PM2.5检测方法

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 授课老师：XX

摘要：随着工业的发展，机动车辆的增多，污染物排放和大气颗粒物大量增加，直接导致了大气能见度降低，使得整个城市看起来灰蒙蒙一片。研究表明，大气颗粒物中的PM2.5是能见度降低的主要原因。本文就PM2.5的定义、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的，粒径小于100微米的称为TSP(TotalSuspendedParticle)，即总悬浮物颗粒；粒径小于10微米的称为PM10(PM 为ParticulateMatter缩写)，即可吸入颗粒物；粒径小于2.5微米的称为PM2 .5，即可入肺颗粒物，它的直径仅相当于人的头发丝粗细的1/20。

虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它与较粗的大气颗粒物相比，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，因而对人体健康和大气环境质量影响更大。

大气颗粒物的分类及分析方法：

空气中漂浮着各种大小的颗粒物，PM2.5是其中较细小的那部分。要想测定PM2.5的浓度，需要分两步走：第一步：把PM2.5与较大的颗粒物分离；第二步：测定分离出来的PM2.5的重量。目前，各国环保部门广泛采用的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。这三种方法的第一步是一样的，区别在于第二步。

2、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。环境空气监测中采样环境及采样频率要按照HJ.T194 的要求执行。PM10连续自动监测仪的采样切割装置一般设计成旋风式，它在规定的流量下，对空气中10um粒径的颗粒物具有50%的采集效率、以下为其技术性能指标表。而且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。

3、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、采样泵和器主机组成。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。

测试原理：

β射线测试法Beta Attenuation

原理：粉尘粒子吸收β射线的量与粉尘粒子的质量成正比关系。根据粉尘粒子的吸收β射线的多少，计测出粉尘的质量浓度（mg/m3）。此原理不受粉尘粒子大小及颜色的影响。直读、快速测尘仪、操作简便。利用冲击原理采样。可转动的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。

5、PM2.5防控方法

PM2.5污染防控思路可概括为:一次控制总量，二次加强协同，城市重点考核，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的空间输送规律，将区域划分为重点控制区和一般控制区，实施差异化的控制管理，制定有针对性的污染防治措施。针对不同区域出现的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，应重点控制PM2.5和O3；在复合型污染显现区，应重点控制PM10、SO2、NO2，同时注重PM2.5和O3；在传统煤烟型污染控制区应重点控制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的二次粒子对PM2.5影响严重的区域，应强化植被树种的选择。

制定空气质量持续改善目标。区域及各省市可以通过制定颗粒物及SO2、NOX、VOCS 和NH3等前体物的综合控制规划，制定污染物减排总体目标以及各地区减排份额，开展污染物减排的区域合作。例如按照《北京市2010~2020年大气污染治理工作方案》，到2015年，北京市空气中PM2.5浓度比2010年下降15％，PM2.5浓度降至60微克/立方米；到2020年，北京市空气中主要污染物浓度将比2010年下降30％，PM10浓度达到80微克/立方米，PM2.5浓度达到50微克/立方米，SO2浓度降至20微克/立方米以下，O3超标小时数减少30％。

优化能源结构。大力发展风能，推动生物质成型燃料、生物质液体燃料等多种形式的综合利用，推广使用地热能，积极开发利用水资源。结合区域实际，严格控制区域煤炭消费总量，建立煤炭消费总量预测预警机制。加强“高污染燃料禁燃区”划定工作，逐步扩大禁燃区范围。重点控制区高污染燃料禁燃区面积要达到城市建成区面积的80％以上，一般控制区达到城市建成区面积的60％以上。按照统一规划、以热定电和适度规模的原则，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的开采与使用，提高煤炭洗选比例，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。进一步加强SO2排放总量控制，逐步开展NO X排放总量控制，在重点行业(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、NO X、VOCS和温室气体协同控制；加强颗粒物与黑碳的协同控制，包括对部分重点工业(炼焦、砖瓦等)、柴油车等的控制。加强多污染物协同控制的基础研究，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。建立详细的颗粒物及其前体物与温室气体排放动态数据库、质量保证体系、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，提高居民人均寿命。完善环境与健康工作的法律、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，基本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估、预测和预警工作。考虑反映人

体暴露于具有时空分布特征的污染物的频率和时间，在典型示范区域开展高解析度大气污染源清单(包括移动源和固定源)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，明确研究范围内主要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的暴露——反应关系基础上进行健康风险评估，在保护我国民众人群健康的目标下，提升我国环境空气质量管理水平。

增加科研投入与科技创新。设立国家大气污染防治重大科技专项，摸清空气质量变化规律，明确排放清单和控制对策，针对空气质量改善途径和阶段目标以及相应的控制工程技术进行科学、系统、深入的研究。推动尽快设立中央财政大气污染防治专项资金，采取以奖促治、以奖代补等方式，着力推进工业企业污染防治、黄标车淘汰等重点治污项目，加强区域空气质量监测、监控能力建设。地方各级环保部门也要积极联合地方有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，制定本地区空气污染防治实施方案，明确工作任务和部门职责分工。全面提升全民环境意识，不断增强公众参与环境保护的能力。加强舆论监督，为改善大气环境质量营造良好氛围。

参考文献：

[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射线法测量的理论与数据处理,中国科学院安徽光学精密机械研究所量子电子学报,2001.2；

[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的研究进展，中国环境监测第一期,2002；

[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；