基于便携式监测仪的空气PM2.5浓度监测与分析

周成　卢守舟

摘要：文章介绍了PM2.5的基本概念以及空气质量的标准，在此基础上介绍了PM2.5监测装置和各种监测原理，同时介绍了气候、环境以及其他因素的变化对于PM2.5的影响，并对监测结果进行了分析，这为PM2.5浓度的监测与分析理论打下了坚实的基础，具有十分重要的意义。

关键词：PM2.5；便携式监测仪；监测方法；浓度监测；空气质量 文献标识码：A

中图分类号：X51 文章编号：1009-2374（2015）12-0084-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.042

随着经济的快速发展，越来越多的电力、石油以及其他高耗能的工业厂房需要去建设，这些工业建设项目在运行阶段会排放大量的颗粒物，严重影响着空气质量。在空气质量方面，大家探讨比较多的就是PM2.5问题，这些细小的颗粒物可以直接进入人体细胞，对血液循环以及身体其他技能造成危害。目前全国很多城市都正在承受着PM2.5的污染问题。对空气中的PM2.5进行有效和准确的监测，我们不仅可以得到准确的空气质量数据，在此基础上还可以制定符合实际情况的应对措施。

1 PM2.5基本介绍

1.1 基本概念

PM2.5级别的固体颗粒物可以直接悬浮在空气中，其污染程度与浓度有着正比例的关系。PM2.5级别的颗粒物在空气中含量很低，但是随着其数值变大，空气可见度将会降低。PM2.5固体颗粒物结构适宜携带有害物质，更有利于其传播，所以对人体伤害有着非常严重的影响。PM2.5在化学成分上主要包括以下部分：有机碳、元素碳以及硫酸盐、铵盐等盐类。

1.2 PM2.5的空气质量新标准

PM2.5数据来源比较多，目前较为准确的是监测网公布的标准和数值，它是对24小时内的空气平均质量进行评价。

2 PM2.5的便携式监测仪及监测方法介绍

2.1 便携式空气质量监测仪

仪器选用Grimm，仪器采用半导体激光光源。仪器测量空气中颗粒物时，以恒流采样，颗粒物激光光学平台，最后收集到滤膜上，用于进行重量和化学分析，抗干扰能力较强。

2.2 PM2.5监测方法

2.2.1 重量法。重量法需要将PM2.5截流到一张薄膜上面，然后再把截流下来的PM2.5称重。这个过程是反复对小于直径30微米的PM2.5固体颗粒进行分割和切割，空气切割器起着切割、分割空气的作用，这样PM2.5颗粒就可以被截流在已经设置好的玻璃器皿上了。然后再对PM2.5颗粒采样称重算出前后差值，计算出体积，就可以得出大气中PM2.5颗粒的浓度。

重量法是最原始也是最有效的方法，可以用来验证其他方法，通过人工进行操作，这个过程比较繁琐，如果想让这个过程更加自动化，可以采取接下来的两种

方法。

2.2.2 射线吸收法。原理主要是将颗粒物收集到滤纸，然后用射线进行照射，当射线穿过滤纸或者颗粒物的时候，由于射线被散射发生衰减，颗粒物的重量与其衰减的程度成正比。因此可以据此测算出颗粒物的

重量。

Beta射线吸收原理测量PM2.5采用的是国际测量方法的Beta射线吸收原理，此过程将会用到beta射线自动检测仪。

2.2.3 微量振荡天坪法。这样做的目的是为了利用两头粗细不一致的空心玻璃管并固定好较粗的一端，在另一端装上过滤芯。空气从较粗的一端进入，从较细一端流出，这样的过程可以把PM2.5颗粒过滤在滤芯上面。同时，利用静电场原理对空心玻璃瓶震荡，振荡的频率与细头重量的平方根之间成反比。玻璃瓶震荡频率变换可以计算收集到的PM2.5颗粒，PM2.5浓度就可以测量出来了。

3 具体实例分析

本文主要对不同天气状况下、不同环境条件下、不同时间段、不同季节条件下的PM2.5浓度进行监测和观察，以得出分析结论。

3.1 不同天气状况下的PM2.5浓度

下面就不同天气状况下的PM2.5浓度进行监测，假设此时季节、气体温度、周边环境、监测时间相同的情况下，只是考虑气候状况对PM2.5的影响。下面罗列一些数据进行进一步的分析，测量结果如表1所示：

根据数据分析，可以发现在天气晴朗的情况下，PM2.5监测平均值为88，雨天PM2.5监测平均数值为51，阴天PM2.5平均值为112，风天PM2.5平均值为64。PM2.5监测数值与当天的天气情况有着紧密的关系，在晴天天气下，PM2.5与晴天与否有着关系；风天的PM2.5数值与风力级别有着紧密关系；下雨天气下，PM2.5数值与下雨大小也是有着关系，雨水冲刷对PM2.5数值大小影响很大。由于没有雨水以及风对PM2.5的影响，此时的PM2.5数值要比晴天天气状态下数值要大。PM2.5最大的天气为阴天，因为空气质量不受外界因素的影响，所以空气中的微小颗粒物比较多，不利于其扩散。

3.2 不同环境下PM2.5的浓度

对于某个城市PM2.5数值进行监测，应该考虑以下因素处于同一状态，比如监测区域时间段、周边环境、大气温度等因素，还要考虑不同的气候状态对PM2.5的影响。首先考虑在火电厂、公园以及马路周边场所。其测量结果如表2所示：

通过系统监测可以发现，电厂周边的PM2.5监测数值为177，马路边的监测数值为103，公园内的PM2.5监测数值为50。这是由于火电厂、公园、马路边有较为真实的代表意义。工程类环境可以由火电厂代表，汽车尾气环境可以由马路边代表。所以可以知道，汽车尾气对于PM2.5的影响要小于火电厂对于PM2.5的影响，这主要是由于电厂排放了大量的粉尘以及其他固体颗粒物。火电厂燃煤在不充分燃烧以及没有净化状态排入大气，对PM2.5有着非常大的影响。然后就是汽车尾气对于PM2.5的影响，对于空气中PM2.5的贡献量也比较大。

3.3 不同季节条件下PM2.5的浓度

针对某个城市的不同环境状况下的PM2.5浓度进行监测，假设其他的因素都相同，考虑春夏秋冬四个季节。下面比较几组测量结果，其测量结果如表3所示：

通过监测可以发现，春、夏、秋、冬季的监测结果分别为88、51、89、110。对比可以发现，春天和秋天的空气质量较差，夏季的空气质量最好，但是总体上是差不多的；一年当中，空气最差的当属冬天，这与我们的研究结果是相吻合的。这主要是由于温度以及气候特点对于PM2.5的影响，另外还由于在冬天时，大量的居民采用燃煤取暖，这样会造成大量燃煤废弃物排放，使得PM2.5数值上升明显，在我国北方地区比较严重。

4 结语

本文利用便携式PM2.5监测仪器对不同条件的空气质量进行了监测，并对这些数进行了统计分析。经过分析可以发现，PM2.5数值影响因素比较多，主要的影响因素有工业厂房、汽车尾气、绿化等。另外，影响PM2.5的客观条件就是天气情况，比如晴天以及阴天等其他气候条件。根据数据分析，我们可以发现本文的监测方法和监测结论对于PM2.5的研究具有十分重要的意义。

参考文献

[1] 张大年.城市大气可吸入颗粒物的研究[J].上海环境科学，1999，18（4）.

[2] 杨复沫，马永亮，贺克斌.细微大气颗粒物PM2.5及其研究概况[J].世界环境，2000，（4）.

[3] 汪安璞.中国环境科学年鉴：我国某些区域大气污染化学研究[M].北京：中国环境科学出版社，1989.

作者简介：周成（1974-），男，山东济南人，山东省环境监测中心站高级工程师，研究方向：环境监测。

（责任编辑：黄银芳）