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PM2.5检测方法
医药化工学院 化学工程与工艺 学生: XXX 学号: XXX 讲课老师: XX
摘要: 伴随工业发展, 机动车辆增多, 污染物排放和大气颗粒物大量增加, 直接造成了
大气能见度降低, 使得整个城市看起来灰蒙蒙一片。研究表明, 大气颗粒物中PM2.5是能见度降低关键原因。本文就PM2.5定义、 危害、 监测技术、 相关标准, 以及防治手段等进行了介绍。
关键词: PM2.5; 重量法; β射线吸收法; 微量振荡天平法
1、 引言
在空气动力学和环境气象学中, 颗粒物是按直径大小来分类, 粒径小于100微米称为TSP(TotalSuspendedParticle), 即总悬浮物颗粒; 粒径小于10微米称为PM10(PM 为ParticulateMatter缩写), 即可吸入颗粒物; 粒径小于2.5微米称为PM2 .5, 即可入肺颗粒物, 它直径仅相当于人头发丝粗细1/20。 
即使PM2.5只是地球大气成份中含量极少组分, 但它与较粗大气颗粒物相比, 粒径小, 富含大量有毒、 有害物质且在大气中停留时间长、 输送距离远, 所以对人体健康和大气环境质量影响更大。
大气颗粒物分类及分析方法:
颗粒物分离类
缩写
定义
分析方法
手工分析
自动分析
总悬浮颗粒物
TSP
环境空气中空气动力学当量直径≤100μm颗粒物
重量法
GB/T15432

可吸入颗粒物
PM10
环境空气中空气动力学当量直径≤10μm颗粒物
重量法HJ618
β射线、 微量震荡天平法
细颗粒物
PM2.5
环境空气中空气动力学当量直径≤2.5μm颗粒物
重量法HJ618
β射线、 微量震荡天平法
空气中漂浮着多种大小颗粒物, PM2.5是其中较细小那部分。要想测定PM2.5浓度, 需要分两步走: 第一步: 把PM2.5与较大颗粒物分离; 第二步: 测定分离出来PM2.5重量。现在, 各国环境保护部门广泛采取PM2.5测定方法有三种: 重量法、 β射线吸收法和微量振荡天平法。这三种方法第一步是一样, 区分在于第二步。
2、 重量法
中国现在对大气颗粒物测定关键采取重量法。其原理是分别经过一定切割特征采样器, 以恒速抽取定量体积空气, 使环境空气中PM2.5和PM10被截留在已知质量滤膜上, 依据采样前后滤膜质量差和采样体积, 计算PM2.5和PM10浓度。必需注意是, 计量颗粒物单位ug/m3中分母体积应该是标准情况下（0℃、 101.3kPa）体积, 对实测温度、 压力下体积均应换算成标准情况下体积。环境空气监测中采样环境及采样频率要根据HJ.T194 要求实施。PM10连续自动监测仪采样切割装置通常设计成旋风式, 它在要求流量下, 对空气中10um粒径颗粒物含有50%采集效率、 以下为其技术性能指标表。而且滤膜并不能把全部PM2.5都搜集到, 部分极细小颗粒还是能穿过滤膜。只要滤膜对于0.3微米以上颗粒有大于99%截留效率, 就算是合格。损失部分极细小颗粒物对结果影响并不大, 因为那部分颗粒对PM2.5重量贡献很小。
重量法测量PM2.5浓度普遍采取大流量采样器, 原理为采样泵抽取一定体积空气进入切割器, 将空气动力学直径小于30μm颗粒物切割分离, PM2.5颗粒伴随气流经切割器出口被阻留在已称重滤膜上。依据采样前后滤膜质量差及采样体积, 计算出PM2.5浓度。计算公式为:

式中: C——PM2.5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——换算成标准情况下采样流量, L/min;
t——采样时间, min
重量法是最直接、 最可靠方法, 是验证其它方法是否正确标杆。然而重量法需人工称重, 程序繁琐费时。假如要实现自动监测, 就需要用到另外两种方法。
3、 β射线吸收法
Beta射线仪则是利用Beta射线衰减原理, 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射线经过沉积着颗粒物滤膜时, Beta射线能量衰减, 经过对衰减量测定便可计算出颗粒物浓度。 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、 采样泵和器主机组成。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颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中, 样品气体相对湿度被调整到35%以下, 样品进入仪器主机后颗粒物被搜集在能够自动更换滤膜上。在仪器中滤膜两侧分别设置了 Beta射线源和Beta射线检测器。伴随样品采集进行, 在滤膜上搜集颗粒物越来越多, 颗粒物质量也随之增加, 此时 Beta 射线检测器检测到Beta射线强度会对应地减弱。因为Beta射线检测器输出信号能直接反应颗粒物质量改变, 仪器经过分析 Beta 射线检测器颗粒物质量数值, 结合相同时段内采集样品体积, 最终得出采样时段颗粒物浓度。配置有膜动态测量系统后, 仪器能正确测量在这个过程中挥发掉颗粒物, 使最终汇报数据得到有效赔偿, 理靠近于直实值。
测试原理:
β射线测试法Beta Attenuation
原理: 粉尘粒子吸收β射线量与粉尘粒子质量成正比关系。依据粉尘粒子吸收β射线多少, 计测出粉尘质量浓度（mg/m3）。此原理不受粉尘粒子大小及颜色影响。直读、 快速测尘仪、 操作简便。利用冲击原理采样。可转动圆形玻璃冲击板可采集 30个样品。测量范围: 0—50mg/m3。
4、 微量震荡天平法
TEOM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滤膜, 振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当采样气流经过滤膜, 其中颗粒物沉积在滤膜上, 滤膜质量改变造成振荡频率改变, 经过振荡频率改变计算出沉积在滤膜上颗粒物质量, 再依据流量、 现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志质量浓度。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, 成为符合技术要求颗粒物样品气体。样品随即进入配置有滤膜动态测量系统（FDMS）微量振荡天平法监测仪主机, 在主机中测量样品质量微量振荡天平传感器关键部件是一支一端固定, 另一端装有滤膜空心锥形管, 样品气流经过滤膜, 颗粒物被搜集在滤膜上。在工作时空心锥形管是处于往复振荡状态, 它振荡频率会伴随滤膜上搜集颗粒物质量改变发生改变, 仪器经过正确测量频率改变得到采集到颗粒物质量, 然后依据搜集这些颗粒物时采集样品体积计算得出样品浓度。
5、 PM2.5防控方法
PM2.5污染防控思绪可概括为:一次控制总量, 二次加强协同, 城市关键考评, 区域联防联控, 减排循序渐进, 防控标本兼治。
实施区域污染分区分类管理。依据自然地理特征、 社会经济发展水平、 大气污染程度、 城市空间分布及区域内污染物空间输送规律, 将区域划分为关键控制区和通常控制区, 实施差异化控制管理, 制订有针对性污染防治方法。针对不一样区域出现区域性复合型污染问题, 将区域分为复合型污染严重区、 复合型污染显现区、 传统煤烟型污染控制区、 自然源影响区。在复合型污染严重区, 应关键控制PM2.5和O3; 在复合型污染显现区, 应关键控制PM10、 SO2、 NO2, 同时重视PM2.5和O3; 在传统煤烟型污染控制区应关键控制PM10、 SO2, 加强采暖季燃煤污染控制; 在自然起尘对PM2.5影响严重区域, 应大力加强自然生态恢复、 建设和保护; 在植被排放前体物形成二次粒子对PM2.5影响严重区域, 应强化植被树种选择。
制订空气质量连续改善目标。区域及各省市能够经过制订颗粒物及SO2、 NOX、 VOCS和NH3等前体物综合控制计划, 制订污染物减排总体目标以及各地域减排份额, 开展污染物减排区域合作。比如根据《北京市~大气污染治理工作方案》, 到, 北京市空气中PM2.5浓度比下降15％, PM2.5浓度降至60微克/立方米; 到, 北京市空气中关键污染物浓度将比下降30％, PM10浓度达成80微克/立方米, PM2.5浓度达成50微克/立方米, SO2浓度降至20微克/立方米以下, O3超标小时数降低30％。
优化能源结构。大力发展风能, 推进生物质成型燃料、 生物质液体燃料等多个形式综合利用, 推广使用地热能, 主动开发利用水资源。结合区域实际, 严格控制区域煤炭消费总量, 建立煤炭消费总量估计预警机制。加强“高污染燃料禁燃区”划定工作, 逐步扩大禁燃区范围。关键控制区高污染燃料禁燃区面积要达成城市建成区面积80％以上, 通常控制区达成城市建成区面积60％以上。根据统一计划、 以热定电和适度规模标准, 发展热电联产和集中供热。逐步淘汰小型燃烧锅炉, 推进供热计量改革, 推进供热节能减排。限制高硫份高灰份煤炭开采与使用, 提升煤炭洗选百分比, 推进低硫、 低灰份配煤中心建设, 研究推广煤炭清洁化利用技术。 
强化实施多污染物协同控制。深入加强SO2排放总量控制, 逐步开展NOX排放总量控制, 在关键行业(建材、 火电、 钢铁、 有色、 石油和化工)、 机动车、 建筑行业研究实施一次颗粒物排放总量控制。加强颗粒物与SO2、 NOX、 VOCS和温室气体协同控制; 加强颗粒物与黑碳协同控制, 包含对部分关键工业(炼焦、 砖瓦等)、 柴油车等控制。加强多污染物协同控制基础研究, 研究二次无机/有机颗粒物生成及影响机制, 解析大气复合污染成因。建立具体颗粒物及其前体物与温室气体排放动态数据库、 质量确保体系、 温室气体排放清单, 分析确定节能减排和污染控制协同效应及调控技术对策。
降低环境与人群健康风险。改善环境空气质量, 提升居民人均寿命。完善环境与健康工作法律、 管理和科技支撑, 设定“十二五”期间完善环境与健康标准体系, 基础建成环境与健康监测网络和信息共享系统, 完善环境与健康风险评定、 估计和预警工作。考虑反应人体暴露于含有时空分布特征污染物频率和时间, 在经典示范区域开展高解析度大气污染源清单(包含移动源和固定源)建模(排放因子和活动水平)技术, 开展多尺度大气污染模型嵌套技术研究, 明确研究范围内关键大气污染物人群暴露剂量; 在估算中国大气污染物与健康危害暴露——反应关系基础上进行健康风险评定, 在保护中国民众人群健康目标下, 提升中国环境空气质量管理水平。
增加科研投入与科技创新。设置国家大气污染防治重大科技专题, 摸清空气质量改变规律, 明确排放清单和控制对策, 针对空气质量改善路径和阶段目标以及对应控制工程技术进行科学、 系统、 深入研究。推进立刻设置中央财政大气污染防治专题资金, 采取以奖促治、 以奖代补等方法, 着力推进工业企业污染防治、 黄标车淘汰等关键治污项目, 加强区域空气质量监测、 监控能力建设。地方各级环境保护部门也要主动联合地方相关部门加大地方政府和企业大气污染治理资金投入力度。
加强组织领导动员全民参与。地方人民政府要切实加强领导, 制订当地域空气污染防治实施方案, 明确工作任务和部门职责分工。全方面提升全民环境意识, 不停增强公众参与环境保护能力。加强舆论监督, 为改善大气环境质量营造良好气氛。

参考文件:
[1]国家环境保护局科技标准司编,大气环境分析方法标准,1998.2;
[2]张玉钧,刘文清等,大气中可吸入粉尘（PM10）β射线法测量理论与数据处理,中国科学院安徽光学精密机械研究所量子电子学报,.2;
[3]崔九思,王钦源,王汉平主编,大气污染监测方法（第二版）,化学工业出版社,1997;
[4]张文丽,徐东群,崔九思编,空气细颗粒物（Pm2.5）污染特征及其毒性机制研究进展, 中国环境监测第一期,;
[5]吴鹏鸣,姚荣奎,鲍子平主编,环境监测原理与应用,化学工业出版社,1991;