Pm2.5测定方法综述

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大气中PM2.5测定方法综述

摘要：综合阐述三种大气中PM2.5的监测方法，以及PM2.5的简要介绍和它对人类、气候的危害。

关键词：PM2.5监测；重量法；β射线吸收法；微量振荡天平法；危害

引言

在职业危害相关技术标准中，将能够较长时间悬浮于空气中的固体颗粒统称为粉尘。PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物，也称细颗粒物、可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20，能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量（浓度）越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，比表面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

PM2.5产生的主要来源，是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自道路扬尘等；2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）则主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物等。

近年来，雾霾天气不断影响我国，对人们的身体造成很大危害，PM2.5的监测刻不容缓。2011年1月1日，环保部发布《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》，首次对PM2.5的测定进行了规范，但在环保部进行的《环境空气质量标准》修订中，PM2.5并未被纳入强制性监测指标。2012年05月24日环保部公布了《空气质量新标准第一阶段监测实施方案》，要求全国74个城市在10月底前完成PM2.5“国控点”监测的试运行。而近日以来，我省也受到了雾霾袭击，人们出行必须戴口罩，空气污染严重影响了我们的生活和身体，人们对PM2.5的关注也达到高峰。

1. PM2.5的监测

获得准确的监测数据是开展PM2.5研究的基础。而PM2.5的监测比较复杂，因为它 是空气中漂浮着的各种大小颗粒物中较细小的部分。所谓“细小”是指在通过检测仪器时所表现出的空气动力学特征，与直径小于或等于2.50μm、密度为1 g/cm3的球形颗粒一致。因此，测定PM2.5时，需要利用空气动力学原理把PM2.5与更大的颗粒物分开，而不是用孔径为2．50μm的滤膜来分离。但归纳起来，测定PM2.5的浓度主要是两个步骤，即把PM2.5

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与较大的颗粒物分离，以及测定分离出来的PM2.5的重量。

1.1.PM2.5的分离

国内外分离PM2.5的方法基本一致，均由具有特殊结构的切割器及其产生的特定空气流速达到分离效果。其基本原理是：在抽气泵的作用下，空气以一定的流速流过切割器，较大的颗粒冈为惯性大而被涂了油的部件截留，惯性较小的细颗粒绝大部分随着空气流而通过。

1.2. PM2.5重量的测定

1.2.1.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。滤膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。但只要滤膜对于0．3 μm以上的颗粒截留效率大于99％，就算合格。因为所损失的极细小颗粒物对PM2.5的重量贡献很小，对分析结果影响不大。

计算公式如下：

式中： ρ ——PM10或PM2.5浓度，mg/m³；

w2 ——采样后滤膜的重量，g；

w1 ——空白滤膜的重量，g；

V ——已换算成标准状态（101.325kPa, 273K）下的采样体积，m³

重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其他方法是否准确的标杆。然而重量法需要人工称重，程序比较繁琐而费时。因此，这种方法及仪器多应用于进行单点、某时间段内的采样与监测，为大气污染调查、研究提供数据。

1.2.2. β射线吸收法

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

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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。

1.2.3. 微量振荡天平法

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。

2. PM2.5的危害

细颗粒物因为直径越小，进入呼吸道的部位越深。10μm直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，2μm以下的可深入到细支气管和肺泡。细颗粒物进入人体到肺泡后，直接影响肺的通气功能，使机体容易处在缺氧状态。据悉，2012年联合国环境规划署公布的《全球环境展望5》指出，每年有近200万的过早死亡病例与颗粒物污染有关。《美国国家科学院院刊》（PNAS）也发表了研究报告，报告中称，人类的平均寿命因为空气污染很可能已经缩短了5年半。2013年7月31日，中国环境保护部发布的2013年6月份及上半年京津冀、长三

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