PM2.5的监测技术及现状

王媛　贾晓

【摘 要】PM2.5的污染对人和环境造成很大的影响，对PM2.5质量浓度的监测已迫在眉睫；本文就PM2.5的概念、来源以及监测的技术和方法进行论述，重点介绍了三种技术方法：重量法、β射线吸收法和振荡微量天平法，并对国内外的PM2.5的监测现状进行简单介绍。

【关键词】PM2.5；来源；监测技术；监测现状

0.概述

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。[1]PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，被称为大气污染的元凶。

气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；大部分PM2.5能沉降在呼吸道中，同时由于许多致癌和有毒物质如苯并[a]芘等多富集在PM2.5颗粒物上，因此PM2.5颗粒物对人体的危害非常大，越来越受到人们的重视。[2]

1.PM2.5的来源

PM2.5的化学组分主要包括有机碳、碳黑、粉尘、硫酸铵（亚硫酸铵）、硝酸铵等五类物质。有机碳、碳黑、粉尘，属于原生颗粒物，被称为一次颗粒物。硫酸铵（亚硫酸铵）、硝酸铵等，是由人类活动排放或自然产生的二氧化硫和二氧化氮等，在大气中经过光化学反应形成的二次污染物，所以被称为二次颗粒物。[3]

1.1工业源排放

经除尘器除尘后排放气体中所含有的烟尘是形成PM2.5的主要来源（尤其是燃煤电厂、冶金厂等工业排放源），他们在大气环境中经扩散、化学反应等过程往往造成PM2.5分布的交叉区域，某些区域PM2.5的浓度将呈现峰值。

1.2机动车辆尾气

燃油机动车产生的CO、NOx及CH等是PM2.5的间接来源。Kevin A. Whitney指出在所有燃油机动车辆尾气中，78%-85%的颗粒物是PM2，5； J.A.Gi]lies也指出机动车辆尾气中PM2，5的主要成分为元素碳（EC），其次是有机碳（OE），并发现PM2.5的浓度与NOx的排放率之间呈现线性增函数关系。

1.3道路及施工扬尘

机动车行驶及建筑物施工造成二次扬尘，其中较大的颗粒物因重力作用而沉降到地面，粒径小的因沉降速度小，受环境因素影响而长期悬浮于空气中，随时间推移PM2.5；浓度成增加的趋势。长宗宁就干线道路悬浮物随距离的衰减进行了研究，结果发现：SPM平均浓度在离道路50m内，衰减率约为25%，50m以外约为3%，干线道路的影响大约为50m左右，随着远离道路，元素碳是衰减比例最高的元素，用CMB法分析得出路边汽车对SPM贡献率为48%。[4]

2.PM2.5的监测技术与方法

PM2.5质量浓度的测量可通过手工重量法和自动监测仪进行测量，由于颗粒物细粒子PM2.5的组成与机理的特殊性，实现自动监测的难度远远大于传统的PM10，因此只有少数设备通过了美国环保署的认证。[5]

2.1重量法[6]-[7]

通过有一定切割特性的采样器，用恒定速度抽取定量的体积空气，使外界环境空气中的PM2.5被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的重量差以及采样体积，计算出PM2.5浓度。

滤膜称重法测定的是颗粒物的绝对质量浓度，它的原理简单、测定数据可靠、测量不受颗粒物的形状、大小和颜色等的影响，但是在测定的过程中，操作繁琐、费时、采样仪笨重、噪声大，且不能立即给出测试结果。

2.2 β射线吸收法

此方法是通过测量β射线的强度变化来确定气溶胶的质量浓度。颗粒物被采集到滤膜上，β射线穿过该滤膜是其强度发生变化。穿过滤膜的β射线的强度随着颗粒物的负载量成比例减弱。β射线衰减检测是一个带有连续过滤带（filter tape）的自动化采样器，每一次测量时都有“新鲜”的过滤节（filter segment）。最初，利用未暴露的过滤节作为空白衰减来测量β射线衰减，然后把这段过滤节暴露在周围颗粒物中，在一段时间内收集颗粒物，此时再次测量β射线衰减，经空白修正后转换为质量浓度。

2.3振荡微量天平法

此方法被广泛用作连续PM10质量测量检测器，如果用PM2.5采样头取代PM10采样头，它也可以连续测量PM2.5的浓度。在该方法中，收集颗粒物的滤膜被放在一个玻璃管顶部，该玻璃管应用电场内振荡，随着滤膜上收集的颗粒物不断增加，玻璃管的振荡频率降低，方法的灵敏度约为1～2μg/ m3，典型的分辨时间为5min。[8]为了维持必要的精密度，锥形元件必须保持恒温，以避免膨胀或收缩造成的影响，并要递升温度以除去被吸附的水分，这样才能避免周围环境湿度的变化造成的影响。但是，无论在采样头处还是在锥形元件处加热样品，都会使气溶胶中的半挥发性物质损失。

3.PM2.5的国内外监测现状

气溶胶的早期观测主要针对TSP，随着人们对细颗粒物对生物健康的危害的重视，PM10和PM2.5的观测研究逐渐成为重点。美国EPA（美国环保局）从1987年开始了对PM10的网络化观测，从1999年开始了PM2.5的观测；欧洲EMEP（欧洲空气污染物长程飘移监测和评价）从1998年开始PM10的网络化观测，目前已有十几个国家参与，部分国家也对PM2.5进行观测。

2011年12月21日，中国环境保护部部长周生贤在“2012年全国环保工作会议”上表示，“必须抓紧修改完善，增加PM2.5检测指标，尽力争取早发布。2012年在京津冀、长三角、珠三角等重点区域及直辖市和省会城市开展PM2.5检测充分说明国家对于PM2.5超标的重视，周生贤还强调，必须建立区域大气环境质量预报系统等方式控制PM2.5。国家对于PM2.5的重视使得减轻PM2.5的外患成为可能。

2012年10月11日，国家环境保护部副部长吴晓青表示，新的《环境空气质量标准》颁布后，环保部明确提出了新标准实施的“三步走”目标。截至目前，全国已有195个站点完成PM2.5仪器安装调试并试运行，有138个站点开始正式PM2.5监测并发布数据。

迄今为止，PM2.5的污染情况不容乐观，所以了解其污染现状、污染变化规律、污染类型，判明主要污染源并制定切实可行的防治措施，改善人气环境质量，改善居住环境，降低相关疾病的发病率，减轻社会和家庭的医药费用负担，提高生活质量都具有理论指导意义。

【参考文献】

[1]李广超，傅梅绮.大气污染控制技术.化学工业出版社，2005，2：69.

[2]曾凡刚.大气环境监测.化学工业出版社，2003，1：305.

[3]杨新兴，冯丽华.大气颗粒物PM2.5及其危害.前沿科学，2012，1，6，21：25.

[4]钟天翔.杭州市空气环境中挥发性有机物与PM2.5污染研究.

[5]崔延青，王春迎，尚永昌.大气细粒子（PM2.5）监测技术进展.中国环保产业，2012.4：10.

[6]朱一船，张晶，周文刚，等.LD-3C型微电脑激光粉尘仪及其质量浓度转换系数K值的测定[J].中国环境卫生，2003，6（1-3）：103-107.

[7]杨书申，邵龙义，龚铁强，等.大气颗粒物浓度检测技术及其发展[J].北京工业职业技术学院学报，2005，4-1：36-39.

[8]白志鹏，王宝庆，王秀艳，姬亚芹，等.空气颗粒物污染与防治.化学工业出版社，2011，1：63.