環境空氣中PM2.5自動監測方法對比分析及應用研究

劉偉宏

合肥市環境監測中心站，安徽合肥 230000

空氣環境PM2.5污染現象已經引進了我國相關人員的重視，因此，開展了大量的PM2.5自動監測方法研究工作，并得出了許多功能不同、性能存在差異、成本以及便捷性的監測方法，所以為了能夠準確且完整的得到空氣環境中PM2.5含量信息，有必要對各項方法進行篩選。

1 常見PM2.5自動監測方法與理論對比結果

1.1 PM2.5概述

PM2.5是當前空氣污染的主要因素，其具體形態為顆粒狀，由灰塵、廢氣等污染物質組成。在PM2.5的影響之下，世界各國的空氣環境都受到了不同程度的污染，例如在我國局部地區造成了“霧霾”現象，已經造成了重大的污染[1]。

1.2 β射線自動監測方法

β射線自動監測方法是當前常見的PM2.5自動監測方法，該方法的原理在于β射線對物質添加量的反應。根據專業理論得知，β射線在不同的物質添加量條件下會發生相應的變化，所以PM2.5作為空氣環境中的物質添加量，可以依靠β射線來進行監測。該方法的應用方法為：先采用采樣管獲取空氣樣品，此時樣品當中的PM2.5會全部賦予采樣管的濾網膜上，此時采用β射線進行濾網膜穿透處理，在此過程中，當β射線與PM2.5接觸其基礎能量會吸附在PM2.5，導致基礎能量不斷減少，此時根據單個PM2.5吸附β射線的容量、β射線基礎能量的減少量即可判斷樣品當中的PM2.5含量[2]。β射線自動監測方法例圖見圖1。

圖1 β射線自動監測方法例圖

1.3 振蕩天平自動監測方法

振蕩天平法是近代研發而出的PM2.5自動監測方法，在監測領域當中受到了廣泛的關注。該方法的原理在于：先配置采樣管，即選擇石英錐形管，并在適當位置安置濾網膜，此時PM2.5當中的顆粒物、濾網膜與石英錐形管的結果會形成振蕩結構。之后進行采樣工作，當PM2.5通過濾網膜時，顆粒物會殘留在濾網膜上，影響濾網膜的質量，相應振動的頻率也會受到相應的影響，所以根據濾網膜振動頻率以及氣流流速、流量可以計算出樣品當中的PM2.5含量[3]。

1.4 理論視角上兩種方法的對比結果

關于上述兩種方法的優劣，前人進行了許多理論研究，通過此類研究結果，可以初步了解此項兩技術的差別。理論上，β射線自動監測方法的監測結果具有較強的直觀性，同時整個操作工程較為簡單，操作環境也比較安定，通常在1h之內可以完成數據量1的監測工作，并不需要人工過多的進行維護；振蕩天平自動監測方法方面，其整個操作過程當中，需要操作人員不斷的控制采樣管，并保持自身的高度專注來觀察濾網膜的振動情況，單這一點就足以證明該項技術的操控難度要高于β射線自動監測方法，因此在理論視角下，β射線自動監測方法具有更高的應用價值。此外，上述兩種自動監測方法同時存在一個弊端，即在一些特定情況下，很容易受到外界因素的干擾，導致監測結果失準，并且針對此問題，我國當前還沒有一套可行性較高的方法。

2 常見PM2.5自動監測方法試驗對比

2.1 試驗配置

為了保障試驗能夠順利開展，先進行試驗配置工作。針對β射線自動監測方法，先配置了非自動采樣器一臺，之配置了兩臺β射線顆粒物自動監測設備；針對振蕩天平自動監測方法，先配置了非自動采樣器，之后配置了微振蕩天平法顆粒物自動監測設備。通用試驗配置包括：玻璃纖維濾膜 （超細型） 、0.0001%天平，非自動采樣器相關參數為：采樣流量16.6L/min；β射線顆粒物、振蕩天平自動監測設備相關參數為：采樣時間間隔1h、每小時平均采樣39min、采樣流量為16.6L/min。試驗方法上，采用非自動采樣器進行為期一天的采樣；采用自動監測設備進行為期1d的采樣。

2.2 結果分析

在上述試驗之下，對兩種采樣設備的采樣表現進行了統計，以此通過統計結果來了解兩種方法的優劣。結果顯示：非自動采樣器比較于自動監測設備，其相關系數要低于自動監測設備0.93；針對β射線監測方法，其非自動監測結果相較于自動監測結果，其斜率要大于0.8，此時依照相關規程了解到，該方法不滿足規程，說明非自動監測方法質量有所缺陷。微振蕩天平法對比于非自動測定法，測定結果顯示，兩種方法的偏差-15%～+15%，說明這兩種方法均具有適用性。表1為β射線10d測試數據。

表1 β射線10d測試數據

3 監測儀器對比分析

無論是何種類的自動監測技術，都需要監測儀器作為支撐，而不同的監測儀器會對監測技術的結果造成影響，因此，出于完整性考慮，本文將圍繞國內外PM2.5自動監測儀器進行分析，對比國外、國內采用的監測設備性能以及效果。

3.1 國外PM2.5自動監測儀器

國外常采用的PM2.5自動監測儀器大致包括TEOM法監測設備，這種設備的特點在于監測效率高、準確率高，但存在一個明顯的缺陷，即在高溫環境之下，會出現監測結果失準現象，但該缺陷在國外的研究之下，可以通過FDMS方法進行改善：首先采用FDMS方法對氣體樣品進行預先監測，再對濾網膜上的PM2.5顆粒物進行計算，以此得到樣品的質量濃度。其次再一次對樣品進行監測，但此部分監測需要將FDMS方法放置在TEOM法監測設備之前，此時所有氣體經過FDMS會被冷凝，并且截留一部分，而另一部分因為溫度較低，可以通過TEOM法監測設備直接進行監測。最終結合FDMS、TEOM兩者的結果，可以得到準確的測量結果。此外，有些先進的西方國家，已經研究出FDMS、TEOM的一體化設備，從結果上來看，這種設備既具備準確的監測結果，也消除了以往TEOM的應用缺陷。

3.2 國內PM2.5自動監測儀器

我國采用的PM2.5自動監測儀器類目比較復雜，暫時還沒有固定的儀器，所以只能從監測技術角度上來進行分析。針對β射線自動監測方法，其使用的儀器自動化表現相對良好，測定結果也比較準確，但在高溫等特殊情況下，此類儀器很容易出現失準現象，而要消除這種現象，除了借用上述的FDMS方法以外，只能通過一系列煩瑣的操作來達成目的；針對振蕩天平自動監測方法，該方法所采用的儀器整體表現與β射線自動監測方法儀器相似，所以不再多加贅述，那么通過上述兩種方法的理論、實驗結果可以看待，在我國應用當中，β射線自動監測方法儀器應用效果更佳，但依舊存在待改善點。

3.3 國內外自動監測儀器對比

根據國內外的PM2.5自動監測儀器應用效果進行對比，可以明顯地看出我國儀器水平還相對較低。但在正常條件下，我國監測儀器與國外先進儀器的監測效果并沒有太大的差別。綜合評價：我國PM2.5自動監測儀器相較于國外，還存在技術缺陷，很容易受到外在因素的影響，所以在未來的研究發展當中，應當以此為方向來開展工作。

4 結語

本文主要分析了環境空氣中PM2.5自動監測方法，并對這些方法進行比較，了解各項方法的優劣。通過本文分析得到以下結論：目前常見的PM2.5自動監測方法有β射線自動監測方法、振蕩天平自動監測方法；β射線自動監測方法應用價值要高于振蕩天平自動監測方法；國內自動監測儀器發展水平暫時要低于國外水平，但也有可取之處，需要在今后的研究當中以此為方向進行完善。