基于便攜式監(jiān)測儀的空氣PM2.5濃度監(jiān)測與分析

周成　盧守舟

摘要：文章介紹了PM2.5的基本概念以及空氣質量的標準，在此基礎上介紹了PM2.5監(jiān)測裝置和各種監(jiān)測原理，同時介紹了氣候、環(huán)境以及其他因素的變化對于PM2.5的影響，并對監(jiān)測結果進行了分析，這為PM2.5濃度的監(jiān)測與分析理論打下了堅實的基礎，具有十分重要的意義。

關鍵詞：PM2.5；便攜式監(jiān)測儀；監(jiān)測方法；濃度監(jiān)測；空氣質量 文獻標識碼：A

中圖分類號：X51 文章編號：1009-2374（2015）12-0084-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.042

隨著經濟的快速發(fā)展，越來越多的電力、石油以及其他高耗能的工業(yè)廠房需要去建設，這些工業(yè)建設項目在運行階段會排放大量的顆粒物，嚴重影響著空氣質量。在空氣質量方面，大家探討比較多的就是PM2.5問題，這些細小的顆粒物可以直接進入人體細胞，對血液循環(huán)以及身體其他技能造成危害。目前全國很多城市都正在承受著PM2.5的污染問題。對空氣中的PM2.5進行有效和準確的監(jiān)測，我們不僅可以得到準確的空氣質量數(shù)據(jù)，在此基礎上還可以制定符合實際情況的應對措施。

1 PM2.5基本介紹

1.1 基本概念

PM2.5級別的固體顆粒物可以直接懸浮在空氣中，其污染程度與濃度有著正比例的關系。PM2.5級別的顆粒物在空氣中含量很低，但是隨著其數(shù)值變大，空氣可見度將會降低。PM2.5固體顆粒物結構適宜攜帶有害物質，更有利于其傳播，所以對人體傷害有著非常嚴重的影響。PM2.5在化學成分上主要包括以下部分：有機碳、元素碳以及硫酸鹽、銨鹽等鹽類。

1.2 PM2.5的空氣質量新標準

PM2.5數(shù)據(jù)來源比較多，目前較為準確的是監(jiān)測網公布的標準和數(shù)值，它是對24小時內的空氣平均質量進行評價。

2 PM2.5的便攜式監(jiān)測儀及監(jiān)測方法介紹

2.1 便攜式空氣質量監(jiān)測儀

儀器選用Grimm，儀器采用半導體激光光源。儀器測量空氣中顆粒物時，以恒流采樣，顆粒物激光光學平臺，最后收集到濾膜上，用于進行重量和化學分析，抗干擾能力較強。

2.2 PM2.5監(jiān)測方法

2.2.1 重量法。重量法需要將PM2.5截流到一張薄膜上面，然后再把截流下來的PM2.5稱重。這個過程是反復對小于直徑30微米的PM2.5固體顆粒進行分割和切割，空氣切割器起著切割、分割空氣的作用，這樣PM2.5顆粒就可以被截流在已經設置好的玻璃器皿上了。然后再對PM2.5顆粒采樣稱重算出前后差值，計算出體積，就可以得出大氣中PM2.5顆粒的濃度。

重量法是最原始也是最有效的方法，可以用來驗證其他方法，通過人工進行操作，這個過程比較繁瑣，如果想讓這個過程更加自動化，可以采取接下來的兩種

方法。

2.2.2 射線吸收法。原理主要是將顆粒物收集到濾紙，然后用射線進行照射，當射線穿過濾紙或者顆粒物的時候，由于射線被散射發(fā)生衰減，顆粒物的重量與其衰減的程度成正比。因此可以據(jù)此測算出顆粒物的

重量。

Beta射線吸收原理測量PM2.5采用的是國際測量方法的Beta射線吸收原理，此過程將會用到beta射線自動檢測儀。

2.2.3 微量振蕩天坪法。這樣做的目的是為了利用兩頭粗細不一致的空心玻璃管并固定好較粗的一端，在另一端裝上過濾芯。空氣從較粗的一端進入，從較細一端流出，這樣的過程可以把PM2.5顆粒過濾在濾芯上面。同時，利用靜電場原理對空心玻璃瓶震蕩，振蕩的頻率與細頭重量的平方根之間成反比。玻璃瓶震蕩頻率變換可以計算收集到的PM2.5顆粒，PM2.5濃度就可以測量出來了。

3 具體實例分析

本文主要對不同天氣狀況下、不同環(huán)境條件下、不同時間段、不同季節(jié)條件下的PM2.5濃度進行監(jiān)測和觀察，以得出分析結論。

3.1 不同天氣狀況下的PM2.5濃度

下面就不同天氣狀況下的PM2.5濃度進行監(jiān)測，假設此時季節(jié)、氣體溫度、周邊環(huán)境、監(jiān)測時間相同的情況下，只是考慮氣候狀況對PM2.5的影響。下面羅列一些數(shù)據(jù)進行進一步的分析，測量結果如表1所示：

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，可以發(fā)現(xiàn)在天氣晴朗的情況下，PM2.5監(jiān)測平均值為88，雨天PM2.5監(jiān)測平均數(shù)值為51，陰天PM2.5平均值為112，風天PM2.5平均值為64。PM2.5監(jiān)測數(shù)值與當天的天氣情況有著緊密的關系，在晴天天氣下，PM2.5與晴天與否有著關系；風天的PM2.5數(shù)值與風力級別有著緊密關系；下雨天氣下，PM2.5數(shù)值與下雨大小也是有著關系，雨水沖刷對PM2.5數(shù)值大小影響很大。由于沒有雨水以及風對PM2.5的影響，此時的PM2.5數(shù)值要比晴天天氣狀態(tài)下數(shù)值要大。PM2.5最大的天氣為陰天，因為空氣質量不受外界因素的影響，所以空氣中的微小顆粒物比較多，不利于其擴散。

3.2 不同環(huán)境下PM2.5的濃度

對于某個城市PM2.5數(shù)值進行監(jiān)測，應該考慮以下因素處于同一狀態(tài)，比如監(jiān)測區(qū)域時間段、周邊環(huán)境、大氣溫度等因素，還要考慮不同的氣候狀態(tài)對PM2.5的影響。首先考慮在火電廠、公園以及馬路周邊場所。其測量結果如表2所示：

通過系統(tǒng)監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)，電廠周邊的PM2.5監(jiān)測數(shù)值為177，馬路邊的監(jiān)測數(shù)值為103，公園內的PM2.5監(jiān)測數(shù)值為50。這是由于火電廠、公園、馬路邊有較為真實的代表意義。工程類環(huán)境可以由火電廠代表，汽車尾氣環(huán)境可以由馬路邊代表。所以可以知道，汽車尾氣對于PM2.5的影響要小于火電廠對于PM2.5的影響，這主要是由于電廠排放了大量的粉塵以及其他固體顆粒物。火電廠燃煤在不充分燃燒以及沒有凈化狀態(tài)排入大氣，對PM2.5有著非常大的影響。然后就是汽車尾氣對于PM2.5的影響，對于空氣中PM2.5的貢獻量也比較大。

3.3 不同季節(jié)條件下PM2.5的濃度

針對某個城市的不同環(huán)境狀況下的PM2.5濃度進行監(jiān)測，假設其他的因素都相同，考慮春夏秋冬四個季節(jié)。下面比較幾組測量結果，其測量結果如表3所示：

通過監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)，春、夏、秋、冬季的監(jiān)測結果分別為88、51、89、110。對比可以發(fā)現(xiàn)，春天和秋天的空氣質量較差，夏季的空氣質量最好，但是總體上是差不多的；一年當中，空氣最差的當屬冬天，這與我們的研究結果是相吻合的。這主要是由于溫度以及氣候特點對于PM2.5的影響，另外還由于在冬天時，大量的居民采用燃煤取暖，這樣會造成大量燃煤廢棄物排放，使得PM2.5數(shù)值上升明顯，在我國北方地區(qū)比較嚴重。

4 結語

本文利用便攜式PM2.5監(jiān)測儀器對不同條件的空氣質量進行了監(jiān)測，并對這些數(shù)進行了統(tǒng)計分析。經過分析可以發(fā)現(xiàn)，PM2.5數(shù)值影響因素比較多，主要的影響因素有工業(yè)廠房、汽車尾氣、綠化等。另外，影響PM2.5的客觀條件就是天氣情況，比如晴天以及陰天等其他氣候條件。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，我們可以發(fā)現(xiàn)本文的監(jiān)測方法和監(jiān)測結論對于PM2.5的研究具有十分重要的意義。

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作者簡介：周成（1974-），男，山東濟南人，山東省環(huán)境監(jiān)測中心站高級工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測。

（責任編輯：黃銀芳）