汪 雨 劉 聰 陳舜琮

北京市理化分析測(cè)試中心

PM2.5監(jiān)測(cè)方法的討論

汪 雨 劉 聰 陳舜琮

北京市理化分析測(cè)試中心

本文主要對(duì)目前我國(guó)細(xì)顆粒物PM2.5監(jiān)測(cè)的重量法、微量振蕩天平法及β射線(xiàn)法等三種標(biāo)準(zhǔn)方法，以及非標(biāo)準(zhǔn)的光散射方法原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。

1 現(xiàn)狀分析

近年來(lái)，我國(guó)部分地區(qū)“霧霾”、“灰霾”天氣日益顯著，如2014年初北京地區(qū)出現(xiàn)了持續(xù)將近一周的嚴(yán)重“霧霾”天氣。環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)出現(xiàn)“霧霾”及“灰霾”天氣時(shí)，空氣中顆粒物濃度顯著增高，因此，空氣中顆粒物濃度是造成“霧霾”及“灰霾”天氣的重要原因。各種研究結(jié)果表明：細(xì)顆粒物PM2.5對(duì)人體健康危害較大，它可以通過(guò)進(jìn)入人體的肺泡和血液中，造成呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)的多種疾病。同時(shí)，顆粒物上可能附著的病菌等病原物也能擴(kuò)大各類(lèi)流行病的傳播。因此通過(guò)對(duì)細(xì)顆粒物PM2.5監(jiān)測(cè)，可為公眾采取有效防護(hù)措施和應(yīng)對(duì)方法提供參考和依據(jù)，從而進(jìn)一步降低“霧霾”、“灰霾”天氣對(duì)公眾人體健康的危害。

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 3095-2012環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)細(xì)顆粒物PM2.5的定義為：“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（particulate matter），也稱(chēng)細(xì)顆粒物”。同時(shí)該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)空氣中細(xì)顆粒物PM2.5濃度限值也進(jìn)行了明確：24小時(shí)平均濃度一級(jí)為35μg/m3、二級(jí)為70μg/m3，年平均濃度一級(jí)為15μg/m3、二級(jí)為35μg/m3。目前我國(guó)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)細(xì)顆粒物PM2.5的方法主要可以分為標(biāo)準(zhǔn)方法和非標(biāo)準(zhǔn)方法。

2 PM2.5檢測(cè)及監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法

《GB 3095-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)細(xì)顆粒物PM2.5的分析方法分為手工和自動(dòng)分析方法。該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定手工分析方法為重量法，自動(dòng)分析方法為微量振蕩天平法、β射線(xiàn)法。

2.1 重量法（濾膜稱(chēng)重法）

重量法在《HJ 618-2011 環(huán)境空氣 PM10和PM2.5的測(cè)定 重量法》中的分析流程為：通過(guò)具有一定切割特性的采樣器，以恒速抽取定量體積空氣，使環(huán)境空氣中PM2.5被截留在已知質(zhì)量的濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的重量差和采樣體積，計(jì)算細(xì)顆粒物PM2.5濃度。

重量法是目前檢測(cè)測(cè)定細(xì)顆粒物PM2.5較為簡(jiǎn)單、可靠的方法，而且還可以用于進(jìn)一步分析細(xì)顆粒物PM2.5的具體化學(xué)成分，因此其在環(huán)保研究領(lǐng)域具有重要的作用。但重量法的局限性在于不能實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)、時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2 微量振蕩天平法（TEOM微量振蕩天平法）

微量振蕩天平法工作原理是在質(zhì)量傳感器內(nèi)使用一個(gè)振蕩空心錐形管，在空心錐形管振蕩端上安放可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特性和它的質(zhì)量。當(dāng)采樣氣流經(jīng)具有一定切割特性的采樣器通過(guò)濾膜，其中的細(xì)顆粒物PM2.5沉積在濾膜上，濾膜質(zhì)量變化導(dǎo)致振蕩頻率變化，通過(guò)測(cè)量振蕩頻率的變化計(jì)算出沉積在濾膜上細(xì)顆粒物PM2.5的質(zhì)量，再根據(jù)采樣流量、采樣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度和氣壓計(jì)算出該時(shí)段的細(xì)顆粒物PM2.5標(biāo)態(tài)質(zhì)量濃度，相關(guān)儀器示意圖，如下圖。

該方法可以進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，但由于需要進(jìn)行加熱消除濕度的影響，因此會(huì)損失部分不穩(wěn)定的半揮發(fā)性物質(zhì)?！禜J 655-2013 環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝和驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》對(duì)微量振蕩天平法的相關(guān)具體要求進(jìn)行了明確的規(guī)定。目前我國(guó)很多環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)都使用了該方法進(jìn)行細(xì)顆粒物PM2.5的連續(xù)監(jiān)測(cè)。

圖1 TEOM 大氣顆粒物分析儀結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 β射線(xiàn)法（β射線(xiàn)吸收法）

β射線(xiàn)法是利用β射線(xiàn)衰減量測(cè)試采樣期間增加的細(xì)顆粒物PM2.5的質(zhì)量。環(huán)境空氣由采樣泵吸入采樣管后，經(jīng)具有一定切割特性的采樣器通過(guò)濾膜后排出，細(xì)顆粒物PM2.5沉淀在采樣濾膜上，當(dāng)β射線(xiàn)通過(guò)沉積著細(xì)顆粒物PM2.5的濾膜時(shí)β射線(xiàn)能量衰減，通過(guò)對(duì)衰減量的測(cè)定計(jì)算出細(xì)顆粒物PM2.5的濃度?！禜J 655-2013 環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝和驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》對(duì)β射線(xiàn)法的相關(guān)具體要求進(jìn)行了明確的規(guī)定。

β射線(xiàn)法也是目前我國(guó)很多環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)使用的方法，北京的美國(guó)大使館也是使用該方法進(jìn)行細(xì)顆粒物PM2.5的監(jiān)測(cè)。

3 PM2.5檢測(cè)及監(jiān)測(cè)的非標(biāo)準(zhǔn)方法

目前我國(guó)除了以上三種細(xì)顆粒物PM2.5的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法外，還有使用較廣的非標(biāo)準(zhǔn)方法，其中應(yīng)用最多的是光散射法（激光粒度法）。該方法主要原理是：空氣中細(xì)顆粒物PM2.5對(duì)通過(guò)其中的光具有散射效果，而散射光的強(qiáng)度與細(xì)顆粒物PM2.5濃度存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過(guò)測(cè)定光的散射強(qiáng)度就可以計(jì)算出細(xì)顆粒物PM2.5的濃度。同樣，當(dāng)使用該方法測(cè)定時(shí)，也需要將定空氣通過(guò)具有一定切割特性的采樣器進(jìn)行細(xì)顆粒物PM2.5的分割。

目前，市場(chǎng)上已有基于光散射原理的測(cè)定細(xì)顆粒物PM2.5的商品儀器，同時(shí)還有很多基于以上原理的家用式PM2.5監(jiān)測(cè)儀。該方法可作為現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法的有益補(bǔ)充，但其存在的主要缺點(diǎn)是顆粒物自身的性質(zhì)（如形狀、粒徑分布等）、濕度等都對(duì)測(cè)定結(jié)果有顯著的影響。

4 總結(jié)

以上的4種方法是細(xì)顆粒物PM2.5監(jiān)測(cè)的主要方法，其發(fā)揮了重要的作用。當(dāng)前，“霧霾”、“灰霾”天氣已經(jīng)成為影響人們生活的一個(gè)重要因素，對(duì)細(xì)顆粒物PM2.5的監(jiān)測(cè)畢竟是最無(wú)奈的選擇，如何有效治理細(xì)顆粒物PM2.5才是解決問(wèn)題的根本。