大气细颗粒物 PM 2.5的研究进展

大气细颗粒物 PM 2.5的研究进展
姜娜
【摘要】PM2.5 gradually became the primary air pollutants in many large and medium cities in China , and their research was the current international atmospheric chemistry community hotspot.The sources of PM 2.5 , chemical characteristics and the relevant analysis methods , monitoring technologies and its health effect and impact on the environment were described.Finally, the research prospect of PM 2.5 was described.%PM2.5逐渐成为我国许多大中城市的首要空气污染物，对其研究是当前国际大气化学界的研究热点。

文章阐述了PM2.5的来源、化学成分及有关分析方法、监测技术、 PM2.5对人类的危害和对环境的影响，并对其研究动向进行了展望。

【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2014(000)013
【总页数】3页(P134-135,168)
【关键词】细颗粒物;PM2.5;监测技术
【作者】姜娜
【作者单位】葫芦岛市环境保护监测中心站，辽宁葫芦岛 125000
【正文语种】中文
【中图分类】X513
近年来，随着经济的发展，空气质量问题日益突出，国内众多城市阴霾天气出现频率逐年增高。

在大气污染中，大气颗粒物污染是一类常见的污染物。

大气颗粒物质(Particulate Matter，PM)是大气中固体和液体颗粒物的总称。

粒径为0.01～100μm的大气颗粒物，统称为总悬浮颗粒物(TSP)［1－2]。

而 PM10和 PM2.5分别指空气动力学直径小于或等于10μm和2.5μm的大气颗粒物。

PM10也称为可吸入颗粒物(Inhalable Particles)，世界卫生组织(WHO)则称之为可进入胸部的颗粒物 (Thoracic Particles);PM2.5因其能够进入人体肺泡，故被定义为可入肺颗粒物 (Repairable Particles)［3－5]。

PM2.5属于细微颗粒物范畴，通常也被称为细粒子(Fine Particles)。

虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但由于大部分有害元素和化合物都富集在细颗粒物上，而随着粒径的减小，细颗粒物在大气中的存留时间和呼吸系统对其的吸收率也随之增加，因此，相对于TSP、PM10，粒径较小且毒性较大的PM2.5对空气污染大气能见度人体健康以及大气能量平衡影响更大［6－7]。

目前，PM2.5已成为国内外城市大气的首要污染物［8－10]。

1 PM 2.5的来源
PM2.5的来源主要分为天然源、人为源和混合源。

天然源主要包括风扬尘土、森林火灾、火山灰、漂浮的海盐、细菌等。

人为排放部分包括化石燃料 (煤、汽油、柴油、天然气)和生物质 (秸杆、木柴)等燃烧、道路和建筑施工扬尘、工业粉尘、餐饮油烟等污染源直接排放的颗粒物，也包括由一次排放出的气态污染物 (主要有二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物、氨气等)转化生成的二次颗粒物。

混合源是指既受到自然力作用又受到人力作用而排放的颗粒物，主要是扬尘［11－12]。

大气颗粒物的来源和发生量会因不同国家和地区的经济发展、能源结构、工艺方法以及管理水平等不同而存在很大差别，通常贡献率比较大的几种排放源为燃煤烟尘、
冶金工业、汽车尾气、物料转运、建筑施工以及地面扬尘等。

2 PM 2.5的化学成分及有关分析方法
2.1 水溶性组分
水溶性组分可分为两种:①水溶性无机组分，一般包括、等;②水溶性有机组分，如甲酸、乙酸、乙二酸等。

2.2 碳组分
PM2.5的含碳组分包括OC、元素碳(EC)和碳酸盐碳(CC)。

细颗粒物中CC的含量所占比例很小，在进行化学物种分析时一般将其忽略。

OC和EC浓度之和常占到PM2.5浓度的10% ～70%。

2.3 有关分析方法
PM2.5里面含有很多种物质，而对于不同的物质可以采取不同的分析方法。

由于分析测试技术的不断发展和提高，对颗粒物化学组成的研究手段也日渐丰富。

主要的分析方法有:
(1)带能谱的扫描电镜和透射电镜，用来观测颗粒物形貌、结构并分析颗粒物的元素组成;
(2)X射线荧光光谱(XRF)、电子微探针、仪器中子活化分析(INAA)、原子吸收光谱(AAS)，特别是石墨炉原子吸收光谱(GASS)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP －AES)、电感耦合等离子体质谱(ICP－MS)等仪器分析技术高速、可靠、自动化程度高，可以用于测定颗粒物中的微量和痕量元素。

这些分析手段的原理不同，使得各种方法都有一定的局限性。

像X射线荧光分析很难测出比钾轻的元素;原子吸收光谱一次只能分析一种元素，每分析一种元素要更换一种光源，而且还破坏样品;电感耦合等离子体质谱法几乎对所有元素均有较高的检测灵敏度，但由于分析过程中化合物分子结构已经被破坏，所以仅使用于元素分析;
(3)离子色谱(IC)技术分析颗粒物水溶性物中 (无机离子，如、等以及一些有机酸);
(4)液相色谱(LC)或色质联用(GC－MS)等分析手段研究颗粒物上吸附的多环芳烃等有机物质;也有一些直接分析方法如红外光谱分析法和质谱法，但由于气溶胶中有机物浓度很低，通常的红外光谱分析技术的灵敏度不足以进行定量分析，只能定性识别某些有机物。

质谱分析要求质量分析器一般要有很高的真空度，离子源也需要保持高真空，给定量分析造成困难;
(5)热/光反射法(TOR)分析方法测定颗粒物中的有机碳和元素碳。

3 PM 2.5的监测技术
目前，测定PM2.5主要采有4种方法:重量法、射线吸收法、微量振荡天平法和光散射法。

重量法即手工法，属国家标准分析方法。

振荡天平法、射线吸收法属自动监测法，国际上普遍采用，也是国家环境空气质量标准中规定的方法。

(1)重量法。

该法是指将PM2.5直接截留在滤膜上，然后用天平称重，计算颗粒物质量浓度。

重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其他方法是否准确的基准。

但其操作繁琐而费时，多用于进行单点、某时间段内的采样与监测，或作为其他方法的比对方法。

(2)射线吸收法。

将PM2.5收集到滤膜上，然后照射一束射线，射线穿过滤膜和颗粒物时由于被散射而衰减，其强度衰减程度与所透过的物质质量有关。

(3)微量振荡天平法。

当采样气流通过滤膜时，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜质量变化导致振荡频率变化，通过测量振荡频率的变化，计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据采样流量、温度和气压，计算出该时段的颗粒物标态质量浓度。

(4)光散射法。

光散射法是通过测量颗粒物受光照射后所发出的散射光信号的大小来测量颗粒物的质量浓度。

该法是利用Mie散射理论及颗粒物的各参量来反演颗粒物质量浓度的。

4 PM 2.5对人类的危害
粗颗粒物PM2.5－10主要沉积在咽喉与气管等上呼吸系统，细颗粒物PM1－2.5
可以进入支气管等下呼吸系统，更细的颗粒物PM0.1－1则能够进入肺部，超细
颗粒物PM0.1能够穿透肺泡进入血液循环系统。

颗粒物的化学成分是对人类健康
造成危害的关键因素。

颗粒物携带有毒重金属硫酸盐有机物和包括病毒、细菌在内的其他污染物能直接进入人的呼吸道和肺部，影响肺部及其他器官健康［13]。

细
颗粒气溶胶PM2.5因其粒径较小同时比表面积较大，与粗颗粒物相比，它更容易
富集有毒物质大量科学研究也表明了大气细颗粒物浓度在短期内小幅增加会提高呼吸系统疾病的死亡率，特别是细颗粒物可通过呼吸道进入肺泡，经过血液循环到达其他器官，从而造成对人体呼吸系统和其他功能系统的损害，其对人体健康的危害要远远超出粗颗粒物。

5 PM 2.5对环境的影响
大气颗粒物不仅对人体健康造成严重的危害，同时也对全球气候城市能见度造成很大的影响。

不同成分的颗粒物对太阳辐射有着吸收或反射的作用，从而改变当地的温度，同时影响云的形成改变局部水循环，造成局部地区天气恶劣。

颗粒物对可见光具有散射吸收和折射作用，从而降低城市能见度。

英国环保部门研究表明，TSP 中粒径在10.0～100.0μm的粒子，由于重力的沉降作用，在空气中停留时间较少，传输距离较短，很快就沉降到地面，而粒径小于10.0μm的颗粒物在空气中停留
时间较长，尤其是粒径小于2.5μm的颗粒物在大气中能停留7～30 d，不易沉降
到地面，并可以长距离传输。

中国气象局北京城市气象研究所和北京大学合作于2001年春季(3月)夏季(6月)秋季(9月)和冬季(12月)开展了大气细粒子与气象能
见度的同步综合观测，结果表明，大气能见度与细粒子质量浓度呈现很好的负相关性，细粒子污染是造成大气能见度下降的主要原因［14－15]。

PM2.5的危害为大家所熟知，当前PM2.5所造成的污染事件越来越多，公民和有关部门越来越关心
和重视环境中PM2.5浓度的情况。

6 结论
由于PM2.5对人体健康、环境都有较大的影响，其研究成为大气环境研究的热点。

未来PM2.5的研究应该主要在以下几个方面展开:
(1)大气颗粒物来源及源解析方面。

应针对一个地区PM2.5的排放特点，研究主要污染源特征谱;选择典型研究地区、季节相关的动态来源清单;开发出当地环境特点
的来源解析模型。

同时，在原有模型的基础上进一步优化，使其更能真切的反映各种颗粒物的来源。

(2)物理化学特征方面。

物理性质应加强对人体毒性最大的超细颗粒的研究，化学
特性方面应全面分析颗粒物的组成成分及其相互影响关系方面的研究。

(3)PM2.5的采样和分析的核心技术方面。

采样和分析技术是分析PM2.5的首要
环节，在采样技术方面需要研究轻便的大气粒子分级采样器;对颗粒物的分析方面，应该更注重于高分辨率、高放大倍数的显微形貌分析和高灵敏度、低检测限的化学分析设备的研究。

参考文献
［1] 唐孝炎．大气环境化学［M] ．北京:高等教育出版社，1991:164．
［2] 吕永达，霍仲厚．特殊环境生理学［M] ．北京:军事医学科学出版社，2003:251－252．
［3] Sloss L L，Smith I M．PM10 and PM2．5:an international perspective ［J] ．Fuel Process Technol，2000，65(66):127－141．
［4] 杨复沫，马永亮，贺克斌．细微大气颗粒物 PM2．5及其研究概况［J] ．世界环境，2000，4:32－34．
［5] 王冰，张承中．大气可吸入颗粒物PM2．5研究进展［J] ．能源及环境，2009，8:25－26．
［6] 王玮，汤大钢，刘红杰，等．中国PM2．5污染状况和污染特征的研究
［J] ．环境科学研究，2000，13(1):1－5．
［7] 邵龙义，时宗波，黄勤．都市大气环境中可吸入颗粒物的研究［J] ．环境保护，2000，1:24－29．
［8] 包贞，冯银厂，焦荔，等．杭州市大气PM2．5和PM10污染特征及来源解析［J] ．中国环境监测，2010，26(2):44－48．
［9] Chan Y C，Simpson R W，Mctainsh G H，et al．Characterization of chemical species in PM2．5 and PM10 aerosols in Brisbane，Australia ［J] ．Atmospheric Environment，1997，31:3773－3785．
［10] 杨复沫，贺克斌，马永亮，等．北京大气细粒子 PM2．5的化学组成［J] ．清华大学学报:自然科学版，2002，42(12):1605－1608．
［11] 蒋红梅，王定勇．大气可吸入颗粒物的研究进展［J] ．环境科学动态，2001，1:11－15．
［12] 乔玉霜，王静，王建英．城市大气可吸入颗粒物的研究进展［J] ．中国环境监测，2011，27(2):22－25．
［13] 杨天智．长沙市大气颗粒物PM2．5化学组分特征及来源解析［D] ．长沙:中南大学硕士学位论文，2010．
［14] 王京丽，刘旭林．北京市大气细粒子质量浓度与能见度定量关系初探［J] ．气象学报，2006，64(2):221－228．
［15] 陈晓秋，俞是聃，傅彦斌．福州市春、冬季霾日与非霾日 PM2．5及碳气溶胶污染水平与特征［J] ．中国环境监测，2008，24(6):68－72．。