细颗粒物（PM 2.5）在环境空气自动监测中的方法对比与应用

胡亚琛

（湖南省益阳市环境监测站 湖南益阳 413000）

最近几年，“灰霾”和“雾霾”天气在我国部分地区出现频率越来越高，空气污染也越来越严重。细颗粒物（PM2.5）是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。依规和准确细颗粒物（PM2.5）连续自动监测是一项新生事物，既为全面实施《环境空气质量标准》（GB3095-2012）提供了第一手材料，也为广大人民群众感同身受环境空气质量提供科学技术依据，具有重要而现实意义。

1 常用监测方法

1.1 β射线法

β射线法是环境空气颗粒物自动监测推荐的一种主要方法。同位素放射物（C14）放射出β粒子，当β粒子穿透一定厚度的测量颗粒物时，其强度随吸收厚度增加而逐渐衰减（即β吸收）。测量时，抽气泵以恒定流量（16.7L/min）抽取被测空气，经过颗粒物（TSP、PM10和PM2.5）切割器后，空气动力学粒径大于特定粒径的颗粒（TSP或PM10）被截留到切割器中，细颗粒物（PM2.5）则留在气流中，并最终沉积在纸带上，通过分析细颗粒物（PM2.5）沉积前后的β射线强度变化就可以得到细颗粒物浓度。若采样空气流速为Q，滤纸没有或者已经吸附细颗粒物（PM2.5）时的β粒子计数值分别为（I0）或I，滤纸上细颗粒物（PM2.5）沉积区面积为A，采样时间为△t,μm为质量吸收系数或质量衰减系数（单位为cm2/mg），Xm为质量厚度（单位为mg/cm2，则测量得到细颗粒物（PM2.5） 浓度 C（单位为 mg/m3） 。

1.2 对比天平振荡法

振荡天平法，是通过石英振荡杆负重的变化，了解振荡频率的变化情况，并以此为依据对颗粒物浓度进行计算的一种监测方法。就目前情况来看，市场上使用天平振荡法的仪器，能够同时提供颗粒物（TSP、PM10和PM2.5）分钟级高时间分辨率的监测数据，可连接气象设备，同时提供相应的气象参数，但仪器体积较大，采样气路复杂，采样管只能部分加热，随着空气湿度增加，在监测中容易出现负值，对操作人员的维护水平有较高要求。

而β射线法的基本原理是分析颗粒物对β射线产生的吸收强度，在颗粒物吸附于滤纸带表面时，以采样测量前后β射线的强度变化为依据，利用盖革计数器计算颗粒物浓度。该仪器控制单元和测量单元一体化，体积较小，采样管自带加热装置，适合在空气湿度较大的地方使用。但该方法需要颗粒物切割器，不能同时监测TSP、PM10和PM2.5，更适合在条件简单和空气湿度较大的地方使用。

2 应用情况

2.1 国外

由欧盟在2008年发布的有关空气质量评价的报告可以了解到，在27个成员国中，细颗粒物（PM2.5）的监测站点有518个，其中使用β射线法的监测站点有186个，使用振荡天平法的监测站点有56个，而使用振荡天平法与膜动态测量系统联用方法的监测站点有105个。这三种方法的使用率分别为35%、10%、19%。另外的监测站点使用的监测方法为重量法和其他方法。

2.2 国内

从2007年开始，中国环境监测总站开始组织监测试点单位，最早的9个试点城市为上海、天津、广东、重庆、南京、宁波、苏州、广州和深圳。而较大范围的试点监测工作开始于2011年，全国有26个城市参与环保部的组织活动，监测项目有TSP、铅和苯并[a]芘手工监测以及细颗粒物（PM2.5）自动监测。在我国113个重点环保城市中，仅50个城市有细颗粒物（PM2.5）监测能力，有监测设备近100台，主要分布在东部相对发达的城市。

2.3 益阳市

益阳市地处湖南省中部和洞庭湖有腹地，是长株潭“3+5”城市群之一，目前共有11个环境空气自动监测点位，其中中心城区有5个监测点位。益阳市中心城区环境空气监测始于1982年，1996年国家修订了《环境空气质量标准（GB3095-1996）》，采用手工采样和实验室分析，从2003年起，该市逐步将5个环境空气监测点位升级改造为环境空气自动监测点位，其中2个监测点位采用河北先河环境设备公司仪器设备，3个空气站采用湖北武汉宇虹环保设备公司仪器设备，监测和评价指标为二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和可吸入颗粒物（PM10）等3项。2014年，该市5个空气监测点位均列入国家重点投资建设的129个城市381个点位之中，增加了细颗粒物（PM2.5）、臭氧（O3）和一氧化碳（CO）等 3 项监测指标，而细颗粒物自动监测均使用β射线法原理。

3 结语

β射线法作为一种细颗粒物（PM2.5）自动监测方法，在国内外都比较常用。根据监测仪器认证结果可知，β射线法与动态加热系统的联用、β射线法与动态加热系统和光散射法联用、天平振荡法与膜动态测量系统的联用，更能满足细颗粒物（PM2.5）的监测要求。

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[2]解淑艳，王晓彦，吴迓名，潘本锋，李亮，杜丽，包权，崔虎雄，刘冰,汪巍，王帅.环境空气中PM2.5自动监测方法比较及应用[J].中国环境监测，2013，02:150-155.