劉震

【摘 要】經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度過快，造成了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，一些污染的防治也處于初級階段，環(huán)境質(zhì)量不太樂觀，大氣污染仍然較為嚴(yán)重。大氣顆粒物理化特性的在線監(jiān)測能根據(jù)國家環(huán)境空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布空氣狀況，也能掌握大氣顆粒物的特點(diǎn)。論文闡述了常見的集中大氣顆粒物理化特性在線監(jiān)測技術(shù)，為后續(xù)大氣污染的控制工作提供必要的參考。

【Abstract】The speed of economic development is too high， resulting in irrational industrial structure， and some prevention and control of pollution is also in the initial stage， the quality of the environment is not optimistic， the air pollution is still relatively serious. The on-line monitoring of the physical characteristics of atmospheric particles can release air conditions according to the national standard of ambient air quality， and also can grasp the characteristics of atmospheric particulates. This paper expounds the common on-line monitoring technique of the physical characteristics of concentrated atmospheric particles， which provides the necessary reference for the control of atmospheric pollution in the future.

【關(guān)鍵詞】大氣顆粒物；質(zhì)量濃度；化學(xué)組成；在線監(jiān)測

【Keywords】atmospheric particulates； mass concentration； chemical composition； on-line monitoring

【中圖分類號】P414 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）07-0136-02

1 粒徑切割與分級技術(shù)

常見的粒徑包括了空氣動力學(xué)粒徑、遷移粒徑和光學(xué)粒徑。在離心力原理的指導(dǎo)下，借助旋風(fēng)分離器切割顆粒物，顆粒粒徑的沖擊慣性不同，在沖擊原理的指導(dǎo)下，得到不同切割粒徑的顆粒物，最后通過電遷移粒徑篩分儀。粒徑的電遷移性和氣體性質(zhì)、電荷、尺寸等相關(guān)，不過和密度這一參數(shù)無關(guān)，在層流影響下，能篩選不同粒徑的顆粒物，這一方式主要在超細(xì)顆粒物離線采樣中加以應(yīng)用。在一定的波長激光影響下，顆粒物的屬性有所不同，反演得到顆粒物的粒徑，對其進(jìn)行篩分，確定粒徑的分布，這也是分級技術(shù)的體現(xiàn)。

2 物理特性在線監(jiān)測技術(shù)

2.1 質(zhì)量濃度

微震蕩天平法借助微量震蕩天平原理，讓錐形元件在特定流量環(huán)境下震蕩，分析其物理特性和各項(xiàng)質(zhì)量參數(shù)。通過采樣泵和質(zhì)量流量計(jì)讓流量恒定，在固定時(shí)間間隔內(nèi)測量震蕩頻率，能計(jì)算相應(yīng)的顆粒物含量，確定顆粒物濃度。這種方式的準(zhǔn)確性會受到多種因素的影響，在具體使用的時(shí)候，需要借助補(bǔ)償模塊，補(bǔ)償易揮發(fā)顆粒物組分質(zhì)量。

β射線法能借助β射線測量顆粒物的質(zhì)量濃度，通過顆粒物時(shí)β射線會被吸收掉，在能量不變的前提下，被吸收的β射線量就是顆粒物的質(zhì)量。在測量過程中，借助切割器，negative將顆粒物集中在濾膜上，測量β射線的透過強(qiáng)度，計(jì)算空氣中顆粒物質(zhì)量濃度。β射線屬于低能射線，安全性能較高，而且半衰期時(shí)間較長，穩(wěn)定性較好。

光散射法測量質(zhì)量是在微粒散射的基礎(chǔ)上進(jìn)行測量的，光在通過顆粒物的過程中，會展現(xiàn)出光能衰減的狀態(tài)，這樣就可以衡量光波長或者顆粒的質(zhì)量。光散射法的光源較多，在切割器的配合下，可以測量可吸入顆粒物和細(xì)顆粒物濃度。

2.2 數(shù)濃度

借助空氣動力學(xué)顆粒物數(shù)譜儀可以加速氣溶膠的采樣氣流，不同粒徑的顆粒在慣性的作用下產(chǎn)生的加速度，通過檢測器的時(shí)間也會有細(xì)微的差別，通過測量這一差別，與顆粒物的粒徑進(jìn)行對應(yīng)，確定大氣顆粒物濃度，目前我國的精密機(jī)械研究所也研究出了此類儀器，逐漸投入使用。

顆粒物光學(xué)計(jì)數(shù)器主要是測量單個(gè)顆粒物，通過散射光線數(shù)量確定粒徑大小，光線轉(zhuǎn)化為電信號，確定顆粒物的尺寸分布，利用這種方式能監(jiān)測大氣顆粒物的粒徑和數(shù)濃度。測量過程中，大氣顆粒物的光學(xué)性質(zhì)直接影響到測量結(jié)果，目前我國已經(jīng)研發(fā)出了相應(yīng)的光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器。

顆粒物凝結(jié)計(jì)數(shù)器能監(jiān)測特定粒徑范圍內(nèi)的所有大氣顆粒物數(shù)濃度，大氣顆粒物通過蒸汽云霧室后進(jìn)入到冷凝室，在短時(shí)間內(nèi)顆粒物迅速生長，能被激光檢測出來，通過激光束脈沖就可以測量大氣顆粒物的個(gè)數(shù)，由于冷凝液的溫度控制較為困難，以致操作過程變得更加復(fù)雜。

法拉第筒靜電顆粒物計(jì)數(shù)器能讓粒徑在分級后進(jìn)入法拉第筒內(nèi)，然后進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，這一方法并不需要控制溫度，也不會受到大氣顆粒物的粒徑限制，只會受到篩分儀的影響。

2.3 吸濕性和揮發(fā)性

吸濕性和揮發(fā)性的在線監(jiān)測可以測量特定狀態(tài)下氣溶膠性質(zhì)，在不同濕度下的增長情況、揮發(fā)性。大氣顆粒物樣品首先經(jīng)過篩選，在濕化器中長大，顆粒物發(fā)生潮解，然后進(jìn)行分級處理，展現(xiàn)不同的吸濕性。這一系統(tǒng)流量和相對濕度會在傳感器的調(diào)解下保持穩(wěn)定。

3 化學(xué)組分在線測量技術(shù)

3.1 直接測量

借助陰陽離子色譜進(jìn)行在線分析，樣品進(jìn)入到監(jiān)測裝置之前，分離酸堿性的氣態(tài)污染物，然后進(jìn)行擴(kuò)散分離，氣體分子和顆粒物本身的慣性和擴(kuò)散性都有著較大的差異，氣溶膠會被液化收集起來，然后得到大氣顆粒物的濃度。這一方式在在線監(jiān)測中不僅可以監(jiān)測大氣顆粒物的濃度，也能監(jiān)測其他污染氣體濃度，監(jiān)測效果較好。

光熱法測量碳含量，將大氣顆粒物樣品采集之后，借助石英濾膜來讓其升溫?fù)]發(fā)，然后在混合環(huán)境中升溫處理，之后分解為氣態(tài)氧化物，收集定量監(jiān)測，光的強(qiáng)度發(fā)生變化，透射光也會相應(yīng)改變。

在氣溶膠光吸收特性不同的基礎(chǔ)上，借助炭黑監(jiān)測儀中的光度計(jì)，來測量反射效果，確定顆粒物對光的吸收和散射狀態(tài)。充分考慮發(fā)射遷移理論，顆粒物氣溶膠內(nèi)部會發(fā)生多級反射，確定最終濃度。同樣也可以通過激光、白熾光等方式，強(qiáng)光照射炭黑升溫，然后發(fā)光，顆粒物通過其中，計(jì)算光頻率、強(qiáng)度、散射等多種參數(shù)，最終確定大氣顆粒物濃度。

在線質(zhì)譜儀是對大氣顆粒物進(jìn)行監(jiān)測的重要方式，借助氣溶膠質(zhì)譜儀將大氣顆粒物進(jìn)行聚焦處理，成為粒子束，進(jìn)入到高真空艙，泵的流速不同，在特定的條件下，可以發(fā)揮其揮發(fā)性，然后在高能電子的作用下改變狀態(tài)，從而根據(jù)其質(zhì)譜分析化學(xué)成分。在空氣動力學(xué)的指導(dǎo)下，粒徑通過顆粒物的時(shí)間不同，相應(yīng)的化學(xué)組成成分也會有所差別，一般都可以對大氣顆粒物進(jìn)行在線監(jiān)測，測量顆粒物的化學(xué)成分。通過實(shí)踐應(yīng)用效果也可以看出，這一技術(shù)能將大氣顆粒物進(jìn)行沉降、熱分解、碰撞等多方面處理，借助質(zhì)譜來分析顆粒物的成分，分級之后也能更容易量出濃度，時(shí)間分辨率較高。

3.2 間接推測

分析大氣顆粒物本身的理化特性，包括吸濕性、揮發(fā)性、增長因子等，能間接推斷出細(xì)顆粒物的化學(xué)組成。根據(jù)大氣顆粒物樣本的增長因子與實(shí)驗(yàn)室中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對比分析，確定大氣顆粒物的化學(xué)成分。

3.3 單顆粒理化特性監(jiān)測

單顆粒理化特性在線檢測主要是在單顆粒飛行時(shí)間質(zhì)譜的指導(dǎo)下，借助空氣力學(xué)理論，雙光束照射氣溶膠，確定大氣顆粒物濃度，然后利用質(zhì)譜原理確定顆粒物的分子組成和分子量。借助這一方式，也生產(chǎn)了相關(guān)的儀器，實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)作。

單顆粒炭黑光度計(jì)能測量顆粒物中的炭黑質(zhì)量濃度和粒徑分布，借助強(qiáng)光照射升溫汽化，發(fā)生白熾光，然后分析輻射強(qiáng)度，確定炭黑含量，最終得到炭黑濃度，這一方式測量的大氣顆粒物濃度，靈敏度較高，測量結(jié)果準(zhǔn)確，而且監(jiān)測速度較快。

4 結(jié)語

綜上所述，監(jiān)測大氣顆粒物的理化特性，能更好地測量大氣顆粒物濃度，以便能針對性地制定相應(yīng)的控制手段緩解環(huán)境問題。目前國際中常用的是光散射法和β射線法相結(jié)合來在線監(jiān)測大氣顆粒物濃度。國內(nèi)對數(shù)濃度及其粒徑譜分布監(jiān)測還處于初期發(fā)展階段，個(gè)別單位研發(fā)的設(shè)備得到了較好的科技成果，但是還沒有推廣。發(fā)展前景較好的方式為在線離子譜測量，技術(shù)較為成熟，可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

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