可吸入颗粒物的研究

可吸入颗粒物的研究

1.国内外可吸入颗粒物研究概况及发展

目前我国对于可吸入颗粒物的研究才刚刚起步，还没有系统的研究，也没有对这些细颗粒污染物的物理化学特征及其环境效应进行过系统的评价，而国外对于和可吸入颗粒物环境行为的研究起步较早。从20世纪80年代起，美国环保局在1997年率先颁布了可吸入颗粒物5的空气质量标准，年均值15．0 u g.m-3，日均值65．0 u g.m-3。其它欧美及亚洲国家、澳大利亚等也都已经出台相应的有关PM2.5甚至PM，。的空气质量标准，并在颗粒物的源解析，组成结构、毒物学、病理学、大气输运过程及空气质量模型等方面做了很多的工作。尽管国内外在可吸入颗粒物产生机理研究方面都取得一定进展，但由于实验室条件等的限制，今后对可吸入颗粒物的研究还应引起足够重视，为保持生态和生活健康提供借鉴和基础。2.可吸入颗粒物概念

可吸入颗粒物是指漂浮在空气中的固态和液态颗粒物的总称，其粒径范围约为0.1-100 微米。有些颗粒物因粒径大或颜色黑可以为肉眼所见，有些则小到使用显微镜才可观察到。通常把粒径在10微米以下的称为可吸入颗粒物（PM10）。它们是可在大气中长期飘浮的悬浮微粒，也称可吸入尘或飘尘。

2.1可吸入颗粒物的来源

可吸人颗粒物的来源可分为自然源和人为源：自然源包括植物花粉和孢子、土壤扬尘、海盐等；人为源又可分为固定源和移动源，前者如燃料燃烧、工业生产过程，后者如交通运输等。可吸入颗粒物的质量分布主要是扬尘、机动车尾气（不包括二次污染物）、海盐、富钙和钛化合物（来自固结或矿物处理工厂）、生物体的燃烧、元素碳和二次污染物。

2.2可吸入颗粒物的危害

可吸入颗粒物在环境空气中持续的时间很长，对大气能见度影响都很大。一些颗粒物来自污染源的直接排放，比如烟囱与车辆。另一些则是由环境空气中硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物及其它化合物互相作用形成的细小颗粒物，它们的化学和物理组成依地点、气候、一年中的季节不同而变化很大。可吸入颗粒物通常来自在未铺沥青、水泥的路面上行使的机动车、材料的破碎碾磨处理过程以及被风扬起的尘土。

可吸入颗粒物不仅对环境产生了严重的影响，而且对人体健康等造成了广泛的损害。可吸入颗粒物在环境空气中持续的时间很长，对人体健康和大气能见度影响都很大。

可吸入颗粒物被人吸入后，会累积在呼吸系统中，引发许多疾病。对粗颗粒物的暴露可侵害

呼吸系统，诱发哮喘病。细颗粒物可能引发心脏病、肺病、呼吸道疾病，降低肺功能等。因此，对于老人、儿童和已患心肺病者等敏感人群，风险是较大的。另外，环境空气中的颗粒物还是降低能见度的主要原因，并会损坏建筑物表面。

颗粒的粒径大小是危害人体健康的另一重要因素。她主要表现在两个方面：一是，粒径越小，越不易沉积，长时间漂浮在大气中吸入体内，且容易深入肺部。一般地说，粒径在100um 以上的尘粒会很快在大气中沉降：10um以上的尘粒可以滞留在呼吸道中；5～10um的尘粒大部分会在呼吸道沉积，被分泌的黏液吸附，可以随痰排出；小于5um的微粒能深入肺部，0.01～0.1um的尘粒，50%以上将沉积在肺腔中，引起各种尘肺病。二是粒径越小，颗粒表面的比表面积越大，物理、化学活性越高，加剧了生理效应的发生和发展。此外，颗粒的表面可以吸附空气中的各种有害气体及其他污染物，而成为它们的载体，如可以承载强致癌物质苯并芘及细菌等。

2.3可吸入颗粒物的产生机理与源解析方法

可吸入颗粒物产生机理的研究是在实验室中模拟实际操作进行的，通过实验室测试，可以鉴定影响可吸入颗粒物排放的各种因素并建立各种因素之间的一些经验或半经验性的函数关系式，可以进行不同排放源可吸入颗粒物的化学特性，粒度分布等分析，确定出主要的影响因素，通过优化操作条件来最终减少或控制可吸入颗粒物的排放，实现可吸入颗粒物的源头治理114J。源解析的主要方法分为两类：以污染区域为对象的受体模型和以污染源为对象的扩散模型。受体模型的研究方法主要包括显微法、物理法和化学法等，目前国内外科研工作者已经成功地开发出了10余种受体模型，主要包括化学质量平衡法(CMB)，主成份分析法(PCA)，因子分析法(F A)，多元线性回归法(M I R)等。

大气可吸入颗粒物的成分分析技术

2.3.1元素分析

大气颗粒物的元素分析方法有无损分析法和样品经消解后分析法等两种分析方法。

(1)将空气颗粒物捕集后不经样品消解处理而直接进行定量分析多种元素的

方法有：仪器中子活化法(NAA)、质子荧光法(PIXE)、能量色散和波长色散X射线

荧光法(XRF)等。在NAA法中，必须使用原子能加速器，测定多种元素的灵敏度

很高，用滤膜捕集测定空气颗粒物中的21个元素，检测限为0．01～10ppm。PIXE测定中必须使用质子加速器，灵敏度很高，可捕集18个元素，检测限为0．1ng／m3～2ng／m3(Cu、Zn)。XRF灵敏度稍低，但相对低廉，且操作方便，元素的相互干扰较少。

(2)空气颗粒物样品经酸分解后．原子吸收法(AAS)、等离子发射光谱法(ICP-AEC)、等离子

发射光谱一质谱法(ICP—MS)分析是最为广泛使用的方法。酸消解的方法有聚四氟乙烯衬里的高压釜法和微波消解后，后者是近年来最为常用的方法，具有省时、简单、消解时酸的使用量少、二次污染小等优点。

2.3.2碳的成分分析

在EC、OC分别测定中，常使用的方法有热分离法、光学法和酸分解法。其中热分离法使用较多，最佳的分离温度设定十分重要，已有许多研究报导。

2.3.3水溶性成分分析

以水位提取液，样品经超声波提取后，一般金属离子用AAS、ICP-AES、ICP—MS法测定。阴离子SO。2-，NO，一、Cl_等及阳离子NH。+的最佳测定方法是IC法。甲酸、醋酸根离子也可用IC法测定，检测限可分别达0．03 p g／L及0．07 u g／L。

2.3.4有机成分分析

用GC—MS法同时测定PAH和正构烷烃及有机氯化合物、用GC—ECD或GCMS法定量测定空气颗粒物中的PCB及有机氯杀虫剂等都已有报道，而且GC—MS法、IC法及CE法测定羧酸类的报道较多。

3可吸入颗粒的测定重量法

3.1方法原理

分别通过具有一定切割特性的采样器，以恒速抽取定量体积空气，使环境空气中PM2.5 和PM10 被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的重量差和采样体积，计算出PM2.5 和PM10 浓度。

3.2仪器和设备

（1）切割器：

PM10 切割器、采样系统：切割粒径Da50=（10±0.5）μm；捕集效率的几何标准差为σg=

（1.5±0.1）μm。其他性能和技术指标应符合HJ/T 93-2003 的规定。

PM2.5 切割器、采样系统：切割粒径Da50=（2.5±0.2）μm；捕集效率的几何标准差为σg=

（1.2±0.1）μm。其他性能和技术指标应符合HJ/T 93-2003 的规定。

（2）采样器孔口流量计或其他符合本标准技术指标要求的流量计。

大流量流量计：量程（0.8~1.4）m3/min；误差≤2%。