劉偉宏

合肥市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽合肥 230000

空氣環(huán)境PM2.5污染現(xiàn)象已經(jīng)引進(jìn)了我國相關(guān)人員的重視，因此，開展了大量的PM2.5自動監(jiān)測方法研究工作，并得出了許多功能不同、性能存在差異、成本以及便捷性的監(jiān)測方法，所以為了能夠準(zhǔn)確且完整的得到空氣環(huán)境中PM2.5含量信息，有必要對各項方法進(jìn)行篩選。

1 常見PM2.5自動監(jiān)測方法與理論對比結(jié)果

1.1 PM2.5概述

PM2.5是當(dāng)前空氣污染的主要因素，其具體形態(tài)為顆粒狀，由灰塵、廢氣等污染物質(zhì)組成。在PM2.5的影響之下，世界各國的空氣環(huán)境都受到了不同程度的污染，例如在我國局部地區(qū)造成了“霧霾”現(xiàn)象，已經(jīng)造成了重大的污染[1]。

1.2 β射線自動監(jiān)測方法

β射線自動監(jiān)測方法是當(dāng)前常見的PM2.5自動監(jiān)測方法，該方法的原理在于β射線對物質(zhì)添加量的反應(yīng)。根據(jù)專業(yè)理論得知，β射線在不同的物質(zhì)添加量條件下會發(fā)生相應(yīng)的變化，所以PM2.5作為空氣環(huán)境中的物質(zhì)添加量，可以依靠β射線來進(jìn)行監(jiān)測。該方法的應(yīng)用方法為：先采用采樣管獲取空氣樣品，此時樣品當(dāng)中的PM2.5會全部賦予采樣管的濾網(wǎng)膜上，此時采用β射線進(jìn)行濾網(wǎng)膜穿透處理，在此過程中，當(dāng)β射線與PM2.5接觸其基礎(chǔ)能量會吸附在PM2.5，導(dǎo)致基礎(chǔ)能量不斷減少，此時根據(jù)單個PM2.5吸附β射線的容量、β射線基礎(chǔ)能量的減少量即可判斷樣品當(dāng)中的PM2.5含量[2]。β射線自動監(jiān)測方法例圖見圖1。

圖1 β射線自動監(jiān)測方法例圖

1.3 振蕩天平自動監(jiān)測方法

振蕩天平法是近代研發(fā)而出的PM2.5自動監(jiān)測方法，在監(jiān)測領(lǐng)域當(dāng)中受到了廣泛的關(guān)注。該方法的原理在于：先配置采樣管，即選擇石英錐形管，并在適當(dāng)位置安置濾網(wǎng)膜，此時PM2.5當(dāng)中的顆粒物、濾網(wǎng)膜與石英錐形管的結(jié)果會形成振蕩結(jié)構(gòu)。之后進(jìn)行采樣工作，當(dāng)PM2.5通過濾網(wǎng)膜時，顆粒物會殘留在濾網(wǎng)膜上，影響濾網(wǎng)膜的質(zhì)量，相應(yīng)振動的頻率也會受到相應(yīng)的影響，所以根據(jù)濾網(wǎng)膜振動頻率以及氣流流速、流量可以計算出樣品當(dāng)中的PM2.5含量[3]。

1.4 理論視角上兩種方法的對比結(jié)果

關(guān)于上述兩種方法的優(yōu)劣，前人進(jìn)行了許多理論研究，通過此類研究結(jié)果，可以初步了解此項兩技術(shù)的差別。理論上，β射線自動監(jiān)測方法的監(jiān)測結(jié)果具有較強(qiáng)的直觀性，同時整個操作工程較為簡單，操作環(huán)境也比較安定，通常在1h之內(nèi)可以完成數(shù)據(jù)量1的監(jiān)測工作，并不需要人工過多的進(jìn)行維護(hù)；振蕩天平自動監(jiān)測方法方面，其整個操作過程當(dāng)中，需要操作人員不斷的控制采樣管，并保持自身的高度專注來觀察濾網(wǎng)膜的振動情況，單這一點就足以證明該項技術(shù)的操控難度要高于β射線自動監(jiān)測方法，因此在理論視角下，β射線自動監(jiān)測方法具有更高的應(yīng)用價值。此外，上述兩種自動監(jiān)測方法同時存在一個弊端，即在一些特定情況下，很容易受到外界因素的干擾，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果失準(zhǔn)，并且針對此問題，我國當(dāng)前還沒有一套可行性較高的方法。

2 常見PM2.5自動監(jiān)測方法試驗對比

2.1 試驗配置

為了保障試驗?zāi)軌蝽樌_展，先進(jìn)行試驗配置工作。針對β射線自動監(jiān)測方法，先配置了非自動采樣器一臺，之配置了兩臺β射線顆粒物自動監(jiān)測設(shè)備；針對振蕩天平自動監(jiān)測方法，先配置了非自動采樣器，之后配置了微振蕩天平法顆粒物自動監(jiān)測設(shè)備。通用試驗配置包括：玻璃纖維濾膜 （超細(xì)型） 、0.0001%天平，非自動采樣器相關(guān)參數(shù)為：采樣流量16.6L/min；β射線顆粒物、振蕩天平自動監(jiān)測設(shè)備相關(guān)參數(shù)為：采樣時間間隔1h、每小時平均采樣39min、采樣流量為16.6L/min。試驗方法上，采用非自動采樣器進(jìn)行為期一天的采樣；采用自動監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行為期1d的采樣。

2.2 結(jié)果分析

在上述試驗之下，對兩種采樣設(shè)備的采樣表現(xiàn)進(jìn)行了統(tǒng)計，以此通過統(tǒng)計結(jié)果來了解兩種方法的優(yōu)劣。結(jié)果顯示：非自動采樣器比較于自動監(jiān)測設(shè)備，其相關(guān)系數(shù)要低于自動監(jiān)測設(shè)備0.93；針對β射線監(jiān)測方法，其非自動監(jiān)測結(jié)果相較于自動監(jiān)測結(jié)果，其斜率要大于0.8，此時依照相關(guān)規(guī)程了解到，該方法不滿足規(guī)程，說明非自動監(jiān)測方法質(zhì)量有所缺陷。微振蕩天平法對比于非自動測定法，測定結(jié)果顯示，兩種方法的偏差-15%～+15%，說明這兩種方法均具有適用性。表1為β射線10d測試數(shù)據(jù)。

表1 β射線10d測試數(shù)據(jù)

3 監(jiān)測儀器對比分析

無論是何種類的自動監(jiān)測技術(shù)，都需要監(jiān)測儀器作為支撐，而不同的監(jiān)測儀器會對監(jiān)測技術(shù)的結(jié)果造成影響，因此，出于完整性考慮，本文將圍繞國內(nèi)外PM2.5自動監(jiān)測儀器進(jìn)行分析，對比國外、國內(nèi)采用的監(jiān)測設(shè)備性能以及效果。

3.1 國外PM2.5自動監(jiān)測儀器

國外常采用的PM2.5自動監(jiān)測儀器大致包括TEOM法監(jiān)測設(shè)備，這種設(shè)備的特點在于監(jiān)測效率高、準(zhǔn)確率高，但存在一個明顯的缺陷，即在高溫環(huán)境之下，會出現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果失準(zhǔn)現(xiàn)象，但該缺陷在國外的研究之下，可以通過FDMS方法進(jìn)行改善：首先采用FDMS方法對氣體樣品進(jìn)行預(yù)先監(jiān)測，再對濾網(wǎng)膜上的PM2.5顆粒物進(jìn)行計算，以此得到樣品的質(zhì)量濃度。其次再一次對樣品進(jìn)行監(jiān)測，但此部分監(jiān)測需要將FDMS方法放置在TEOM法監(jiān)測設(shè)備之前，此時所有氣體經(jīng)過FDMS會被冷凝，并且截留一部分，而另一部分因為溫度較低，可以通過TEOM法監(jiān)測設(shè)備直接進(jìn)行監(jiān)測。最終結(jié)合FDMS、TEOM兩者的結(jié)果，可以得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。此外，有些先進(jìn)的西方國家，已經(jīng)研究出FDMS、TEOM的一體化設(shè)備，從結(jié)果上來看，這種設(shè)備既具備準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果，也消除了以往TEOM的應(yīng)用缺陷。

3.2 國內(nèi)PM2.5自動監(jiān)測儀器

我國采用的PM2.5自動監(jiān)測儀器類目比較復(fù)雜，暫時還沒有固定的儀器，所以只能從監(jiān)測技術(shù)角度上來進(jìn)行分析。針對β射線自動監(jiān)測方法，其使用的儀器自動化表現(xiàn)相對良好，測定結(jié)果也比較準(zhǔn)確，但在高溫等特殊情況下，此類儀器很容易出現(xiàn)失準(zhǔn)現(xiàn)象，而要消除這種現(xiàn)象，除了借用上述的FDMS方法以外，只能通過一系列煩瑣的操作來達(dá)成目的；針對振蕩天平自動監(jiān)測方法，該方法所采用的儀器整體表現(xiàn)與β射線自動監(jiān)測方法儀器相似，所以不再多加贅述，那么通過上述兩種方法的理論、實驗結(jié)果可以看待，在我國應(yīng)用當(dāng)中，β射線自動監(jiān)測方法儀器應(yīng)用效果更佳，但依舊存在待改善點。

3.3 國內(nèi)外自動監(jiān)測儀器對比

根據(jù)國內(nèi)外的PM2.5自動監(jiān)測儀器應(yīng)用效果進(jìn)行對比，可以明顯地看出我國儀器水平還相對較低。但在正常條件下，我國監(jiān)測儀器與國外先進(jìn)儀器的監(jiān)測效果并沒有太大的差別。綜合評價：我國PM2.5自動監(jiān)測儀器相較于國外，還存在技術(shù)缺陷，很容易受到外在因素的影響，所以在未來的研究發(fā)展當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)以此為方向來開展工作。

4 結(jié)語

本文主要分析了環(huán)境空氣中PM2.5自動監(jiān)測方法，并對這些方法進(jìn)行比較，了解各項方法的優(yōu)劣。通過本文分析得到以下結(jié)論：目前常見的PM2.5自動監(jiān)測方法有β射線自動監(jiān)測方法、振蕩天平自動監(jiān)測方法；β射線自動監(jiān)測方法應(yīng)用價值要高于振蕩天平自動監(jiān)測方法；國內(nèi)自動監(jiān)測儀器發(fā)展水平暫時要低于國外水平，但也有可取之處，需要在今后的研究當(dāng)中以此為方向進(jìn)行完善。