PM2.5概述及监测技术
日期：2016/9/12 11:10:54 浏览次数：
一、PM2.5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。
PM，英文全称为particulate matter(颗粒物）。科学家用PM2.5表示每立方米空气中这种颗粒的含量，这个值越高，就代表空气污染越严重。
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。
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。
二、 PM2.5监测方法
1、重量法
将PM2.5直接截留到滤膜上，然后用天平称重，这就是重量法。值得一提的是，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。只要滤膜对于0.3微米以上的颗粒有大于99%的截留效率，就算是合格的。损失部分极细小的颗粒物对结果影响并不大，因为那部分颗粒对PM2.5的重量贡献很小。
重量法测量PM2.5浓度普遍采用大流量采样器，原理为采样泵抽取一定体积的空气进入切割器，将空气动力学直径小于30μm的颗粒物切割分离，PM2.5颗粒随着气流经切割器的出口被阻留在已称重的滤膜上。根据采样前后滤膜的质量差及采样体积，计算出PM2.5的浓度。计算公式为：
式中：
C——PM2.5的质量浓度，mg/m3；
W2——采样后滤膜质量，mg；
W1——采样前滤膜质量，mg；
F——换算成标准状况下的采样流量，L/min；
t——采样时间，min。
重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其它方法是否准确的标杆。然而重量法需人工称重，程序繁琐费时。如果要实现自动监测，就需要用到另外两种方法。
2、β射线吸收法
将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束beta射线，射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度和PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量。β射线吸收原理：原子核在发生β衰变时,放出β粒子。β粒子实际上是一种快速带电粒子，它的穿透能力较强，当它穿过一定厚度的吸收物质时，其强度随吸收层厚度增加而逐渐减弱的现象叫做β吸收。当吸收物质的厚度比β粒子的射程小很多时，β射线在物质中的吸收，近似为：
式中：
I0——滤纸没有吸附吸收物质时的β粒子记数值；
I——是β射线穿过吸收物质厚度为tm的滤纸的β粒子记数值；
μm——称为质量吸收系数或质量衰减系数，单位为cm2/mg，对于同一吸收物质，μm与放射能量有关；
tm——称为质量厚度，单位为mg/cm2。
β射线源采用放射源14C，放射能量在100μCi以下，半衰期为5730年，安全可靠。
β射线吸收原理测量PM2.5普遍采用国际上流行的β射线吸收原理自动监测仪，仪器利用抽气泵对大气进行恒流采样，经PM2.5切割器切割后，大气中的PM2.5颗粒物吸附在β源和盖革计数管之间的滤纸表面，采样前后盖革计数管计数值的变化反映了滤纸上吸附灰尘的质量变化，由此可以得到采样空气中PM2.5的浓度。
首先，盖革计数管电路记录下β射线通过空白滤纸时的强度I1，由式（2）得：
第二步：恒流抽气系统通过PM2.5切割器抽入一定体积的样气，PM2.5颗粒被阻留在仪器滤纸表面上；
第三步：探测器记录下此时β射线的强度，设为I2，由式（2）得：
式中：Δm—— PM2.5的质量厚度，单位为mg/cm2。
假设I0在整个测量过程中保持不变。综合(3)和(4)，得：
第四步：根据滤纸被探测面积、采样流量和采样时间，计算出PM2.5的质量浓度。得：
式中：C——PM2.5的质量浓度，mg/m3；
S——探测面积，cm2；
F——换算成标准状况下的采样流量，L/min；
t——采样时间，min。
3、微量振荡天平法
一头粗一头细的空心玻璃管，粗头固定，细头装有滤芯。空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比。于是，根据振荡频率的变化，就可以算出收集到的PM2.5的重量
三、监测方法优缺点
a、重量法
重量法大流量采样器测量PM10的缺点是要求人工工作量大，滤膜采样前后需实验室烘干称重，人工换纸和取样，手工计算PM10的浓度，自动化程度低，不适合进行远距离监测，且取日均值时需连续采样12小时以上，不能反映PM10浓度的短时间变化情况，不能对沙尘暴等恶劣天气的变化进行实时反映。其优点是成本较低。
b、β射线吸收原理
β射线吸收原理自动监测仪测量PM10的优点是要求样品量很少，根据实际需要，采样时间1~99min可调，可每小时自动得出一个监测数据，实时反映空气中PM10浓度的变化情况，并可进行数据传输，有利于远程监测和自动控制，并极大的减少了人工工作量。其缺点是相对成本较高。
四、适用范围
a、重量法
重量法大流量采样器适用于近郊或经济条件相对落后的小城市，也可用于PM10污染变化较小的城市，在国内外环境质量评估中应用比较广泛。
b、β射线吸收原理
β射线吸收原理自动监测仪适用范围较广，在24小时空气质量连续自动监测中应用广泛。在污染较重或地理位置重要的地方，β射线吸收原理自动监测仪可有效的反映出空气中PM10污染浓度的变化情况，为环保部门进行空气质量评估和政府决策提供准确、可靠的数据依据。
五、结论
β射线吸收原理PM2.5自动监测仪完全可以替代传统的重量法大流量采样器进行空气中PM2.5浓度的连续自动监测，并能实时、准确反映空气中PM2.5浓度的变化情况，在PM2.5污染浓度变化较大或地理位置重要的地区作用突出，重量法大流量采样器可作为β射线吸收原理PM2.5自动监测仪24小时连续自动监测的必要补充。
