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PM2.51、雾霾（含PM2.5）国内外研究现状、水平2、研究方法：采样、分析测试（化学、电镜等）评价方法3、形成机理研究现状、研究方法4、光化学反应研究、实验方法PM2.5的化学物种采样与分析方法定义:PM2.5是指空气动力学直径小于或等于2.5μm的大气颗粒物。滤膜采样器的主要部件,包括粒径切割器、常用滤膜、滤膜支撑垫以及采样流量的测量与控制装置等。气溶胶的物理化学性质(如总粒数浓度、云凝结核浓度、光学系数、密度和平衡态含水量等)、特定粒径颗粒物的化学成分。成分:PM2.5主要包括含碳组分、水溶性离子物种以及无机多元素,其中既有性质稳定的组分,也有半挥发性成分,包括硝酸铵、半挥发性有机物(SVOCs)和水蒸气(H2O)PM2.5中的许多无机物质(如水溶性组分2-4SO、-3NO、+4NH和其它无机离子)以及部分有机物在大气中具有吸湿性。虽然有一些研究尝试采用不同的技术与方法(如微波共振、热力学模拟等)对气溶胶中的含水量进行测量或计算,但目前尚无可靠的技术对大气颗粒物中的含水量进行直接(化学)测量,因此在采样中通常未对H2O的含量变化加以考虑。PM2.5中半挥发性无机组分(主要是硝酸铵)在采样过程中的吸附与挥发问题得到成功解决,而在SVOCs的采样误差问题上迄今尚未形成统一的认识,有关的采样技术仍在发展之中。温度、压力和相对湿度等均对NH4NO3的热力学平衡有影响,其中温度的影响最大:当温度低于15℃时,NH4NO3主要以颗粒物的形式存在;当气温高于30℃时,NH4NO3主要以气态HNO3和NH3的形式存在。因此,采样过程中温度与压力的变化均可改变NH4NO3的分配平衡。硝酸铵采样:在采样器的切割器之后设置扩散溶蚀器(Diffusiondenuder)吸收气流中的气态硝酸与NOx以消除其与Teflon滤膜上所捕集的颗粒物反应,同时在Teflon滤膜之后设置一张尼龙滤膜以吸收从Teflon膜的颗粒物中挥发的硝酸盐离子.有机碳(OC)的采样:研究认为石英膜与所捕集的颗粒物对有机气体的吸附是主要的,如果不对收集在石英滤膜上的气相成分加以修正,则所测得的碳质颗粒物的含量存在正偏差.通常在第一个石英膜后再串联一个后置石英膜或在另一个平行的端口设置一个Teflon膜和一个后置石英膜来进行修正。该方法假定前置与后置石英膜吸附的有机气体量相同,并且由于挥发而损失的OC颗粒物不重要,因此采用后置石英膜吸附的有机物修正前置石英膜有机物的含量.吸附剂包括浸涂活性炭的滤膜(CIF)、聚氨酯泡沫体(PUF)和聚苯乙烯-二乙烯基苯树脂(XAD)综上所述,对于PM215中有机组分的准确采样目前尚未形成统一的认识,采取单张石英膜或两张串接石英膜中前置石英膜的数据,或者以其减去、或加上后置石英膜的数据、或乘以一个系数来代表有机组分的含量,不同的处理方法均有存在;无机多元素的分析方法主要有原子吸收光谱分析(AAS)、中子活化分析(INAA)、电感耦合等离子体--原子发射光谱(ICP-AES)、X射线荧光光谱(XRF)、质子诱导X射线发射(PIXE)以及电感耦合等离子体--质谱(ICP--MS)等。PM2.5的研究现状及防控对策PM2.5的组成：PM2.5的化学成分非常复杂，主要包括无机元素、水溶性无机盐、有机物以及含碳组分。有害重金属元素主要吸附在PM2.5中。水溶性无机盐主要包含2-4SO、-3NO、+4NH、Cl-、K+等，其中子2-4SO、-3NO、+4NH主要由二次反应产生，主要来源于燃料的高温燃烧和机动车尾气排放物的二次转化。PM2.5中有机物占有很大的比重。随着颗粒物粒径减小，多环芳烃(PAHs)的含量逐渐增大。在≤2.0μm的颗粒物上吸附了68.4%～84.7%的PAHs。PM2.5的特性：PM2.5粒径小，可到达肺泡并沉积，进入血液循环，到达全身各系统。其巨大的比表面积可为一些化学物质、细菌、病毒提供载体，易于空气中有毒有害物质，尤其重金属元素的富集。此外，PM2.5因重力作用小，沉降速度慢，在空气中停留长达7～30d，可长距离传输而造成大范围污染。PM2.5来源:北京市PM2.5的主要来源为燃煤、扬尘、机动车排放、建筑尘、生物质燃烧、二次硫酸盐和硝酸盐以及有机物。宁波市环境空气中PM2.5的来源，结果表明城市扬尘、煤烟尘、机动车尾气尘、二次硫酸盐、硝酸盐和SOC是重要贡献源.燃烧是大气PM2.5的主要贡献源之一，这是因为在我国能源结构中，煤炭占有相当大的比重。一些大城市的机动车尾气污染日趋严重。厦门、上海等地机动车尾气对PM2.5贡献率甚至高于30%。二次污染物对空气质量有重大影响，硫酸盐的贡献率主要来自燃煤排放的SO2，硝酸盐的贡献率则主要来自机动车排放的NOx。此外，由于气候特征的影响，以及地表植被覆盖情况的差异，我国城市土壤尘的贡献率远高于国外一些城市。PM2.5对环境和健康的危害:1、PM2.5对能见度的影响研究表明PM2.5与大气能见度线性相关系数高达0.96。能见度降低时，PM10和PM2.5浓度明显增加，且与细颗粒物呈负相关关系，即颗粒物粒径越小对能见度的影响越明显。Sloane等提出能见度降低的主要原因是气体污染物和大气颗粒物对光的吸收和散射减弱了光信号，使物体和环境背景之间对比度降低。不少学者认为硫酸盐颗粒的对光的散射效应最强，但Appel等认为，硝酸盐颗粒的对光的散射效应比硫酸盐颗粒更强，也有学者认为，PM2.5对光的吸收效应几乎全部是由碳黑和含有碳黑的细颗粒造成，其引起的消光效应在某些地方甚至可降低一半以上的能见度。2、PM2.5对人体健康的危害PM2.5对人体健康造成的危害是多方面的，目前认为PM2.5主要通过引起肺炎症反应以及氧化损伤，引发系统性炎症反应与神经调节改变，从而影响呼吸系统、心血管系统和中枢神经系统等。流行病学研究表明心律失常、心肌梗死、心力衰竭、动脉粥样硬化、冠心病等都与PM2.5暴露有关。控制途径PM2.5控制难度大，不但要控制一次粒子，还必须控制形成二次粒子的前体物，而NOx、SO2、挥发性有机化合物（VOC）等前体物的控制极具难度。控制一次粒子：湿式电除尘器、电－袋混合式除尘器和凝并器。湿式电除尘器能够提供比干式电除尘器高出几倍的电晕功率，从而大大提高PM2.5的捕集效率，且不存在粉尘收集后的再飞扬。电－袋混合式除尘器实现了电除尘和袋除尘的结合，通过调整各自负荷，还可以适应更广泛性质的尘粒。凝并是细微颗粒间发生碰撞接触结合成为较大颗粒的过程，凝并技术主要有:声凝并、电凝并、磁凝并、化学凝并等，电凝并已取得实用成果。二次粒子控制：重点是控制其前体物:NOx、SO2、VOC。NOx控制方法主要有三类:燃料脱氮、改进燃烧方式和生产工艺、烟气脱硝，其中烟气脱硝是现阶段控制NOx最重要的方法，工业应用已经比较成熟，但净化效率不高，NH3和燃料气消耗量大。SO2控制技术主要是烟气脱硫，按工艺特点分为干法、半干法和湿法三大类，其中湿法烟气脱硫技术应用最为成熟，利用石灰或石灰石作为吸收剂，吸收净化烟气中SO2，反应生成亚硫酸钙，再将这一产物氧化成石膏(CaSO4·2H2O)。VOC的控制技术主要是回收技术和销毁技术，回收技术是一种物理方法，该技术通过改变温度、压力或采用选择性催化技术等。防控对策：(1)深入技术研究，加大科技投入。系统、深入的研究PM2.5的控制技术。设立大气PM2.5污染防治专项资金，以奖促治推进企业污染防治，加大PM2.5监控网布置密度，加强空气质量监测、监控能力。地方各级环保部门也要加大PM2.5污染治理的资金投入。(2)提高环境准入门槛。实施更为严格的大气污染物排放限值，推行行业准入制度，严把新建项目准入关;严控机动车尾气超标排放，加强对汽车的年检，加大达限机动车淘汰力度;严格环境执法监管。(3)强化多污染物协同控制。采取一次污染和二次污染协同控制战略，坚持SO2、NOx、VOCS、碳黑等的协同控制，加强多污染物和多污染源协同控制的研究，研究二次颗粒物生成和影响机制，解析大气复合污染成因。(4)信息公开制度。信息公开是对源控制的重要监督手段，必须建立完整的信息公开制度，公开监测点布设、监测结果、达标情况以及对公众健康影响等信息，保证公众参与和监督的效果。同时应鼓励非政府环保机构自行监测，对超标情况及时反馈。PM2.5的研究现状及健康效应目前，大多数国家都已制定了可吸入颗粒物的质量标准，美国EPA于1997年颁布PM2.5的空气质量标准规定，其年均值和日均值分别为15μg/m3和65μg/m3，到2006年，美国EPA收紧PM2.5的日平均浓度限值至35μg/m3。我国于2012年颁布新的空气质量标准规定，PM2.5的二级质量标准年均值为35μg/m3，日均值为75μg/m3。物理特征研究用带有XRA的扫描电镜对几百个颗粒物逐个分析，得出如下结果：根据形态大小的分布和化学性质将粒子分为三类：粒径3μm的粒子通常是海绵状或层状的含碳富硫颗粒；粒径为0.5~3μm的颗粒通常是矿物球粒或晶体；粒径0.5μm的颗粒大部分是硫酸盐。大气降尘中颗粒数量占绝对优势的是细粒子，主要分布在0.3~5μm区间，20~70μm的颗粒数量不到0.05%。化学成分分析目前已知的PM2.5的化学成分包括无机成分、有机成分、微量重金属、元素碳等。研究表明，大气颗粒物的潜在毒性归因于它的可溶组分，特别是Zn组分，在相同浓度下，Zn和Cu比Ni、Fe、Pb、V更容易引起肺部损伤和发炎。北京大气细粒子PM2.5的化学组成，表明大气中的含碳粒子是由有机碳(OC)和吸光的元素碳(EC)组成，EC的化学结构类似于不纯的石墨，主要来自燃烧源的直接排放；OC则既可能来自直接排放，也可能是大分子量的有机气体在大气中转化而成的二次粒子，OC是PM2.5中含量最高的组分；SO42-，NO3-和NH4+是PM2.5中3种主要的水溶性离子，其质量浓度与相应的气态前体物SO2、NOx和NH3的质量浓度及其在大气中生成粒子的转化率有关，并受温度和湿度等因素的影响；此外，PM2.5中还有与扬尘有关的地壳元素(Al、Si、Ca、Mg和Fe等)。Lonati等分析了意大利米兰PM2.5的化学组成，结果表明：主要离子成分为氯化物、硝酸盐、硫酸盐、铵盐，含碳成分也主要是元素碳和有机碳，同样也发现含有地壳元素。PM2.5的来源PM2.5的形成方式主要有3种：(1)直接以固态形式排出的一次粒子。这类粒子主要产生于化石燃料和生物质燃料的燃烧，道路扬尘、矿物质的加工和精炼过程，在一些地区某些工业过程也能产生大量的一次PM2.5，而建筑、农田耕作、风蚀等地表尘对环境的PM2.5贡献则相对较小。(2)在高温状态下以气态形式排出、在烟羽的稀释和冷却过程中凝结成固态的一次可凝结粒子。可凝结粒子主要由可在环境温度凝结而形成颗粒物的半挥发性有机物组成。(3)由气态前体污染物通过大气化学反应而生成的二次粒子。二次PM2.5由多相化学反应而形成，在大多数地区，N和S是二次PM2.5的主要组分，而二次有机气溶胶在一些地区也可能是重要组分。化学质量平衡法(CMB)PM2.5对人类健康的影响由于PM2.5粒径很小，与PM10或粒径更大的颗粒物相比，具有更大的比表面积，这为一些细菌、病毒、重金属和致癌物质提供了良好的载体，如果长期吸入高浓度PM2.5污染的空气，PM2.5不易被鼻腔和呼吸道阻挡，直接进入支气管和肺泡，干扰肺部的气体交换，导致呼吸系统，心肺系统和其他系统结构的损害。国外大量流行病学研究资料显示，可吸入颗粒物的浓度上升与疾病的发病率、死亡率关系密切，尤其是呼吸系统疾病和心肺系统疾病最为明显。PM2.5的致病机理PM2.5的致病机理还不很清楚，可能的致病机制有：(1)Driscoll等研究认为颗粒物进入肺内后，肺泡巨噬细胞在颗粒物的刺激下释放出一系列细胞因子和前炎症因子，前炎症因子进一步刺激肺上皮细胞、内皮细胞，使其分泌粘附因子及细胞因子，这些因子促使各种炎症细胞聚集，从而导致炎症和肺纤维化。(2)有些研究表明：某些颗粒物除本身具有自由基活性外，还可以作用于上