但德忠

（四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都 610065）

環(huán)境空氣PM2.5監(jiān)測(cè)技術(shù)及其可比性研究進(jìn)展

但德忠

（四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都 610065）

隨著我國(guó)PM2.5國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的頒布，PM2.5的科學(xué)監(jiān)測(cè)對(duì)了解和評(píng)價(jià)環(huán)境空氣質(zhì)量顯得尤為重要。由于PM2.5的組成復(fù)雜多變、各種檢測(cè)技術(shù)原理及特點(diǎn)各異，PM2.5的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)及其方法的規(guī)范化成為環(huán)境空氣質(zhì)量管理的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。該文重點(diǎn)評(píng)述PM2.5監(jiān)測(cè)的研究進(jìn)展及監(jiān)測(cè)技術(shù)，介紹β射線法、振蕩天平法、光散射法及目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)展不同方法比對(duì)研究的最新進(jìn)展，探討適合我國(guó)國(guó)情的PM2.5監(jiān)測(cè)設(shè)備及技術(shù)，為制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法及規(guī)范提供技術(shù)支持。

PM2.5；氣溶膠；環(huán)境空氣質(zhì)量；環(huán)境監(jiān)測(cè)；綜述

0 引言

2012年《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的發(fā)布，在我國(guó)環(huán)境保護(hù)歷史上具有里程碑意義，標(biāo)志著環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)開(kāi)始從污染物排放總量控制管理向環(huán)境質(zhì)量管理、從控制局部污染向區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控、從控制一次污染物向控制二次污染物、從單獨(dú)控制個(gè)別污染物向多污染物協(xié)同控制轉(zhuǎn)變，這些轉(zhuǎn)變都將對(duì)我國(guó)環(huán)保工作特別是環(huán)境監(jiān)測(cè)提出更高的要求。由于PM2.5（particulate matter，粒徑≤2.5μm）的組成復(fù)雜多變，以及各種監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理及特點(diǎn)各異，加之PM2.5的監(jiān)測(cè)起步較晚，經(jīng)驗(yàn)積累不多，目前國(guó)家尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分析方法。因此，深入研究各種方法的適用范圍和條件，解決方法之間的可比性，探討適合我國(guó)國(guó)情的PM2.5監(jiān)測(cè)設(shè)備及技術(shù)，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)分析方法及規(guī)范，對(duì)提供科學(xué)準(zhǔn)確的PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而為環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)及政府環(huán)境管理決策提供依據(jù)具有重要的意義。

1 PM2.5監(jiān)測(cè)

1.1 國(guó)內(nèi)外PM2.5監(jiān)測(cè)概況

1.1.1 國(guó)外

美國(guó)自1999年起開(kāi)展PM2.5監(jiān)測(cè)。美國(guó)環(huán)保署（EPA）制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)方法及規(guī)范以指導(dǎo)PM2.5監(jiān)測(cè)，在《Ambient air monitoring reference and equivalent methods》中規(guī)定了PM2.5的監(jiān)測(cè)方法及指標(biāo)。在《Guidance for network design and optimum site exposure for PM2.5and PM10》中對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及站點(diǎn)選擇提出了指導(dǎo)意見(jiàn)。在《QA Handbook Vol II final》中對(duì)PM2.5監(jiān)測(cè)的質(zhì)控手段及方法進(jìn)行了描述。在《PM2.5FRM Network federal performance evaluation program quality assurance project plan（QAPP）March 2009（QA officer approval spending）》中針對(duì)PM2.5的性能提出了質(zhì)量保證計(jì)劃。在《PM2.5performance evaluation program（PEP）standard operation procedures（SOP）for field activities-January 30，2009 edition》中規(guī)定了PM2.5性能評(píng)估計(jì)劃的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)操作步驟。針對(duì)儀器設(shè)備，美國(guó)EPA也制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)方法，對(duì)監(jiān)測(cè)儀器的指標(biāo)及測(cè)定方法做了規(guī)定[1]。

歐盟針對(duì)顆粒物的監(jiān)測(cè)，制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)方法及規(guī)范，在《BS 1747-2-1969 Methods for the measurement of air pollution.Determination of concentration of suspended matter》中規(guī)定了懸浮物濃度的測(cè)定方法。在《BS EN 14907-2005 Ambient air quality-Standard gravimetric measurement method for the determination of the PM2.5mass fraction of suspended particulate matter》中對(duì)PM2.5的標(biāo)準(zhǔn)重量法進(jìn)行了詳述。

日本針對(duì)顆粒物的監(jiān)測(cè)也制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，在JIS B7954-2001《Automatic monitors for suspended particulate matter in ambient air》中規(guī)定了大氣中懸浮顆粒物用自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀指標(biāo)及測(cè)定方法，在JIS Z8851-2005《Sampler of PM2.5in ambient air》中對(duì)空氣中的PM2.5采樣器進(jìn)行了描述。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）針對(duì)PM2.5制定了β射線吸收法標(biāo)準(zhǔn)：ISO 10473-2002《Ambient air measurement of the mass of particulate matter on a filter medium Beta-ray absorption method》。目前，除美國(guó)和歐盟一些國(guó)家以及亞洲的日本、泰國(guó)、印度、中國(guó)將PM2.5列入空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)外，世界上大部分國(guó)家都還未開(kāi)展對(duì)PM2.5的監(jiān)測(cè)。

1.1.2 國(guó)內(nèi)

我國(guó)對(duì)PM2.5的監(jiān)測(cè)相對(duì)滯后，國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展PM2.5監(jiān)測(cè)的城市有廣州、武漢、蘭州和重慶[2-5]。2006年，粵港珠三角空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的區(qū)域點(diǎn)（從化天湖、南沙萬(wàn)傾沙、惠州金果灣）及香港3個(gè)測(cè)點(diǎn)開(kāi)展了PM2.5監(jiān)測(cè)；2008年，國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)總站組織上海、天津、重慶、廣州、南京、深圳等6個(gè)城市開(kāi)展了PM2.5的研究性監(jiān)測(cè)；2009年底，廣州市開(kāi)展“灰霾影響環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)試點(diǎn)工作”，設(shè)置了“城市”和“遠(yuǎn)郊”22個(gè)站點(diǎn)，開(kāi)展PM2.5監(jiān)測(cè)。

盡管我國(guó)部分城市和研究機(jī)構(gòu)先期已經(jīng)開(kāi)展環(huán)境空氣PM2.5的研究性監(jiān)測(cè)工作，但不同地區(qū)數(shù)據(jù)缺乏系統(tǒng)性和代表性，在PM2.5監(jiān)測(cè)方面還存在諸多問(wèn)題。2010年7月，環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司正式啟動(dòng)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)《城市環(huán)境空氣中PM2.5監(jiān)測(cè)技術(shù)與規(guī)范研究》，至2011年12月已編制了3份PM2.5監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定（《環(huán)境空氣PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定β射線法（暫行）》、《環(huán)境空氣PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定微量振蕩天平法（暫行）》、《遙感反演PM2.5濃度技術(shù)規(guī)定Mie散射激光雷達(dá)法（暫行）》）工作討論稿，為新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的頒布實(shí)施、滿足當(dāng)前PM2.5監(jiān)測(cè)工作的需要，提供了技術(shù)支持。

1.2 PM2.5的監(jiān)測(cè)技術(shù)

PM2.5是指空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑（俗稱(chēng)粒徑）小于2.5μm的大氣顆粒物，通常被稱(chēng)為細(xì)粒子、細(xì)顆粒物或可入肺顆粒物（IP）。所謂“細(xì)”是指在通過(guò)檢測(cè)儀器時(shí)所表現(xiàn)出的空氣動(dòng)力學(xué)特征。因此，測(cè)定PM2.5時(shí)，需要利用空氣動(dòng)力學(xué)原理將其與更大的顆粒物分開(kāi)，而不是用2.5μm孔徑的濾膜來(lái)分離[6]。

1.2.1 PM2.5的分離

分離PM2.5，一般采用具有特殊結(jié)構(gòu)的切割器，其基本原理是：在抽氣泵的作用下，空氣以一定的流速流過(guò)切割器，較大的顆粒因?yàn)閼T性大而被截留，慣性較小的細(xì)顆粒絕大部分隨著空氣流而通過(guò)。PM2.5切割器性能指標(biāo)為：切割粒徑Da50=（2.5±0.2）μm；捕集效率的幾何標(biāo)準(zhǔn)差為σg=（1.2±0.1）μm[7]。

1.2.2 PM2.5的測(cè)定

目前，測(cè)定PM2.5主要采有4種方法：重量法、β射線吸收法、微量振蕩天平法和光散射法。重量法即手工法，屬?lài)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法。振蕩天平法、β射線吸收法屬自動(dòng)監(jiān)測(cè)法，國(guó)際上普遍采用，也是國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法。

（1）重量法。該法是指將PM2.5直接截留在Teflon或PTEE濾膜上，然后用天平稱(chēng)重，計(jì)算顆粒物質(zhì)量濃度。某些極細(xì)的顆粒可能穿過(guò)濾膜，但只要濾膜對(duì)0.3μm以上的顆粒截留效率大于99%，就算合格[7]。重量法是最直接、最可靠的方法，是驗(yàn)證其他方法是否準(zhǔn)確的基準(zhǔn)。但其操作繁瑣而費(fèi)時(shí)，多用于進(jìn)行單點(diǎn)、某時(shí)間段內(nèi)的采樣與監(jiān)測(cè)，或作為其他方法的比對(duì)方法。

2011年11 月1 日，環(huán)保部發(fā)布的《環(huán)境空氣PM10和PM2．5的測(cè)定重量法》（HJ 618-2011）首次對(duì)PM2.5的測(cè)定進(jìn)行了規(guī)范。

（2）β射線吸收法。將PM2.5收集到濾膜上，然后照射一束β射線，射線穿過(guò)濾膜和顆粒物時(shí)由于被散射而衰減，其強(qiáng)度衰減程度與所透過(guò)的物質(zhì)質(zhì)量有關(guān)，蓋革計(jì)數(shù)器通過(guò)測(cè)量清潔濾帶和采塵濾帶對(duì)β射線吸收程度的差異來(lái)計(jì)算吸附的顆粒物的濃度。該法不受顆粒物粒徑、成分、顏色及分散狀態(tài)的影響，測(cè)定的是顆粒物質(zhì)量濃度。

β射線法基于兩個(gè)假設(shè)：一是石英采樣濾膜條帶均一；二是采集的PM2.5粒子物理特性均一。上述兩個(gè)假設(shè)實(shí)際上并不成立，因此測(cè)定數(shù)據(jù)一般被認(rèn)為偏高，這種方法在相對(duì)干凈和干燥的地區(qū)故障率低，在潮濕高溫區(qū)域故障率較高。

（3）微量振蕩天平法。該法基于錐形元件振蕩微量天平原理，是在質(zhì)量傳感器內(nèi)使用一個(gè)振蕩空心錐形管，在空心錐形管振蕩端上安放可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特性和質(zhì)量。當(dāng)采樣氣流通過(guò)濾膜時(shí)，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜質(zhì)量變化導(dǎo)致振蕩頻率變化，通過(guò)測(cè)量振蕩頻率的變化，計(jì)算出沉積在濾膜上顆粒物的質(zhì)量，再根據(jù)采樣流量、溫度和氣壓，計(jì)算出該時(shí)段的顆粒物標(biāo)態(tài)質(zhì)量濃度。用標(biāo)準(zhǔn)PM2.5濃度氣樣校準(zhǔn)儀器后，可直接顯示濃度。

石英諧振器對(duì)其表面質(zhì)量的變化十分敏感?？諝庵蓄w粒物濃度一般為0.1mg/m3數(shù)量級(jí)，而水氣含量常以g/m3計(jì)。它與晶體表面間的作用，會(huì)對(duì)頻率帶來(lái)影響。當(dāng)相對(duì)濕度增加到80%以上，晶體的頻率開(kāi)始顯著變化，濕度越高，變化越大，此時(shí)將引起很大的測(cè)量誤差。為消除高濕度的影響，可將傳感器加熱，使進(jìn)氣濕度降低。若加熱到41.2℃，可基本消除高濕度對(duì)儀器“零點(diǎn)”的影響。但加熱可能使顆粒上的VOCs揮發(fā)損失，造成負(fù)誤差。有報(bào)道指出，振蕩天平法監(jiān)測(cè)結(jié)果較β射線法偏低15%~17%。目前的技術(shù)無(wú)法解決樣品加熱后揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質(zhì)的損失，所以該法不適合南方潮濕地區(qū)和污染嚴(yán)重城市PM2.5的測(cè)定。

（4）光散射法。光散射法是通過(guò)測(cè)量顆粒物受光照射后所發(fā)出的散射光信號(hào)的大小來(lái)測(cè)量顆粒物的質(zhì)量濃度。該法是利用Mie散射理論及顆粒物的各參量來(lái)反演顆粒物質(zhì)量濃度的。實(shí)際上，光的散射與顆粒物濃度間的關(guān)系受到顆粒物的化學(xué)組成、形狀、比重、粒徑分布等諸多因素的影響，這意味著光散射和顆粒物濃度之間的定量關(guān)系隨時(shí)都可能改變，這就需要不斷地用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行校正。文獻(xiàn)報(bào)道，利用光散射儀測(cè)定PM2.5，至少有30%~40%的不確定性。

光散射法可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)空氣中顆粒物的濃度，根據(jù)顆粒物性質(zhì)預(yù)先設(shè)定K值，可以現(xiàn)場(chǎng)直接顯示質(zhì)量濃度（mg/m3），且其體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便、噪聲低、穩(wěn)定性好，適于公共場(chǎng)所、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粉塵等場(chǎng)合和大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)使用。

2 PM2.5監(jiān)測(cè)方法的可比性研究進(jìn)展

PM2.5的監(jiān)測(cè)是我國(guó)近十年來(lái)環(huán)境監(jiān)測(cè)的一個(gè)新項(xiàng)目。為了解決PM2.5監(jiān)測(cè)能力建設(shè)所需要的技術(shù)指標(biāo)問(wèn)題，必須研究適合我國(guó)特點(diǎn)的PM2.5監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法，解決方法的可比性，為制定相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范提供依據(jù)。

2.1 我國(guó)PM2.5監(jiān)測(cè)方法比對(duì)測(cè)試概況

2011年12 月，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站開(kāi)始進(jìn)行PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法適用性比對(duì)測(cè)試工作，并制定了《PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法適用性比對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)方案》。參考美國(guó)EPA對(duì)PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的認(rèn)證方法，以我國(guó)手工監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法為基準(zhǔn)，對(duì)不同廠家、不同原理的環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行單機(jī)比對(duì)測(cè)試，以全面了解PM2.5監(jiān)測(cè)中的β射線法、β射線法聯(lián)用濕度補(bǔ)償、振蕩天平（TEOM）法、震蕩天平聯(lián)用膜補(bǔ)償測(cè)量法（TEOMFDMS）和光散射法。

中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站大氣室先后調(diào)集了美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司TEOM1405F*、TEOM1405、FH62C14、5030-SHARP*PM2.5監(jiān)測(cè)儀，美國(guó)Met One公司的BAM-1020*PM2.5監(jiān)測(cè)儀，河北先河公司的XHPM-2000E監(jiān)測(cè)儀，北京中晟泰科公司的7201型監(jiān)測(cè)儀，武漢天虹公司的TH2000TM監(jiān)測(cè)儀，安徽藍(lán)盾光電子公司TEOM監(jiān)測(cè)儀共9種PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器；以及美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司RP-2000 D（雙通道）*、德國(guó)Derenda公司PNS-16T（16通道）*、武漢天虹公司宇虹TH-150A（單通道）、宇虹TH-16A（四通道）等4種手工采樣監(jiān)測(cè)儀器，進(jìn)行儀器設(shè)備安裝調(diào)試工作，全面開(kāi)展比對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)[5]（*表示通過(guò)EPA認(rèn)證）。

2012年1 月16 日至3月27日，分別在北京、上海、重慶、廣東、濟(jì)南等地開(kāi)展第一階段PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀適用性測(cè)試。測(cè)試對(duì)數(shù)據(jù)有效性、采樣場(chǎng)風(fēng)速、分析天平對(duì)濾膜上顆粒物負(fù)載量等均作了嚴(yán)格的要求?？諝赓|(zhì)量代表性覆蓋從清潔至嚴(yán)重污染水平。采用國(guó)際通用的測(cè)試評(píng)估方法，將各種自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器與手工標(biāo)準(zhǔn)方法的同時(shí)段監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，按照國(guó)際通用的PM2.5監(jiān)測(cè)儀器認(rèn)證指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。

2.2 我國(guó)PM2.5監(jiān)測(cè)方法比對(duì)測(cè)試結(jié)果

目前，第一階段比對(duì)測(cè)試已結(jié)束，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站近日印發(fā)了《PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器技術(shù)指標(biāo)與要求（試行）》的通知，用以指導(dǎo)第一階段PM2.5監(jiān)測(cè)能力建設(shè)。

對(duì)參加測(cè)試的PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法而言，微量振蕩天平法必須加裝膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)、β射線法必須加裝動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)，才能滿足測(cè)試要求。通過(guò)美國(guó)EPA、歐盟或等同國(guó)際水平認(rèn)證的國(guó)外PM2.5監(jiān)測(cè)儀，在比對(duì)測(cè)試中總體合格，測(cè)試結(jié)果與美國(guó)EPA、歐盟或等同國(guó)際水平認(rèn)證基本一致，可滿足我國(guó)PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)的需要。比對(duì)結(jié)果確定3種PM2.5的自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法為[8]：

（1）β射線法加裝動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)（β+DHS）；

（2）β射線法加動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)聯(lián)用光散射法（β+ DHS+光散射）；

（3）微量振蕩天平法加膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（TEOM+ FDMS）。

3種方法所選用的儀器關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)要求為：

量程：0～10mg/m3；

最低檢測(cè)限：≤2μg/m3；

測(cè)定周期：1h；

采樣流量：16.7L/min（流量穩(wěn)定性優(yōu)于3%）；

顯示分辨率：≤1μg/m3；

允許誤差：±5μg/m3以內(nèi)（24h）；

平行性：7%；

運(yùn)行環(huán)境：-30～50℃；

測(cè)量時(shí)間：連續(xù)監(jiān)測(cè)。

2.2.1 β射線法加裝動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)（β+DHS）

由于空氣中水分對(duì)膜片和吸附顆粒物均有較大的影響；因此，β射線法必須加裝動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)，以最大限度減少對(duì)顆粒物監(jiān)測(cè)的影響。

由于石英采樣濾膜條帶和采集的PM2.5粒子物理特性都不完全均一，因此該法測(cè)定數(shù)據(jù)存在方法學(xué)偏差。此外，在高濕度地區(qū)和濕度短期變化幅度較大時(shí)，該法測(cè)定數(shù)據(jù)也易出現(xiàn)偏差。該法儀器對(duì)采樣濾膜帶有較高的要求，在潮濕高溫區(qū)域故障率較高。

2.2.2 β射線法加動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)聯(lián)用光散射法（β+ DHS+光散射）

在β+DHS基礎(chǔ)上，增加一個(gè)光散射測(cè)量裝置，利用較為穩(wěn)定準(zhǔn)確的周期性（通常為30min～1h）β射線法測(cè)量數(shù)據(jù)為校準(zhǔn)提供高時(shí)間分辨率的光散射測(cè)量值。由于光散射方法測(cè)量的數(shù)據(jù)以β射線法測(cè)量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)周期性校準(zhǔn)，其光學(xué)法的高精度數(shù)據(jù)只能作為參考，并不能完全脫離β射線法測(cè)量的精度水平。

該法儀器特點(diǎn)與上述β+DHS法基本相同，缺點(diǎn)也類(lèi)似。但由于采用光散射，數(shù)據(jù)時(shí)間分辨率得到很大的提高，可以獲得分鐘水平的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。這類(lèi)儀器精度處在TEOM+FDMS儀器與β+DHS儀器之間，檢出限和精度理論上接近TEOM+FDMS。

2.2.3 微量振蕩天平法加膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（TEOM+ FDMS）

TEOM+FDMS聯(lián)用主要通過(guò)兩個(gè)階段的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。第1階段，空氣通過(guò)膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)樣管加熱干燥后進(jìn)入監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)設(shè)定一段時(shí)間的連續(xù)采樣后，足夠的空氣顆粒物沉積在振蕩天平濾膜上，測(cè)定濾膜上的顆粒物質(zhì)量，計(jì)算出顆粒物質(zhì)量濃度；第2階段，通過(guò)膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的切換閥，空氣進(jìn)入膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)中的冷凝器，空氣中的顆粒物包括揮發(fā)性和半揮發(fā)性等組分被冷凝并被膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)過(guò)濾膜截留，通過(guò)冷凝器后的純凈氣流再進(jìn)入振蕩天平儀測(cè)量。由于此時(shí)氣樣不含顆粒物，因此振蕩天平的濾膜不會(huì)增重，反而因?yàn)V膜上揮發(fā)性和半揮發(fā)性顆粒物的持續(xù)揮發(fā)，造成濾膜質(zhì)量減輕，減輕的質(zhì)量即為損失的揮發(fā)性和半揮發(fā)性顆粒物質(zhì)量。如果在第1和第2階段兩次相同時(shí)間的測(cè)量過(guò)程中，振蕩天平濾膜上損失的質(zhì)量相等，將第1階段測(cè)得的顆粒物質(zhì)量濃度加上第2階段測(cè)得的揮發(fā)性和半揮發(fā)性顆粒物的損失量，即得校正后的顆粒物質(zhì)量濃度[8]。

由于國(guó)內(nèi)很多城市細(xì)粒子濃度較高，容易導(dǎo)致滲透膜標(biāo)準(zhǔn)件的透水膜微孔很快被細(xì)粒子堵塞，從而使其壽命大大降低，約2～3個(gè)月需更換一次。同樣，在高濕度地區(qū)，由于冷凝水汽分離工作負(fù)載量大，滲透膜的工作效率和壽命也會(huì)大大降低。因此，增加膜動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng)會(huì)造成成本增高，維護(hù)工作量大，儀器故障率大幅度升高，且FDMS需定期返廠更新。

大氣濕度從高值迅速下降至低值時(shí)，振蕩天平法PM10監(jiān)測(cè)結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值，而PM2.5儀器由于增加了FDMS系統(tǒng)，能夠?qū)p失的水分和揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行補(bǔ)償，監(jiān)測(cè)結(jié)果仍為正值，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)PM2.5監(jiān)測(cè)結(jié)果大于PM10監(jiān)測(cè)結(jié)果的情況。出現(xiàn)這種情況時(shí)，顆粒物濃度往往處于極高的污染范圍，監(jiān)測(cè)結(jié)果不影響空氣質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)，可采用業(yè)界通常設(shè)定的上下限修正[8]。

本次PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀比對(duì)測(cè)試是一種暫時(shí)過(guò)渡，待環(huán)保部監(jiān)測(cè)儀器質(zhì)檢中心的顆粒物適用性檢測(cè)平臺(tái)建立后，適用性測(cè)試工作將轉(zhuǎn)入正常程序。屆時(shí)所有環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)站點(diǎn)使用的顆粒物監(jiān)測(cè)儀器，均需通過(guò)正式的適用性檢測(cè)[8]。

2.3國(guó)外PM2.5監(jiān)測(cè)方法比對(duì)研究進(jìn)展

2008年開(kāi)始，美國(guó)EPA開(kāi)展了對(duì)PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的認(rèn)證工作，經(jīng)過(guò)認(rèn)證的儀器都會(huì)獲得美國(guó)自動(dòng)等效方法號(hào)（EQPM）。

目前，經(jīng)過(guò)美國(guó)EPA認(rèn)證的PM2.5監(jiān)測(cè)儀都有固定的基本配置和工作參數(shù)設(shè)置來(lái)最大限度地保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。β射線法可以提供PM2.51h的平均濃度；β射線光散射法除了能提供基本的PM2.51h的平均濃度外，還可提供高準(zhǔn)確度的1min平均濃度；TEOM+FDMS法在被美國(guó)EPA認(rèn)可的儀器中是唯一采用顆粒物質(zhì)量直接測(cè)量的儀器，F(xiàn)DMS的運(yùn)用使儀器能測(cè)得分析過(guò)程中揮發(fā)掉的揮發(fā)性和半揮發(fā)性顆粒物的質(zhì)量，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)更接近于標(biāo)準(zhǔn)重量法的測(cè)量結(jié)果，其數(shù)據(jù)被認(rèn)為是PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀中準(zhǔn)確度最高的。經(jīng)世界各國(guó)的權(quán)威檢定機(jī)構(gòu)及第三方監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試，TEOM+FDMS與標(biāo)準(zhǔn)重量法數(shù)據(jù)的相關(guān)性最佳，在94%～99%間，而β射線法的相關(guān)性在77%～90%間。因此，微量振蕩天平法成為目前世界各國(guó)使用的顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)的主流技術(shù)。在美國(guó)PM2.5監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中約有60%的微量振蕩天平法監(jiān)測(cè)儀[9]。

不過(guò)，在美國(guó)振蕩天平法監(jiān)測(cè)儀不一定非要加裝FDMS，是否加裝各州可以自由選擇。加裝后的監(jiān)測(cè)結(jié)果即被認(rèn)定為聯(lián)邦等效方法（federal equivalent method，F(xiàn)EM）結(jié)果，而沒(méi)有加裝FDMS的監(jiān)測(cè)結(jié)果則為PRE-FEM的結(jié)果。無(wú)論是否加裝，都需與聯(lián)邦參比方法進(jìn)行校準(zhǔn)，F(xiàn)EM為3天校準(zhǔn)一次，PRE-FEM為6天校準(zhǔn)一次。

2006年，英國(guó)必維國(guó)際檢驗(yàn)集團(tuán)完成了在英國(guó)使用的顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀和標(biāo)準(zhǔn)方法的對(duì)比報(bào)告[9]，其中涉及5臺(tái)PM10監(jiān)測(cè)儀、1臺(tái)PM2.5監(jiān)測(cè)儀和1臺(tái)PM2.5顆粒物采樣器?？偨Y(jié)如下：（1）被測(cè)評(píng)的1臺(tái)β射線法PM10監(jiān)測(cè)儀的數(shù)據(jù)須除以1.211或1.271才可以使用；（2）TEOM+FDMS PM10和PM2.5監(jiān)測(cè)儀符合等效方法的要求；（3）不配置FDMS的TEOM PM10監(jiān)測(cè)儀不符合等效方法的要求；（4）被測(cè)評(píng)的PM2.5顆粒物采樣器符合等效方法的要求。

應(yīng)當(dāng)看到，國(guó)外PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀性能指標(biāo)和補(bǔ)償措施的驗(yàn)證是在PM2.5低濃度條件下進(jìn)行的，面對(duì)我國(guó)PM2.5高濃度水平和成因復(fù)雜的實(shí)際情況，如何解決和借鑒設(shè)備原有的比對(duì)及驗(yàn)證條件是現(xiàn)階段我國(guó)進(jìn)口PM2.5監(jiān)測(cè)設(shè)備面臨的主要問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，國(guó)內(nèi)外比對(duì)測(cè)試結(jié)果表明，基于不同測(cè)量原理的PM2.5監(jiān)測(cè)儀，都有一定的適應(yīng)范圍和局限性，并允許出現(xiàn)一定的誤差。

從技術(shù)上看，PM2.5的監(jiān)測(cè)應(yīng)符合有關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范的要求，這涉及到監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)、監(jiān)測(cè)人員資質(zhì)、分析方法選擇、監(jiān)測(cè)設(shè)備選型及認(rèn)證、質(zhì)量控制和質(zhì)量保證措施等諸多因素，只有通過(guò)監(jiān)測(cè)全過(guò)程的質(zhì)量控制，通過(guò)最佳技術(shù)手段盡量把誤差縮小，才能保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。任何一種自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，重要的是一定要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件及顆粒物特點(diǎn)選擇合適的監(jiān)測(cè)手段，使一個(gè)城市的方法體系要有延續(xù)性、可比性。鑒于PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備標(biāo)定溯源困難，根據(jù)國(guó)際通行做法，建議國(guó)家發(fā)布PM2.5監(jiān)測(cè)設(shè)備選型名錄，以供各地按照環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求選購(gòu)適合的監(jiān)測(cè)設(shè)備。

國(guó)內(nèi)外多年的監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)表明，PM2.5的監(jiān)測(cè)需要經(jīng)過(guò)大量手工方法數(shù)據(jù)作為比對(duì)和校驗(yàn)，才能在當(dāng)?shù)亟o出高質(zhì)量的PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。因此，我國(guó)的環(huán)保工作者尚有大量艱巨的工作要做?？上驳氖窃跇O短的時(shí)間內(nèi)我國(guó)在PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法適用性比對(duì)測(cè)試方面已經(jīng)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，并取得了階段性的成果，為深入研究建立適合我國(guó)國(guó)情的PM2.5監(jiān)測(cè)設(shè)備及技術(shù)、制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法、出臺(tái)PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[10]。

[1]崔延青，王春迎，尚永昌.大氣細(xì)粒子（PM2.5）監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012（4）：8-13.

[2]魏復(fù)盛，滕恩江，吳國(guó)平．我國(guó)4個(gè)大城市空氣PM2.5、PM10污染及其化學(xué)組成[J]．中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2001，17（5）：1-6.

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[4]潘純珍，陳剛才，楊清玲，等．重慶市地區(qū)道路PM10/PM2.5濃度分布特征研究[J]．西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，26（5）：576-579.

[5]王瑋，湯大鋼，劉紅杰，等．中國(guó)PM2.5污染狀況和污染特征的研究[J]．環(huán)境科學(xué)研究，2000，13（1）：1-5.

[6]Chow J C.Measurement methods to determine compliance with ambient air quality standards for suspended particles[J].J Air Waste Manage Assoc，1995（45）：320-382.

[7]HJ 618—2011環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測(cè)定重量法[S].

[8]李健軍，杜麗，王曉彥，等.PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器第一階段測(cè)試報(bào)告和技術(shù)指標(biāo)要求[R].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，2012.

[9]歐陽(yáng)松華.PM2.5在線監(jiān)測(cè)技術(shù)概述[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012（4）：14-18.

[10]傅敏寧，鄭有飛，徐星生，等.PM2.5監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J].氣象與減災(zāi)研究，2011，34（4）：1-6.

Advance on com parison research of monitoring techniques for PM2.5in ambient air

DAN De-zhong
（College of Architecture and Environment，Sichuan University，Chengdu 610065，China）

As the national standard about PM2.5was put in practice in China，it will be very urgent to monitor PM2.5scientifically for understanding and assessing the environmental air quality. Owing to the complex and various components of PM2.5，as well as different principle and application characteristic for all kinds of monitoring techniques，the accuracy monitoring of PM2.5and the monitoring method standardization are investigated at present.The development for monitoring PM2.5and monitoring technologies was reviewed.Some advanced technologies:beta ray method，oscillation balance method and light scattering method，as well as the comparison of the methods are emphasized.Furthermore，the monitoring equipments and techniques，standard method and criterion suitable to China are discussed.

PM2.5；aerosol；environmental air quality；environmentalmonitoring；review

X823；X830.2；O436.2；TM930.12+7

A

1674-5124（2013）02-0001-05

2012-09-23；

：2012-11-07

但德忠（1947-），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)，現(xiàn)任四川省環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)環(huán)境監(jiān)測(cè)專(zhuān)委會(huì)主任委員、四川省分析測(cè)試學(xué)會(huì)環(huán)境與食品安全專(zhuān)委會(huì)主任委員。