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空气中PM2.5的检测技术一、选题现状这个冬天，全国多地区遭遇雾霾天气，PM2.5一度爆表。污染像流动的雾气，无孔不入，正在危害人们的健康。最近受恶劣天气影响，据统计，呼吸科病人都出现翻番增多现象，好发病种排名第一的是肺炎，之后是上呼吸道感染、哮喘、老慢气、细支气管炎，各家医院呼吸科一床难求。众人皆知，室外空气质量并非一朝一夕可改变。人们开始另辟蹊径，从降低室内PM2.5着手。现在一说到PM2.5，人们就有一种谈“PM2.5”色变的感觉。PM2.5指的是大气中直径小于等于2.5微米的颗粒物。那PM2.5为什么会让人如此心惊胆战呢?原因是，这种细小的颗粒物，能够进入人体的细支气管和肺泡，对呼吸系统、心脏及血液系统等造成广泛的损伤。在空气污染中，PM2.5对人群，尤其是呼吸系统疾病患者、老人儿童等敏感人群健康的危害性，目前已经得到了国际社会的公认。近年来我国室内污染程度也在不断恶化。以北京为例，民间环保组织达尔问自然求知社去年底发布的一项室内公共场所空气质量研究报告指出，北京43家公共场所室内pm2.5严重超标。抗癌健康网提醒，室内空气污染严重影响健康和经济，我国室内空气品质问题较发达国家更为严重。吸烟和室外污染空气流入，是室内pm2.5超标的两大原因，但并非仅有的来源。根据相关研究，空调、烹调、装修污染和积尘，也都对室内空气环境恶化有莫大关系。上海疾控中心与复旦大学的检测证实，大多数家庭的空调积尘中细菌、霉菌超标，最严重的家庭细菌数量超过商场中央空调的50倍。加上空调较少清洗，使用几年后，开空调时因室内空气的流通性较差，pm2.5等会因室内人们的走动而飘浮起来被吸入。二、PM2.5简介PM2.5叫“细颗粒物”；PM1或称“超细颗粒物”；PM10称之为“可吸入颗粒物”。细颗粒物的化学组成十分复杂，不同时间和空间，细颗粒物的化学成分是不同的，不同化学组分的颗粒物对人体健康和大气能见度的影响亦不相同，这些影响还与化学成分在颗粒物内部和表面存在状态有关。此外，不同来源的颗粒物，其化学组成有所不同，因此颗粒物的化学组成可用来进行颗粒物的来源分析。细颗粒物的化学成分包括无机成分、有机成分、微量金属元素、元素碳(EC)、生物物质(细菌、病菌、霉菌等)等。大气中的含碳粒子是由有机碳(OC)和吸光的元素碳(EC)组成，元素碳的化学结构类似于不纯的石墨，有机碳是细颗粒物中含量最高的组分。PM2.5的主要有自然源和人为源两种，但危害较大的是后者。自然源包括土壤扬尘、海盐、植物花粉、孢子、细菌等。自然界中的灾害事件，如火山爆发向大气中排放了大量的火山灰，森林大火或裸露的煤原大火及尘暴事件都会将大量细颗粒物输送到大气层中。人为源包括固定源和流动源。固定源包括各种燃料燃烧源,如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。流动源主要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。除自然源和人为源之外，大气中的气态前体污染物会通过大气化学反应生成二次颗粒物，实现由气体到粒子的相态转换。如：SO2+H2O→H2SO3HNO3+NH3→NH4NO3盐的水合物：如xCl.yH2O、xNO3.yH2O、xSO4.yH2O，随着湿度的变化，水合物对PM2.5的影响较大，水不仅与盐化合物生成水合物，由于湿度的改变还形成了盐的微小溶液液滴。可以结合过程装备与控制工程概论中质量传递的内容，吸附过程从机械分离的原理方面进行思考。（FDMS）的微量振荡天平法监测仪主机，在主机中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定，另一端装有滤膜的空心锥形管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态，它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生变化，仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。南京工程学院7四、主流PM2.5监测方法1、重量法我国目前对大气颗粒物的测定主要采用重量法。其原理是分别通过一定切割特征的采样器，以恒速抽取定量体积空气，使环境空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差和采样体积，计算出PM2.5和PM10的浓度。必须注意的是，计量颗粒物的单位ug/m3中分母的体积应该是标准状况下（0℃、101.3kPa）的体积，对实测温度、压力下的体积均应换算成标准状况下的体积。环境空气监测中采样环境及采样频率要按照HJ.T194的要求执行。PM10连续自动监测仪的采样切割装置一般设计成旋风式，它在规定的流量下，对空气中10um粒径的颗粒物具有50%的采集效率、以下为其技术性能指标表。2、微量振荡天平法TEOM微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志的质量浓度。微量振荡天平法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后，成为符合技术要求的颗粒物样品气体。样品随后进入配置有滤膜动态测量系统（FDMS）的微量振荡天平法监测仪主机，在主机中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定，另一端装有滤膜的空心锥形管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态，它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生变化，仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。3、Beta射线法/β射线法Beta射线仪则是利用Beta射线衰减的原理，环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，Beta射线的能量衰减，通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。Beta射线法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h的环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后成为符合技术要求的颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中，样品气体的相对湿度被调整到35%以下，样品进入仪器主机后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。在仪器中滤膜的两侧分别设置了Beta射线源和Beta射线检测器。随着样品采集的进行，在滤膜上收集的颗粒物越来越多，颗粒物质量也随之增加，此时Beta射线检测器检测到的Beta射线强度会相应地减弱。由于Beta射线检测器的输出信号能直接反应颗粒物的质量变化，仪器通过分析Beta射线检测器的颗粒物质量数值，结合相同时段内采集的样品体积，最终得出采样时段的颗粒物浓度。配置有膜动态测量系统后，仪器能准确测量在这个过程中挥发掉的颗粒物，使最终报告数据得到有效补偿，理接近于直实值。美国METONE的BAM-1020粒子监测器采用了β射线衰减的原理对粒子进行监测。其已经通过了美国环境保护署（EPA）的认证（EQPM-0798-122），而且在英国、韩国和中国自动监测和记录PM10浓度应用领域中，也获得了相应的证书。BAM-1020可以通过装备PM2.5采样口来自动监测更小的粒子物质，而且可以被设置用来监测总悬浮颗粒物（TSP）。测试方法：β射线测试法BetaAttenuation测试原理：粉尘粒子吸收β射线的量与粉尘粒子的质量成正比关系。根据粉尘粒子的吸收β射线的多少，计测出粉尘的质量浓度（mg/m3）。此原理不受粉尘粒子大小及颜色的影响。直读、快速测尘仪、操作简便。利用冲击原理采样。可转动的圆形玻璃冲击板可采集30个样品。测量范围：0—50mg/m3参考文献1、张丽华,王恩德.沈阳市大气环境PM2.5污染特征[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2012(5).2、李令军,王英,李金香.北京清洁区大气颗粒物污染特征及长期变化趋势[J].环境科学,2011,32(2):319-323.3、钱孝琳,阚海东,宋伟民,陈秉衡.大气细颗粒物污染与居民每日死亡关系的Meta分析[J].环境与健康杂志,2005,22(4):246-248.4、王玮,汤大钢,刘红杰,岳欣,潘志,丁焰.中国PM_(2.5)污染状况和污染特征的研究[J].环境科学研究,2000(1).5、魏复盛,滕恩江,吴国平,胡伟,W.E.Wilson,R.S.Chapman,J.C.Pau,J.Zhang.我国4个大城市空气PM_(2.5)、PM_(10)污染及其化学组成[J].中国环境监测,2001(Z1).6、陈明华,李德,陈长虹.上海市微小颗粒物污染现状调查与分析[J].上海环境科学,2003,22(12):1038-1041.7、周震峰.苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究[D].西北大学,2003.8、戴海夏,宋伟民.大气PM_(2.5)的健康影响[J].国外医学：卫生学分册,2001(5).9、易帆.城市大气中可吸入颗粒物的来源分析[D].华中科技大学,2004.