機(jī)體健康的損失。由于大氣顆粒物比較細(xì)微極其容易進(jìn)入人體呼吸道系統(tǒng)對(duì)人體的健康造成危害，并且大氣顆粒物的可沉降性差，大多漂浮在大氣環(huán)境中隨著氣流發(fā)生相對(duì)移動(dòng)造成較大范圍的空氣污染。近些年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)人們對(duì)于大氣環(huán)境越來(lái)越重視，我國(guó)大氣環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域隨著時(shí)代科技進(jìn)一步發(fā)展，大氣顆粒物檢測(cè)方法多種多樣，加強(qiáng)人們對(duì)于大氣顆粒物的相關(guān)認(rèn)識(shí)是非常必要的。

2.大氣顆粒物濃度的檢測(cè)方法

2.1大氣顆粒物質(zhì)量濃度檢測(cè)方法

氮?dú)忸w粒物質(zhì)量濃度檢測(cè)方法有濾膜稱重法、微量振蕩天平法、壓電晶體法、β射線衰減法、光散射法等多種監(jiān)測(cè)方法。其中濾膜稱重法是當(dāng)前最為基本的通用大氣顆粒物檢測(cè)方法，通常是利用氣泵對(duì)待測(cè)樣品氣體進(jìn)行一定流量的氣體抽取，對(duì)于抽取的氣體用特定的濾膜進(jìn)行濾膜前后質(zhì)量變化對(duì)比。濾膜稱重法由于受到其他因素干擾程度小，測(cè)量精度高，通常作為檢測(cè)顆粒物測(cè)量?jī)x器精準(zhǔn)的標(biāo)定方法，是國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定方法，但是因?yàn)檫@種方法的操作較為復(fù)雜，將截獲的大氣顆粒物利用天平稱取質(zhì)量計(jì)算顆粒物的質(zhì)量濃度，通常只用于大氣顆粒物單點(diǎn)，某時(shí)段的定期檢測(cè)。微量振蕩天平法是具有對(duì)大氣顆粒物質(zhì)量濃度檢測(cè)的精確度高實(shí)時(shí)性較好的檢測(cè)方法，這種方法通常是基于錐形元件震蕩微量天平的原理，客觀反映顆粒物的真實(shí)濃度是屬于重量法的檢測(cè)方法。微量振蕩天平法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、在維護(hù)過(guò)程中操作容易、市場(chǎng)價(jià)格低等多種特點(diǎn)可以滿足一般檢測(cè)的需求，但是對(duì)于一些較為特殊的環(huán)境檢測(cè)地點(diǎn)如潮濕地和污染嚴(yán)重的地區(qū)此種方法不建議使用。壓電晶體法是利用石英壓電晶體的一些特殊性能，將大氣顆粒物進(jìn)行沉降，利用產(chǎn)生與顆粒物質(zhì)量相應(yīng)的振蕩頻率。壓電晶體的實(shí)施振蕩頻率可以計(jì)算出通過(guò)振蕩頻率得到待測(cè)樣品中的大氣顆粒物質(zhì)量濃度。壓電晶體法對(duì)于大氣顆粒物是絕對(duì)質(zhì)量濃度的獲得，因此在結(jié)果精確度上較高，但是需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的清理和維護(hù)，對(duì)于壓電晶體上的灰塵要進(jìn)行及時(shí)清理否則會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)精度的測(cè)量結(jié)果造成影響。β射線衰減法是利用β射線衰減吸收的原理是將放射源14C發(fā)出的β粒子穿過(guò)一定厚度的濾紙β粒子被吸收，隨著大氣顆粒物的濃度升高，β粒子強(qiáng)度逐漸減弱。由于β射線衰減吸收法在測(cè)量過(guò)程中的衰減量值與顆粒物的質(zhì)量有關(guān)，對(duì)于顆粒物的顏色，形狀和化學(xué)成分等因素的變化不受到影響，因此在測(cè)量過(guò)程中操作簡(jiǎn)便，但是對(duì)于顆粒物的大小等一些其他數(shù)據(jù)參數(shù)的反饋無(wú)法進(jìn)行，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，再進(jìn)行采樣環(huán)境和顆粒物組分等一些因素干擾較大時(shí)無(wú)法對(duì)于測(cè)量的準(zhǔn)確度進(jìn)行提升改善。光散射法是在目前應(yīng)用最為廣泛的顆粒物檢測(cè)方法，這種方法在一定的條件下，光照在空氣的懸浮顆粒物時(shí)能夠產(chǎn)生散射光，基于Mie散射理論能夠?qū)τ诓ㄩL(zhǎng)和待測(cè)物直徑顆粒相似的情況下通過(guò)光散射量與待測(cè)顆粒的質(zhì)量成正比關(guān)系反映出所測(cè)的顆粒物大小。光散射法具有適用性廣泛、檢測(cè)速度快等多種優(yōu)良特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣顆粒物的在線檢測(cè)，是目前對(duì)空氣大氣顆粒物質(zhì)量濃度檢測(cè)的主要方法。但監(jiān)測(cè)的結(jié)果受大氣顆粒物顏色影響較大，在電氣設(shè)備中的通過(guò)對(duì)于光電采集、控制處理預(yù)警顯示和電源這四個(gè)板塊兒的數(shù)學(xué)模型和光路結(jié)構(gòu)優(yōu)化與完善的多種措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)于大氣顆粒物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2大氣顆粒物個(gè)數(shù)濃度檢測(cè)方法

大氣顆粒物個(gè)數(shù)濃度檢測(cè)方法主要有顯微鏡觀察法、氣溶膠靜電計(jì)、凝聚核測(cè)量器、法拉第杯法等多種測(cè)量方法。顯微鏡觀察法是大氣顆粒物個(gè)數(shù)濃度最基本的檢測(cè)方法，這種方法主要是借助濾膜顯微鏡計(jì)算和測(cè)量個(gè)數(shù)濃度，通過(guò)捕捉收集濾膜表面的微粒、讓濾膜在顯微鏡下成為透明體、觀察技術(shù)等具體應(yīng)用措施使顯微鏡觀察法的具體應(yīng)用方式，這種方法在測(cè)定過(guò)程中需要對(duì)特定的濾膜進(jìn)行氣體采集，對(duì)于采集氣體的濾膜進(jìn)行樣品制作，用顯微鏡對(duì)于粒子進(jìn)行觀察計(jì)數(shù)完成整個(gè)過(guò)程。但是顯微鏡觀察法在進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，檢測(cè)步驟比較復(fù)雜，并且測(cè)量周期較長(zhǎng)，在進(jìn)行顯微鏡觀察法的測(cè)量時(shí)人為干預(yù)結(jié)果的影響對(duì)最終數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)果的影響較大，導(dǎo)致最終的精確度往往較低。氣溶膠靜電計(jì)是國(guó)際公認(rèn)粒子計(jì)數(shù)最高的標(biāo)準(zhǔn)，它通常是帶有同種電荷的顆粒在氣流的推動(dòng)下進(jìn)入靜電計(jì)的法拉第杯室中，在法拉第杯適中形成電流回路，在回路的電流值與顆粒數(shù)量濃度關(guān)系進(jìn)行顆粒物的測(cè)量，這種方法在檢測(cè)過(guò)程中一定要確保檢測(cè)儀器的準(zhǔn)確性，在使用前要做好校準(zhǔn)工作，提高檢測(cè)效率。凝聚核測(cè)量器主要是有飽和段、冷凝段和光學(xué)單元構(gòu)成的一種常見(jiàn)的顆粒物計(jì)數(shù)裝置，凝聚核測(cè)量器是通過(guò)飽和蒸汽冷凝使樣品空氣的顆粒物表面附著層蒸汽，增大顆粒物體積后利用光折射方法對(duì)于大體積的顆粒物進(jìn)行個(gè)數(shù)濃度測(cè)量，達(dá)到對(duì)于細(xì)微顆粒物準(zhǔn)確測(cè)量的方式。

3.大氣顆粒物檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

伴隨著科技進(jìn)步，信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期，大氣顆粒物檢測(cè)技術(shù)受到新時(shí)代信息變化更迭的技術(shù)影響，未來(lái)的發(fā)展方向會(huì)朝著自動(dòng)化、智能化的發(fā)展方向，利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于大氣顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)的智能化信息發(fā)展，使大氣顆粒物檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際的檢測(cè)工作中可以呈現(xiàn)出集成化、高質(zhì)量的現(xiàn)代系統(tǒng)化特征。大氣顆粒物檢測(cè)技術(shù)會(huì)隨著時(shí)代的發(fā)展使大氣顆粒物檢測(cè)的范圍和檢測(cè)的領(lǐng)域擴(kuò)寬的越來(lái)越廣泛，在檢測(cè)的過(guò)程中不斷結(jié)合新時(shí)代信息技術(shù)降低人力發(fā)展成本，優(yōu)化檢測(cè)結(jié)構(gòu)和檢測(cè)技術(shù)，使大氣顆粒物檢測(cè)技術(shù)能夠被更為廣泛的應(yīng)用。

4.總結(jié)

大氣顆粒物是導(dǎo)致大氣環(huán)境不斷惡化的主要污染物，造成許多地區(qū)的霧霾天氣不斷，嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)生活，對(duì)人們的生命健康造成威脅。目前，我們可以通過(guò)對(duì)大氣顆粒物質(zhì)量濃度檢測(cè)或者對(duì)大氣顆粒物個(gè)數(shù)濃度檢測(cè)等多種方法間接反應(yīng)環(huán)境污染程度，通過(guò)監(jiān)測(cè)的大氣顆粒物含量的參考數(shù)據(jù)分析對(duì)于環(huán)境治理提出更為切合實(shí)際的治理方法，通過(guò)科學(xué)決策有效改變大氣污染情況。

參考文獻(xiàn)：

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