環境空氣中PM2.5監測方法的比較研究

劉爍，趙玉龍，包新榮，項明

（甘肅省環境監測中心站，甘肅　蘭州　730020）

環境空氣中PM2.5監測方法的比較研究

劉爍，趙玉龍，包新榮，項明

（甘肅省環境監測中心站，甘肅蘭州730020）

在相同的環境條件下比較了β射線法、微振蕩天平法、β射線-光散射融合法和手工濾膜采樣-稱重法測定環境空氣中PM2.5的方法，實驗結果表明，β射線-光散射融合法在PM2.5濃度較低時準確度較好，濃度較高時準確度較差。經過比較，β射線法、微振蕩天平法能夠滿足環境質量細顆粒物的測定要求。

環境空氣；PM2.5；自動監測；方法

近年來，我國霧霾天氣多發，特別是入冬以來京津冀、長三角、珠三角地區霧霾天氣頻頻出現［1，2］，嚴重影響人們的生活。相關文獻及研究已證實灰霾天氣與PM2.5密切相關，PM2.5由于顆粒直徑小，與大氣中的其他物質相比，它能傳送到更遠的位置并且在空中停留更長的時間［3］。在環境空氣質量監測和預報預警工作中，對環境空氣中PM2.5的科學監測至關重要。本研究用4種不同原理的環境空氣顆粒物監測設備同時監測PM2.5質量濃度，進行為期35d的比對監測實驗，通過實驗評價各種監測方法的適用性情況。

1　國內外環境空氣PM2　.5　測定方法概述

測定環境空氣中PM2.5的方法主要有β射線法、微振蕩天平法、光散射法和手工濾膜采樣-稱重法等，其中手工濾膜采樣-稱重法為大多數國家的標準方法，由于這種方法連續采樣時間長、濾膜稱重環境等要求高，不便于時時監控環境質量變化情況。EPA、ISO、JIS、DIN、EN等標準方法中有連續自動測定環境空氣中PM2.5的方法——微β射線法和振蕩天平法，但美國和歐盟國家將這兩種方法僅用于時時監控環境質量狀況、預警環境質量污染等［4，-6］，對公眾發布環境質量報告及環境管理決策以手工濾膜采樣-稱重法監測數據為準。

我國于2012年將PM2.5限值納入環境空氣質量新標準，并于2013年頒布了PM2.5連續自動監測方法標準。目前，我國環境空氣質量PM2.5時時發布數據主要為β射線法、微振蕩天平法連續自動監測數據。光散射法、光散射和其他方法融合法測定環境空氣中顆粒物的方法是近年來有突破性進展的一種監測方法［7］，其優點是可連續自動監測環境空氣中顆粒物，并且可以測定顆粒物的各種粒徑組成，目前主要應用于科研領域。

2　實驗部分

2.1主要儀器和試劑

環境空氣顆粒物手工采樣器2臺、β射線法顆粒物自動監測設備2臺、微振蕩天平法顆粒物自動監測設備2臺、β射線-光散射融合法法顆粒物自動監測設備2臺，百萬分之一天平。超細玻璃纖維濾膜。

2.2儀器條件

本實驗手工采樣設備為連續采樣24h，采樣流量為16.7L/min，測定PM2.5日均值。連續自動監測設備為每小時采樣一次，每次采樣時間為40min，采樣流量為16.7L/min，測定PM2.5h值，通過計算得出PM2.5日均值。

3　結果與討論

3.1幾種測定方法比較

用2臺環境空氣顆粒物手工采樣器、2臺β射線法顆粒物自動監測設備、2臺微振蕩天平法顆粒物自動監測設備、2臺β射線-光散射融合法顆粒物自動監測設備同時、連續測定環境空氣中PM2.5。手工濾膜采樣-稱重法為國家標準方法，各自動監測法測定環境空氣中PM2.5結果與手工濾膜采樣-稱重法測定結果比較如圖1、圖2、圖3所示。由圖可見，3種自動監測方法與手工監測方法比較相關系數均大于0.95，自動監測結果與手工監測結果顯著相關。但β射線-光散射融合法自動監測結果與手工監測結果相比較的斜率小于0.9，準確度不能滿足要求。

圖1　β射線法設備監測數據與手工監測數據比較

3.2環境空氣中PM2.5連續測定結果

圖2　微振蕩天平法設備監測數據與手工監測數據比較

圖3　β射線-光散射融合法設備監測數據與手工監測數據比較

選取連續35d進行比對測試實驗，實驗結果見表1。

表1　不同測定方法測定環境空氣中PM2.5結果統計

由實驗可見，β射線法測定環境空氣中PM2.5的方法與手工法比較，有82.9%的測定結果偏差在-15%～15%之間，微振蕩天平法測定環境空氣中PM2.5的方法與手工法比較，有77.1%的測定結果偏差在-15%～15%之間，這兩種方法的結果均可以接受。β射線-光散射融合法測定環境空氣中PM2.5的方法與手工法比較，有40%的測定結果偏差在-15%～15%之間，測定結果偏差較大。

續表1

表1　不同測定方法測定環境空氣中PM2.5結果統計

本實驗35d的環境空氣PM2.5測定結果的正態分布情況如圖4所示［8］，由圖4所示可見本次測定結果范圍為38.99～260.66ug/m3之間，其中22.9%的測定結果小于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）中二級標準限值（75ug/m3），分別出現在第12d～第14d，第23d、第26d、第32～35d，這些時段的β射線法測定結果相對偏差均小于15%，微振蕩天平法62.5%的測定結果相對偏差小于15%，β射線-光散射融合法85.7%的測定結果相對偏差小于15%。可見在環境空氣PM2.5濃度較低時，β射線法測定結果準確度優于β射線-光散射融合法、優于微振蕩天平法。

本次實驗結果頻率最高的為84.53～199.4ug/m3之間的測定值，占整個測定結果62.9%。這些時段的β射線法、微振蕩天平法均有78.3%的測定結果相對偏差小于15%，而β射線-光散射融合法僅有27.3%的測定結果相對偏差小于15%，β射線-光散射融合法測定結果準確度明顯差于β射線法和微振蕩天平法。

4　結論

圖4　PM2.5測定結果正態分布

本文比較了β射線法、微振蕩天平法、光散射法和手工濾膜采樣-稱重法測定環境空氣中PM2.5的方法，在相同的環境條件下進行參考文獻：

了為期35d的實際測試，其中22.9%的測定結果小于《環境空氣質量標準》（GB3095-2012）二級標準限值要求（75ug/m3）。整體來看β射線-光散射融合法不能滿足環境空氣中PM2.5測定的準確度要求，β射線法和微振蕩天平法能夠滿足環境質量細顆粒物的測定要求。在環境空氣PM2.5濃度較低時，β射線法測定結果準確度優于微振蕩天平法和β射線-光散射融合法。

［1］周強.京津冀霧霾產生的根本原因及如何治理［J］.污染及防治，2014（8）：125-127.

［2］趙敏，黃東風，何斯征，等.從區域能源消費探尋霧霾成因［J］.電力與能源，2015（3）：133-135.

［3］鄭玫，張延君，閆才青，等.中國PM2.5來源解析方法綜述［J］.北京大學學報，2014，50（6）：1141-1154.

［4］張林鋒，干俐達.大氣可吸入顆粒物PM2.5的研究發展狀況［J］.資源節約與環保，2013（5）：100-101.

［5］蔡剛.環境空氣中PM2.5的測定方法［J］.甘肅科技，2012，28（12）：45-46.

［6］歐陽松華.PM2.5在線監測技術概述［J］.中國環保產業，2012（4）：14-18.

［7］崔延青，李少華，楊建虎，等.β射線法與光散射法顆粒物監測儀在揚塵監測中的應用［J］.中國科技成果，2015（17）：18-20.

［8］趙志飛，閆暉，姚嵐，等.正態分布在區域地球化學調查樣品分析質量評價中的應用探討［J］.巖礦測試，2013，32（1）：96-100.

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