文_李立 六盤水市環(huán)境監(jiān)測站

1 常見的PM2.5自動監(jiān)測方法

1.1 重量法

所謂重量自動監(jiān)測法，就是借助具有切割特性的采樣器，對空氣以恒定的速度抽取一定的體積，然后在空氣在流動過程中，其蘊含PM2.5顆粒物將被截留在采樣器的濾膜上，通過對濾膜采樣前后的重量變化，以及所采取的空氣體積進行計算，最終得出PM2.5的濃度的方法。

PM2.5的計算公式為該公式中， 代表所需監(jiān)測的空氣中的PM2.5的濃度（mg/m3）； 分別代表采樣器濾膜采樣前后的重量（mg）；V代表處于標準狀態(tài)下所采樣的空氣的體積（m3）。

作為傳統(tǒng)的PM2.5濃度監(jiān)測方法，在進行監(jiān)測過程中對操作的要求較高，一旦任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果存在異常。其優(yōu)點是原理簡單，在PM2.5濃度監(jiān)測時不會受到顆粒大小、形狀和顏色的影響。其缺點是相對操作較為煩瑣，且采樣周期較長，不具有時效性。

1.2 β射線法

β射線法是通過對PM2.5中的顆粒對射線強度造成的衰減程度進行計算，實現(xiàn)對PM2.5中的顆粒物濃度進行自動監(jiān)測的方法。在采用β射線法進行監(jiān)測過程中，首先將采集到的空氣樣品吸入到采樣管中，在經(jīng)過濾膜后，PM2.5中的顆粒物被截留在了濾膜之上，導(dǎo)致β射線在穿過濾膜時，受到顆粒物的影響出現(xiàn)了散射現(xiàn)象，發(fā)生了不同程度的衰減。而衰減的程度又與PM2.5的濃度有著正比關(guān)系。

由于抽樣的空氣中含有較多的水分，可能會對濾膜和顆粒物的質(zhì)量造成一定的影響，導(dǎo)致β射線法的自動監(jiān)測結(jié)果存在較大的誤差。因此在采集管中增加了動態(tài)加熱系統(tǒng)，從而確?？諝庵械臐穸忍幱?5%以下。β射線法的優(yōu)點是技術(shù)簡單、維護方便，可以實現(xiàn)連續(xù)的PM2.5監(jiān)測，且不會受到顆粒物的大小和顏色影響。其缺點是相對監(jiān)測的準確度較低，易受抽樣空氣的影響。

1.3 微量振蕩天平法

微量振蕩天平法的監(jiān)測儀器主要由采樣頭、切割器以及采樣泵和主機組成。通過在質(zhì)量傳感器中增加一個一頭粗一頭細的振蕩空心錐形管，并將粗頭區(qū)域進行固定，將濾膜設(shè)置在細頭。

在對PM2.5監(jiān)測過程中，所需監(jiān)測的氣體樣品從振蕩空心錐形管的粗頭進入，細頭流出，所含有的顆粒物被截留在濾膜上。此時在電場的作用下，空心錐形管處于振蕩的狀態(tài)下，其振蕩的頻率受到空心錐形管的質(zhì)量影響。當顆粒物導(dǎo)致濾膜發(fā)生重量變化時，空心錐形管的振蕩頻率也相應(yīng)的發(fā)生了一定的變化，而這種變化與細頭質(zhì)量的平方根成反比，借助這種特性，就可以對PM2.5的顆粒濃度含量進行監(jiān)測。

通常情況下，空氣中PM2.5的顆粒物濃度數(shù)量級大約處于0.1mg/m3，但同水分的含量數(shù)量級也達到了1mg/m3。當空氣中的濕度超過80%時，會對空心錐形管的振蕩頻率造成巨大的影響。因此在采用該方法進行PM2.5自動監(jiān)測時，需要借助采樣管加熱技術(shù)將空氣中的水氣化，為了避免部分可揮發(fā)的顆粒物受到氣化影響導(dǎo)致測量結(jié)果存在較大的誤差，還需要借助濾膜動態(tài)測量系統(tǒng)對揮發(fā)掉的顆粒物進行精準的測量。

微量振蕩天平法的優(yōu)點是測量精度較高，且可以實現(xiàn)連續(xù)自動的PM2.5監(jiān)測，缺點是技術(shù)較為復(fù)雜且后期維護工作量較大，在一些濕度較高的區(qū)域?qū)y量精度影響較高。

1.4 光散射法

光散射法的原理是：隨著空氣當中的PM2.5的顆粒物濃度增高，空氣在光照射下，發(fā)生散射的情況就越嚴重。通過對光的散射進行計算測量，可以對空氣當中的PM2.5的顆粒物濃度進行測定。該方法的缺點是，由于顆粒物的化學組成、形狀以及比重都在時刻發(fā)生著變化，導(dǎo)致光散射和顆粒物濃度之間的換算公式也在不斷的變化當中，導(dǎo)致PM2.5測量的結(jié)果也存在較大的不準確性。

2 影響PM2.5自動監(jiān)測準確性的因素

2.1 樣品輸送管

在對空氣中PM2.5自動監(jiān)測過程中，由于樣品在運輸過程能會導(dǎo)致PM2.5部分的顆粒物殘留在樣品輸送管當中，并逐漸發(fā)生積累。不僅會嚴重影響樣品輸送管的輸送性能，而且還對PM2.5檢測的結(jié)果造成巨大的影響。因此，為了避免這種問題的產(chǎn)生，必須在60天內(nèi)對樣品輸送管的管壁進行清潔，同時如果在監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)PM2.5數(shù)據(jù)存在異常突變或者異常平穩(wěn)的情況，也應(yīng)當對樣品輸送管的管壁進行清潔。

2.2 采樣流量

氣體流量計量器件的工作性能也對PM2.5自動監(jiān)測的結(jié)果造成較大影響，因此對氣體流量計量器件檢查時，應(yīng)重點檢查其輸送管路和切割器是否存在漏氣故障，并對其采樣流量進行校準。一般情況下，如果PM2.5自動監(jiān)測儀器的切割器只有一個時，標準流量計必須安裝在輸送管道的入口處；如果PM2.5自動監(jiān)測儀器的切割器2個或2個以上時，標準流量計必須安裝在第2個切割器的入口處。

2.3 標準膜

作為PM2.5自動監(jiān)測設(shè)備的重要組成部分，如果標準膜存在異常，將嚴重影響測量的結(jié)果。因此，必須重視標準膜的保存方法，確保其處于干燥的環(huán)境當中，并且避免部分顆粒物從輸送管路的管壁上，掉落到標準膜上，對監(jiān)測結(jié)果造成影響。

3 環(huán)境空氣中PM2.5自動監(jiān)測方法的實例分析

某市屬亞熱帶過渡的海洋性季風氣候，整體氣候較為暖熱，年平均降雨量較高，且空氣的相對濕度較大。由于該市逆溫出現(xiàn)的頻率較高，導(dǎo)致大氣層相對穩(wěn)定，空氣中的污染物擴散存在不暢，給當?shù)氐木用窠】祹砹司薮蟮挠绊?。為了更精準的對本市空氣中PM2.5的進行監(jiān)測。

3.1 監(jiān)測方法的選擇

①監(jiān)測方法A：微量振蕩天平方法，設(shè)備采用熱電雙通道測塵儀1405D，對PM2.5和PM10進行同時監(jiān)測。②監(jiān)測方法B：在微量振蕩天平方法的基礎(chǔ)上，引入了膜動態(tài)測量系統(tǒng)。通過膜動態(tài)測量系統(tǒng)對微量振蕩天平方法可能出現(xiàn)的揮發(fā)性顆粒損失進行校正測量，儀器采用熱電PM2.5測塵儀1405F。③監(jiān)測方法C：β射線+聯(lián)用光散射法，采用儀器熱電PM2.5測塵儀SHARP5030，可以用聯(lián)用光散射法對β射線法產(chǎn)生的誤差進行校正。

3.2 質(zhì)量保證

采樣前后都會對手工采樣器流量進行檢查，避免其誤差超過設(shè)定流量16.67%。

采樣前對濾膜進行全面的檢查，確保邊緣位置處于平整狀態(tài)，且沒有任何毛刺和污染現(xiàn)象。如果在試驗過程中出現(xiàn)了停電或者設(shè)備故障，對低于20小時的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行剔除。

3.3 實驗過程

通過在測試點設(shè)置手工采樣器，并使用特制的三腳架對其進行固定支撐，確保切割器流路與地面保持垂直狀態(tài)。PM2.5自動監(jiān)測設(shè)備對環(huán)境空氣進行24小時的自動采樣，手工采樣時間則為23個小時，其中剩余時間用于對濾膜進行更換以及流量校準等工作。

3.4 偏差分析

本次試驗階段總共在接近1年的時間里進行了70次的試驗分析，并對其中不符合質(zhì)量要求的數(shù)據(jù)進行提出，通過對比發(fā)現(xiàn)，采用B和C監(jiān)測方法，所得到的PM2.5測量結(jié)果和實驗室所得的標準數(shù)據(jù)，偏差大約在11.3%左右，而采用A監(jiān)測方法，所得到的PM2.5測量結(jié)果和實驗室所得的標準數(shù)據(jù)，偏差大約在21.1%左右。

3.5 頻率分布圖分析

根據(jù)圖1可以看出，C監(jiān)測方法的相對平均偏差分布較為集中，而A和B監(jiān)測方法的相對平均偏差分布較為離散，充分證明了B監(jiān)測方法的監(jiān)測結(jié)果穩(wěn)定性相對較好。

圖1 不同監(jiān)測方法相對平均偏差的頻率分布圖

3.6 不同自動監(jiān)測方法的對比分析

由于B監(jiān)測方法（11.3%）的相對平均偏差較A監(jiān)測方法（21.1%）要明顯較好，證明了加裝膜動態(tài)測量系統(tǒng)可以有效的提高振蕩天平方法的精準度。

通過相對平均偏差的頻率對比發(fā)現(xiàn)，采用β射線+聯(lián)用光散射法的穩(wěn)定性較高，該種PM2.5自動監(jiān)測方法更適合在本市應(yīng)用。

4 結(jié)語

通過對常見的PM2.5自動監(jiān)測方法進行分析，介紹不同監(jiān)測方法的優(yōu)缺點，并借助實例分析了不同方法在同樣環(huán)境下的應(yīng)用效果。相關(guān)工作者在監(jiān)測過程中，可結(jié)合本地實際情況，選擇相對適合的監(jiān)測方法，提高PM2.5顆粒濃度測量結(jié)果的準確度。