浅谈PM25与其监测

PM2.5 PM2.5 PM是英文particulate matter（颗粒物）的首字母缩写。PM2.5俗称的细颗粒物是对空气中直径小于或等于2.5um的固体颗粒或液滴的总称。这些颗粒如此细小，肉眼是看不到的，它们可以在空气中漂浮数天。人类纤细的头发直径大约是70um，这就比最大的PM2.5还大了近三十倍。 PM2.5对健康的危害 PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。关于PM2.5死亡风险的数据源自2002年发表于《美国医学会杂志》的一篇基于长达16年的随访数据的论文。上面指出如果空气中PM2.5的浓度长期高于10微克/立方米，死亡风险就开始上升。浓度每增加10微克/立方米，总的死亡风险就上升4%，得心肺疾病的死亡风险上升6%，得肺癌的死亡风险上升8%。这意味拿吸烟做个比较。吸烟可使男性得肺癌死亡的风险上升21倍（也就是上升2100%），女性的风险上升11倍（1100%）；使中年人得心脏病死亡的风险上升2倍（200%）。和吸烟一比，PM2.5的危害就显得非常小了。如果吸烟都没有让你感到恐惧，那你就不用担心眼下PM2.5超标对健康的影响了。全球分布美国国家航空航天局（NASA）2010年9月公布了一张全球空气质量地图，专门展示世界各地PM2.5的密度。地图由加拿大达尔豪斯大学的两位研究人员制作。他们根据NASA 的两台卫星监测仪的监测结果，绘制了一张显示出2001年至2006年PM 2.5平均值的地图。在这张图上红色（即PM2.5密度最高，出

现在北非、东亚和中国。中国华北、华东和华中PM2.5的密度，指数甚至接近每立方米80微克，甚至超过了撒哈拉沙漠。在这张2001-2006年间平均全球空气污染形势图上，全球PM2.5最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部。 PM2.5的监测目前，各国环保部门广泛采用的PM2.5测定方法有三种：重量法、β射线吸收法和微量振荡天平法。这三种方法的第一步是一样的需要把PM2.5与较大的颗粒物分离，区别在于测定分离出来的PM2.5的重量。

将PM2.5直接截留到滤膜上，然后用天平称重，这就是重量法。值得一提的是，滤膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。只要滤膜对于0.3um以上的颗粒有大于99%的截留效率，就算是合格的。损失部分极细小的颗粒物对结果影响并不大，因为那部分颗粒对PM2.5的重量贡献很小。《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》重量法：是最直接、最可靠的方法，是验证其它方法是否准确的标杆。对于PM2.5的采样器来说，2.5um是一个踩在边线上的尺寸。直径恰好为2.5um的颗粒有50%的概率能通过采样器。大于2.5um的颗粒并非全被截留，而小于2.5um的颗粒也不是全都能通过。例如，按照《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》的要求，3.0um以上颗粒的通过率需小于16%，而2.1um以下颗粒的通过率要大于84%。将PM2.5分离出来的采样器在抽气泵的作用下，空气以一定的流速流过时，那些较大的颗粒被截留，PM2.5则能绝大部分随着空气顺利通过。这和发生在我们呼吸道里的情形是非常相似的：大颗粒易被鼻腔、咽喉、气管截留，所以细颗粒则更容易

到达肺的深处，从而产生更大的健康风险。采样器 EPA认证测定方法重量法需人工称重，程序繁琐费时。如果要实现自动监测，就需要用到另外两种方法。

β射线吸收法：将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束beta射线，射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度和PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量。美国大使馆那台知名度很高的仪器依据的就是此原理。微量振荡天平法：一头粗一头细的空心玻璃管，粗头固定，细头装有滤芯。空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比。于是，根据振荡频率的变化，就可以算出收集到的PM2.5的重量。 PM2.5与能见度虽然空气中不同大小的颗粒物均能降低能见度，不过相比于粗颗粒物，更为细小的PM2.5降低能见度的能力更强。能见度的降低其本质上是可见光的传播受到阻碍。当颗粒物的直径和可见光的波长接近的时候，颗粒对光的散射消光能力最强。可见光的波长在0.4-0.7微米之间，而粒径在这个尺寸附近的颗粒物正是PM2.5的主要组成部分。理论计算的数据也清楚地表明这一点：粗颗粒的消光系数约为0.6平方米/克，而PM2.5的消光系数则要大得多，在1.25-10平方米/克之间，其中PM2.5的主要成分硫酸铵、硝酸铵和有机颗粒物的消光系数都在3左右，是粗颗粒的5倍[。所以，PM2.5是灰霾天能见度降低的主要原因。利用能见度来测定PM2.5 大气能见度的好坏是受大气对太阳光的散射和吸收的消光效应制约的。能见度降低的主

要原因有两个：一是物体和背景两者之间的对比度减少,二是由于细粒子和气态污染物对光的吸收和散射，使来自物体的光信号减弱。通常光衰减的范围是用bext/m测量和表示的（用530nm或550nm作为可见光区的基准波长）。例如，bext a 1×10-4/m 表示光移动距离每1米，光信号的衰减a 0.01%。由于可见距离Vd（m）通常规定是当来自物体辐射只剩2%时的距离，因此，Vd可以由下式计算：Vd 3.91/ bext 根据光学原理得出光的衰减，消光系数bext的构成通常用下式表示： bext bsp +bsw +bsg +bap +bag 式中： bsp是由细粒子对光的散射构成的（通常在城市环境中是光衰减的最大成份，并且与气溶胶细粒子物质有高相关）； bsw是由空气湿度引起的光散射（发现当相对湿度高出70%时变得很重要）; bsg是清洁空气产生的瑞利散射（在海平面它是0.13×10-4/ m）; bap是由细粒子产生的光的吸收通常是光衰减的第二大因素,并且主要是烟灰煤烟粒子 ; bag主要是NO2气体对光的吸收。bag（10- 4/ m）已经发现与NO2浓度（ppm）有关bag 3 .3[NO2] 原则上，只要给出了空气中粒子的粒径分布和化学成份的详细资料，气溶胶对能见度的影响就可以预测激光雷达探测气溶胶用于探测大气气溶胶和云的激光雷达技术主要是米散射探测技术，使用这种技术的激光雷达被称为米散射激光雷达。以激光为光源（激光波长一般为um量级），探测激光与大气气溶胶相互作用的后向散射回波信号，利用适当的数据反演方法从回波信号中获得气溶胶后向散射和消光特性。利用偏振探测原理获取的气溶胶消偏振