細顆粒物（PM 2.5）在環(huán)境空氣自動監(jiān)測中的方法對比與應用

胡亞琛

（湖南省益陽市環(huán)境監(jiān)測站 湖南益陽 413000）

最近幾年，“灰霾”和“霧霾”天氣在我國部分地區(qū)出現(xiàn)頻率越來越高，空氣污染也越來越嚴重。細顆粒物（PM2.5）是指環(huán)境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5μm的顆粒物。依規(guī)和準確細顆粒物（PM2.5）連續(xù)自動監(jiān)測是一項新生事物，既為全面實施《環(huán)境空氣質量標準》（GB3095-2012）提供了第一手材料，也為廣大人民群眾感同身受環(huán)境空氣質量提供科學技術依據，具有重要而現(xiàn)實意義。

1 常用監(jiān)測方法

1.1 β射線法

β射線法是環(huán)境空氣顆粒物自動監(jiān)測推薦的一種主要方法。同位素放射物（C14）放射出β粒子，當β粒子穿透一定厚度的測量顆粒物時，其強度隨吸收厚度增加而逐漸衰減（即β吸收）。測量時，抽氣泵以恒定流量（16.7L/min）抽取被測空氣，經過顆粒物（TSP、PM10和PM2.5）切割器后，空氣動力學粒徑大于特定粒徑的顆粒（TSP或PM10）被截留到切割器中，細顆粒物（PM2.5）則留在氣流中，并最終沉積在紙帶上，通過分析細顆粒物（PM2.5）沉積前后的β射線強度變化就可以得到細顆粒物濃度。若采樣空氣流速為Q，濾紙沒有或者已經吸附細顆粒物（PM2.5）時的β粒子計數值分別為（I0）或I，濾紙上細顆粒物（PM2.5）沉積區(qū)面積為A，采樣時間為△t,μm為質量吸收系數或質量衰減系數（單位為cm2/mg），Xm為質量厚度（單位為mg/cm2，則測量得到細顆粒物（PM2.5） 濃度 C（單位為 mg/m3） 。

1.2 對比天平振蕩法

振蕩天平法，是通過石英振蕩桿負重的變化，了解振蕩頻率的變化情況，并以此為依據對顆粒物濃度進行計算的一種監(jiān)測方法。就目前情況來看，市場上使用天平振蕩法的儀器，能夠同時提供顆粒物（TSP、PM10和PM2.5）分鐘級高時間分辨率的監(jiān)測數據，可連接氣象設備，同時提供相應的氣象參數，但儀器體積較大，采樣氣路復雜，采樣管只能部分加熱，隨著空氣濕度增加，在監(jiān)測中容易出現(xiàn)負值，對操作人員的維護水平有較高要求。

而β射線法的基本原理是分析顆粒物對β射線產生的吸收強度，在顆粒物吸附于濾紙帶表面時，以采樣測量前后β射線的強度變化為依據，利用蓋革計數器計算顆粒物濃度。該儀器控制單元和測量單元一體化，體積較小，采樣管自帶加熱裝置，適合在空氣濕度較大的地方使用。但該方法需要顆粒物切割器，不能同時監(jiān)測TSP、PM10和PM2.5，更適合在條件簡單和空氣濕度較大的地方使用。

2 應用情況

2.1 國外

由歐盟在2008年發(fā)布的有關空氣質量評價的報告可以了解到，在27個成員國中，細顆粒物（PM2.5）的監(jiān)測站點有518個，其中使用β射線法的監(jiān)測站點有186個，使用振蕩天平法的監(jiān)測站點有56個，而使用振蕩天平法與膜動態(tài)測量系統(tǒng)聯(lián)用方法的監(jiān)測站點有105個。這三種方法的使用率分別為35%、10%、19%。另外的監(jiān)測站點使用的監(jiān)測方法為重量法和其他方法。

2.2 國內

從2007年開始，中國環(huán)境監(jiān)測總站開始組織監(jiān)測試點單位，最早的9個試點城市為上海、天津、廣東、重慶、南京、寧波、蘇州、廣州和深圳。而較大范圍的試點監(jiān)測工作開始于2011年，全國有26個城市參與環(huán)保部的組織活動，監(jiān)測項目有TSP、鉛和苯并[a]芘手工監(jiān)測以及細顆粒物（PM2.5）自動監(jiān)測。在我國113個重點環(huán)保城市中，僅50個城市有細顆粒物（PM2.5）監(jiān)測能力，有監(jiān)測設備近100臺，主要分布在東部相對發(fā)達的城市。

2.3 益陽市

益陽市地處湖南省中部和洞庭湖有腹地，是長株潭“3+5”城市群之一，目前共有11個環(huán)境空氣自動監(jiān)測點位，其中中心城區(qū)有5個監(jiān)測點位。益陽市中心城區(qū)環(huán)境空氣監(jiān)測始于1982年，1996年國家修訂了《環(huán)境空氣質量標準（GB3095-1996）》，采用手工采樣和實驗室分析，從2003年起，該市逐步將5個環(huán)境空氣監(jiān)測點位升級改造為環(huán)境空氣自動監(jiān)測點位，其中2個監(jiān)測點位采用河北先河環(huán)境設備公司儀器設備，3個空氣站采用湖北武漢宇虹環(huán)保設備公司儀器設備，監(jiān)測和評價指標為二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和可吸入顆粒物（PM10）等3項。2014年，該市5個空氣監(jiān)測點位均列入國家重點投資建設的129個城市381個點位之中，增加了細顆粒物（PM2.5）、臭氧（O3）和一氧化碳（CO）等 3 項監(jiān)測指標，而細顆粒物自動監(jiān)測均使用β射線法原理。

3 結語

β射線法作為一種細顆粒物（PM2.5）自動監(jiān)測方法，在國內外都比較常用。根據監(jiān)測儀器認證結果可知，β射線法與動態(tài)加熱系統(tǒng)的聯(lián)用、β射線法與動態(tài)加熱系統(tǒng)和光散射法聯(lián)用、天平振蕩法與膜動態(tài)測量系統(tǒng)的聯(lián)用，更能滿足細顆粒物（PM2.5）的監(jiān)測要求。

[1]但德忠.環(huán)境空氣PM2.5監(jiān)測技術及其可比性研究進展[J].中國測試，2013，02:1-5.

[2]解淑艷，王曉彥，吳迓名，潘本鋒，李亮，杜麗，包權，崔虎雄，劉冰,汪巍，王帥.環(huán)境空氣中PM2.5自動監(jiān)測方法比較及應用[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2013，02:150-155.