PM2.5檢測技術(shù)詳解

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

　　答： 主要以：振蕩天平技術(shù)、Beta射線技術(shù)、Beta射線光濁度技術(shù)和光散射技術(shù)為主。在中國的PM10顆粒物監(jiān)測中大量采用了振蕩天平和Beta射線技術(shù)的自動監(jiān)測設(shè)備，以這兩項技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)的PM2.5顆粒物監(jiān)測儀也已進入中國的環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域。

　　振蕩天平法

　　振蕩天平技術(shù)是在上世紀(jì)80年代，由美國RP公司應(yīng)用于環(huán)境顆粒物自動監(jiān)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，樣品氣流通過濾膜，顆粒物被收集在濾膜上。在工作時空心錐形玻璃管是處于往復(fù)振蕩的狀態(tài)，它的振蕩頻率會隨著濾膜上收集的顆粒物的質(zhì)量變化發(fā)生改變，儀器通過準(zhǔn)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(jù)收集這些顆粒物時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(jiān)測儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、濾膜動態(tài)測量系統(tǒng)、采樣泵和儀器主機組成。流量為每小時1立方米的環(huán)境空氣樣品經(jīng)過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。來自于PM2.5切割器的PM2.5樣品氣體進入膜動態(tài)測量系統(tǒng)后首先會經(jīng)過干燥器，在那里樣品的相對濕度降到一定的程度，隨后樣品氣體會根據(jù)系統(tǒng)切換閥的狀態(tài)流向不同的部件。在測量的第一時段，PM2.5樣品會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(dāng)?shù)谝粫r段結(jié)束時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；在測量的第二時段，系統(tǒng)切換閥將PM2.5樣品氣樣導(dǎo)入濾膜動態(tài)測量系統(tǒng)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濾器截留，通過冷凝器之后的純凈氣體再進入微量振蕩傳感器，由于此時氣樣中不含顆粒物，因此傳感器上的濾膜不會增重，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(xù)揮發(fā)，而造成濾膜上已收集顆粒物的質(zhì)量減少，在第二時段結(jié)束時儀器可測得測量周期內(nèi)揮發(fā)掉的顆粒物的質(zhì)量和濃度。最終儀器用第二時段測得的數(shù)據(jù)對第一時段測得的數(shù)據(jù)進行補償輸出測量結(jié)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，在進行自動監(jiān)測過程中需要排除由于顆粒物的吸水性帶來的測量結(jié)果偏高和揮發(fā)性物質(zhì)在分析過程中丟失造成的測量結(jié)果偏低的問題。配置膜動態(tài)測量系統(tǒng)的振蕩天平法PM2.5顆粒監(jiān)測儀最大限度地解決了這些問題。

　　Beta射線法

　　Beta射線法PM2.5顆粒物監(jiān)測儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、樣品動態(tài)加熱系統(tǒng)、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態(tài)加熱系統(tǒng)中樣品氣體的相對濕度被調(diào)整到35%以下，樣品進入儀器主機后顆粒物被收集在可以自動更換的濾膜上。在儀器中濾膜的兩側(cè)分別設(shè)置了Beta射線源和Beta射線檢測器。隨著樣品采集的進行，在濾膜上收集的顆粒物越來越多，顆粒物質(zhì)量也隨之增加，此時Beta射線檢測器檢測到的Beta射線強度會相應(yīng)地減弱。由于Beta射線檢測器的輸出信號能直接反應(yīng)顆粒物的質(zhì)量變化，儀器通過分析Beta射線檢測器的信號變化得到一定時段內(nèi)采集的顆粒物質(zhì)量數(shù)值，結(jié)合相同時段內(nèi)采集的樣品的體積，最終報告出采樣時段的顆粒物濃度。 根據(jù)2010年美國環(huán)保署公布的美國PM2.5監(jiān)測使用的儀器清單和布點情況，在美國PM2.5監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中約有60%的振蕩天平法監(jiān)測儀，Beta射線法的儀器也占30%左右。

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

　　答：多年來，美國環(huán)保署不斷對顆粒物自動監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備進行評價和建議改進，積累了大量的測試數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果。，振蕩天平與膜動態(tài)測量系統(tǒng)聯(lián)用技術(shù)與經(jīng)典重量法數(shù)據(jù)的相關(guān)性最佳，在94%到99%之間。而Beta射線技術(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，顆粒物自動監(jiān)測的主流技術(shù)。美國環(huán)保署多年來始終在關(guān)鍵測試點位上，使用振蕩天平與膜動態(tài)測量系統(tǒng)聯(lián)用技術(shù)。在美國PM2.5監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中約有60%的振蕩天平法監(jiān)測儀。

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

美國2010年P(guān)M2.5監(jiān)測使用的儀器清單和布點

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