PM2.5檢測技術(shù)詳解

　　問(wèn)：目前世界上流行的顆粒物自動(dòng)監測美國聯(lián)邦等效方法設備技術(shù)有哪些？

　　答： 主要以：振蕩天平技術(shù)、Beta射線(xiàn)技術(shù)、Beta射線(xiàn)光濁度技術(shù)和光散射技術(shù)為主。在中國的PM10顆粒物監測中大量采用了振蕩天平和Beta射線(xiàn)技術(shù)的自動(dòng)監測設備，以這兩項技術(shù)為基礎開(kāi)發(fā)的PM2.5顆粒物監測儀也已進(jìn)入中國的環(huán)境監測領(lǐng)域。

　　振蕩天平法

　　振蕩天平技術(shù)是在上世紀80年代，由美國RP公司應用于環(huán)境顆粒物自動(dòng)監測領(lǐng)域。在儀器中測量樣品質(zhì)量的微量振蕩天平傳感器主要部件是一支一端固定另一端裝有濾膜的空心錐形玻璃管，樣品氣流通過(guò)濾膜，顆粒物被收集在濾膜上。在工作時(shí)空心錐形玻璃管是處于往復振蕩的狀態(tài)，它的振蕩頻率會(huì )隨著(zhù)濾膜上收集的顆粒物的質(zhì)量變化發(fā)生改變，儀器通過(guò)準確測量頻率的變化得到采集到的顆粒物的質(zhì)量，然后根據收集這些顆粒物時(shí)采集的樣品體積計算得出樣品的濃度。

　　一臺符合美國環(huán)保署要求，獲得美國聯(lián)邦等效方法號的振蕩天平法PM2.5顆粒物監測儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、濾膜動(dòng)態(tài)測量系統、采樣泵和儀器主機組成。流量為每小時(shí)1立方米的環(huán)境空氣樣品經(jīng)過(guò)PM10采樣頭和PM2.5切割器后成為符合技術(shù)要求的PM2.5顆粒物樣品氣體。來(lái)自于PM2.5切割器的PM2.5樣品氣體進(jìn)入膜動(dòng)態(tài)測量系統后首先會(huì )經(jīng)過(guò)干燥器，在那里樣品的相對濕度降到一定的程度，隨后樣品氣體會(huì )根據系統切換閥的狀態(tài)流向不同的部件。在測量的第一時(shí)段，PM2.5樣品會(huì )直接到達微量振蕩傳感器，樣品中的顆粒物被收集在濾膜上，當第一時(shí)段結束時(shí)儀器可測得濾膜上的顆粒物的質(zhì)量，計算出樣品的質(zhì)量濃度；在測量的第二時(shí)段，系統切換閥將PM2.5樣品氣樣導入濾膜動(dòng)態(tài)測量系統的冷凝器，樣品氣體中的顆粒物和有機物等組分被冷凝并被安裝在那里的過(guò)濾器截留，通過(guò)冷凝器之后的純凈氣體再進(jìn)入微量振蕩傳感器，由于此時(shí)氣樣中不含顆粒物，因此傳感器上的濾膜不會(huì )增重，反而因濾膜上的已收集顆粒物中的揮發(fā)性或半揮發(fā)性顆粒物的持續揮發(fā)，而造成濾膜上已收集顆粒物的質(zhì)量減少，在第二時(shí)段結束時(shí)儀器可測得測量周期內揮發(fā)掉的顆粒物的質(zhì)量和濃度。最終儀器用第二時(shí)段測得的數據對第一時(shí)段測得的數據進(jìn)行補償輸出測量結果。

　　由于PM2.5顆粒物由多種物質(zhì)組成，并以不同的形態(tài)存在于環(huán)境空氣中，在進(jìn)行自動(dòng)監測過(guò)程中需要排除由于顆粒物的吸水性帶來(lái)的測量結果偏高和揮發(fā)性物質(zhì)在分析過(guò)程中丟失造成的測量結果偏低的問(wèn)題。配置膜動(dòng)態(tài)測量系統的振蕩天平法PM2.5顆粒監測儀最大限度地解決了這些問(wèn)題。

　　Beta射線(xiàn)法

　　Beta射線(xiàn)法PM2.5顆粒物監測儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、樣品動(dòng)態(tài)加熱系統、采樣泵和儀器主機組成。符合技術(shù)要求的PM2.5顆粒物樣品氣體在樣品動(dòng)態(tài)加熱系統中樣品氣體的相對濕度被調整到35%以下，樣品進(jìn)入儀器主機后顆粒物被收集在可以自動(dòng)更換的濾膜上。在儀器中濾膜的兩側分別設置了Beta射線(xiàn)源和Beta射線(xiàn)檢測器。隨著(zhù)樣品采集的進(jìn)行，在濾膜上收集的顆粒物越來(lái)越多，顆粒物質(zhì)量也隨之增加，此時(shí)Beta射線(xiàn)檢測器檢測到的Beta射線(xiàn)強度會(huì )相應地減弱。由于Beta射線(xiàn)檢測器的輸出信號能直接反應顆粒物的質(zhì)量變化，儀器通過(guò)分析Beta射線(xiàn)檢測器的信號變化得到一定時(shí)段內采集的顆粒物質(zhì)量數值，結合相同時(shí)段內采集的樣品的體積，最終報告出采樣時(shí)段的顆粒物濃度。 根據2010年美國環(huán)保署公布的美國PM2.5監測使用的儀器清單和布點(diǎn)情況，在美國PM2.5監測網(wǎng)絡(luò )中約有60%的振蕩天平法監測儀，Beta射線(xiàn)法的儀器也占30%左右。

　　問(wèn)： 關(guān)于PM2.5的監測技術(shù)，是否國外做過(guò)比較，各自的特點(diǎn)是什么呢？

　　答：多年來(lái)，美國環(huán)保署不斷對顆粒物自動(dòng)監測技術(shù)和設備進(jìn)行評價(jià)和建議改進(jìn)，積累了大量的測試數據和實(shí)驗結果。，振蕩天平與膜動(dòng)態(tài)測量系統聯(lián)用技術(shù)與經(jīng)典重量法數據的相關(guān)性最佳，在94%到99%之間。而B(niǎo)eta射線(xiàn)技術(shù)相關(guān)性在77%到90%之間。因此，振蕩天平技術(shù)成為目前世界各國正在使用的，顆粒物自動(dòng)監測的主流技術(shù)。美國環(huán)保署多年來(lái)始終在關(guān)鍵測試點(diǎn)位上，使用振蕩天平與膜動(dòng)態(tài)測量系統聯(lián)用技術(shù)。在美國PM2.5監測網(wǎng)絡(luò )中約有60%的振蕩天平法監測儀。

　　下圖為2010年美國環(huán)保署公布的美國PM2.5監測使用的儀器清單和布點(diǎn)情況：

美國2010年P(guān)M2.5監測使用的儀器清單和布點(diǎn)

　　振蕩天平技術(shù)顆粒物監測儀作為美國環(huán)保局認可的PM10聯(lián)邦等效方法設備，和振蕩天平及膜動(dòng)態(tài)測量系統聯(lián)用的顆粒物監測儀作為美國環(huán)保局認可的PM2.5聯(lián)邦等效方法設備，為中國及全世界眾多國家提供精確、有效的監測數據。在中國、美國和歐洲眾多監測相關(guān)機構所進(jìn)行的測試中，上述技術(shù)的數據與經(jīng)典重量法之間數據更加吻合。由此，多年來(lái)我國所積累的節能減排和環(huán)境監測數據的真實(shí)性、可靠性、精確性是毋庸置疑的。