PM2.5监测方法的讨论

汪 雨 刘 聪 陈舜琮

北京市理化分析测试中心

PM2.5监测方法的讨论

汪 雨 刘 聪 陈舜琮

北京市理化分析测试中心

本文主要对目前我国细颗粒物PM2.5监测的重量法、微量振荡天平法及β射线法等三种标准方法，以及非标准的光散射方法原理进行了简要的介绍。

1 现状分析

近年来，我国部分地区“雾霾”、“灰霾”天气日益显著，如2014年初北京地区出现了持续将近一周的严重“雾霾”天气。环境监测结果表明，当出现“雾霾”及“灰霾”天气时，空气中颗粒物浓度显著增高，因此，空气中颗粒物浓度是造成“雾霾”及“灰霾”天气的重要原因。各种研究结果表明：细颗粒物PM2.5对人体健康危害较大，它可以通过进入人体的肺泡和血液中，造成呼吸系统和心血管系统的多种疾病。同时，颗粒物上可能附着的病菌等病原物也能扩大各类流行病的传播。因此通过对细颗粒物PM2.5监测，可为公众采取有效防护措施和应对方法提供参考和依据，从而进一步降低“雾霾”、“灰霾”天气对公众人体健康的危害。

我国国家标准《GB 3095-2012环境空气质量标准》中对细颗粒物PM2.5的定义为：“指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物（particulate matter），也称细颗粒物”。同时该标准对空气中细颗粒物PM2.5浓度限值也进行了明确：24小时平均浓度一级为35μg/m3、二级为70μg/m3，年平均浓度一级为15μg/m3、二级为35μg/m3。目前我国监测、检测细颗粒物PM2.5的方法主要可以分为标准方法和非标准方法。

2 PM2.5检测及监测的标准方法

《GB 3095-2012 环境空气质量标准》中对细颗粒物PM2.5的分析方法分为手工和自动分析方法。该标准中规定手工分析方法为重量法，自动分析方法为微量振荡天平法、β射线法。

2.1 重量法（滤膜称重法）

重量法在《HJ 618-2011 环境空气 PM10和PM2.5的测定 重量法》中的分析流程为：通过具有一定切割特性的采样器，以恒速抽取定量体积空气，使环境空气中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和采样体积，计算细颗粒物PM2.5浓度。

重量法是目前检测测定细颗粒物PM2.5较为简单、可靠的方法，而且还可以用于进一步分析细颗粒物PM2.5的具体化学成分，因此其在环保研究领域具有重要的作用。但重量法的局限性在于不能实现在线、时监测。

2.2 微量振荡天平法（TEOM微量振荡天平法）

微量振荡天平法工作原理是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在空心锥形管振荡端上安放可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特性和它的质量。当采样气流经具有一定切割特性的采样器通过滤膜，其中的细颗粒物PM2.5沉积在滤膜上，滤膜质量变化导致振荡频率变化，通过测量振荡频率的变化计算出沉积在滤膜上细颗粒物PM2.5的质量，再根据采样流量、采样现场环境温度和气压计算出该时段的细颗粒物PM2.5标态质量浓度，相关仪器示意图，如下图。

该方法可以进行连续监测，但由于需要进行加热消除湿度的影响，因此会损失部分不稳定的半挥发性物质。《HJ 655-2013 环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统安装和验收技术规范》对微量振荡天平法的相关具体要求进行了明确的规定。目前我国很多环境监测部门都使用了该方法进行细颗粒物PM2.5的连续监测。

图1 TEOM 大气颗粒物分析仪结构示意图

2.3 β射线法（β射线吸收法）

β射线法是利用β射线衰减量测试采样期间增加的细颗粒物PM2.5的质量。环境空气由采样泵吸入采样管后，经具有一定切割特性的采样器通过滤膜后排出，细颗粒物PM2.5沉淀在采样滤膜上，当β射线通过沉积着细颗粒物PM2.5的滤膜时β射线能量衰减，通过对衰减量的测定计算出细颗粒物PM2.5的浓度。《HJ 655-2013 环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统安装和验收技术规范》对β射线法的相关具体要求进行了明确的规定。

β射线法也是目前我国很多环境监测部门使用的方法，北京的美国大使馆也是使用该方法进行细颗粒物PM2.5的监测。

3 PM2.5检测及监测的非标准方法

目前我国除了以上三种细颗粒物PM2.5的监测标准方法外，还有使用较广的非标准方法，其中应用最多的是光散射法（激光粒度法）。该方法主要原理是：空气中细颗粒物PM2.5对通过其中的光具有散射效果，而散射光的强度与细颗粒物PM2.5浓度存在一定的数学关系，通过测定光的散射强度就可以计算出细颗粒物PM2.5的浓度。同样，当使用该方法测定时，也需要将定空气通过具有一定切割特性的采样器进行细颗粒物PM2.5的分割。

目前，市场上已有基于光散射原理的测定细颗粒物PM2.5的商品仪器，同时还有很多基于以上原理的家用式PM2.5监测仪。该方法可作为现有国家标准方法的有益补充，但其存在的主要缺点是颗粒物自身的性质（如形状、粒径分布等）、湿度等都对测定结果有显著的影响。

4 总结

以上的4种方法是细颗粒物PM2.5监测的主要方法，其发挥了重要的作用。当前，“雾霾”、“灰霾”天气已经成为影响人们生活的一个重要因素，对细颗粒物PM2.5的监测毕竟是最无奈的选择，如何有效治理细颗粒物PM2.5才是解决问题的根本。