大气颗粒物及其组成研究进展

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摘 要 颗粒物是空气中最重要的污染物之一，由于颗粒物表面的吸附作用，其组分非常复杂，其中含有多种有毒有害的化学成分，对大气环境造成不良影响，并危及人体健康。借助大气颗粒物及其组成成分的测定，通过污染源解析分析其来源及影响因素，控制大气颗粒物的排放，对于保证大气环境质量、改善人们的生存环境具有重大意义。本文对此进行综述。着重介绍大气颗粒物及其组成成分、源解析及测量技术的最新进展。

关键词 大气颗粒物 可吸入颗粒物(PM 10) 细颗粒物(PM 2.5) 总悬浮颗粒物

(TSP) 组成 源解析法 测量技术

Abstract Particles is one of the most important pollutants in the air. Because of its

adsorption of surface particles contain a variety of poisonous and harmful chemical composition, which makes great impact on atmospheric environment and endanger human body health. With the help of measuring atmospheric particles and its composition and analyzing the resource and influence factors through resolving pollution source, the control of atmospheric particulates emissions is of great significance to guarantee the quality of atmospheric environment and improve the people’s living environment. Above all was overviewed in this paper which emphases is the development of atmospheric particulates and its components, analysis of pollution source and measuring technology.

Key words Atmosphere particulates Particulate matter( PM 10) Particulate matter

(PM 2.5) Total suspended particle(TSP) Composition Source apportion-ment Measurement technology

大气颗粒物及其组成研究进展（上）

Research progress of atmospheric particulates and its composition

由人类活动等原因所产生的某些颗粒物进入大气，会对环境造成污染。颗粒物污染是空气中最重要的污染物之一，我国大多数地区空气首要污染物就是颗粒物。每个成年人平均每天呼吸空气15m 3，保证人们呼吸到清洁干净的空气是最重要的环保任务之一。由于颗粒物表面的吸附作用，其组分非常复杂，其中含有多种有毒有害化学成分，对大气环境造成诸多不良影响，并危及人体健康。借助大气颗粒物及其组成成分测定，通过源解析探明其来源及影响因素，控制大气颗粒物排放，对保证大气环境质量、改善人们生存环境具有重大意义。本文对此进行综述，着重介绍大气颗粒物及其组成成分、源解析及测量技术最新进展。

1 大气颗粒物对人体健康的影响

空气中大气颗粒物被称为人类第一杀手，原因是细颗粒物上聚集大量有害重金属、酸性氧化物、有害有机物、细菌和病菌等，会通过呼吸道而进入人体上下呼吸道。不同粒径的颗粒物可在不同的呼吸道部位沉积。10~100μm 的颗粒物被阻挡在鼻腔外，2.5~10μm 的颗粒物大部分被鼻咽区截留，0.01~2.5μm 的颗粒物主要沉积在支气管和肺部，特别是0.1μm 左右的颗粒物沉积在肺部，甚至可穿过肺泡进入血液中，对人体健康危害最大[1~7]。由于体积更小，PM 2.5具有更强的穿透力，可能抵达细支气管壁，

尹 洧Yin Wei

（北京市化学工业研究院 北京 100022）

(Beijing Chemical Industrial Research Institute, Beijing 100022)

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并干扰肺内的气体交换。更小的微粒（直径≤ 100nm ）会通过肺部传递影响其他器官。其中，发表于《美国医学会杂志》的一项研究表明，PM 2.5会导致动脉斑块沉积、引发血管炎症和动脉粥样硬化，最终导致心脏病或其他心血管问题[8，9]。这项始于1982年的研究证实，当空气中PM 2.5的浓度长期高于10 μg/m 3，就会带来死亡风险的上升。浓度每增加10μg/m 3，总的死亡风险会上升4%，心肺疾病带来的死亡风险上升6%，肺癌带来的死亡风险上升8%。此外，PM 2.5极易吸附多环芳烃等有机污染物和重金属，使致癌、致畸、致突变的机率明显升高。

美国国家航空航天局（NASA ）2010年9月公布一

张全球空气质量地图，专门展示世界各地PM 2.5的密度。由加拿大达尔豪斯大学的2位研究人员制作。他们根据NASA 的2台卫星监测仪的监测结果，绘制一张显示出2001-2006年PM 2.5平均值的地图（见图1）。

在20世纪70年代，人们开始注意到颗粒物污染与健康问题之间的联系[10]，在美国，每年由于颗粒物污染造成的死亡人数约为2.2~5.2万人（2000年数据）[11]，在欧洲这一数字则高达20万。为就减少空气污染对健康的影响提供全球性指导，世界卫生组织（WHO ）于2005年发

布《空气质量准则》[12]，其中包括对颗粒物浓度的限制（见

表1）。国际上对颗粒物的PM 10的限制标准（见表2）。

表2 对空气中颗粒物的限制标准（单位：µg/m 3）

国家/

组织PM 10

PM 2.5

备注

文献来源年均日均年均日均欧盟20

50252010年生效，2010年强制

[13]美国150

1535

[14]

澳大利亚8252003年生效，非强制日本15352009年生效

中国1001503575PM 10为二级标准，PM 2.5拟2016年实施[15,16]

WHO

20

5010

252005年发布，指导值

[12]

2012年2月29日的国务院常务会议上，已同意发布新修订的《环境空气质量标准》

。新标准增加细颗粒

图1 全球空气质量地图

图中色调由浅至深代表着PM 2.5的质量浓度越来越高

表1 WHO 对颗粒物浓度的限制（单位：µg/m 3）

PM 10PM 2.5

选择浓度的依据

过渡时期目标-1 (IT-1)7035相对于AQG 水平而言，在这些水平的长期暴露会增加大约15%的死亡风险。

过渡时期目标-2 (IT-2)5025除其它健康利益外，与 过渡时期目标-1 相比，在这个水平的暴露会降低大约6% [2%~11%]的死亡风险。过渡时期目标-3 (IT-3)3015除其它健康利益外，与 过渡时期目标-2 相比，在这个水平的暴露会降低大约6% [2%~11%]的死亡风险。空气质量准则值 (AQG)

20

10

对于PM 2.5的长期暴露，这是一个最低水平。在这个水平，总死亡率、心肺疾病死亡率和肺癌的死亡率会增

加（>95%可信度）。

物 (PM2.5)和臭氧(O 3)8h 浓度限值监测指标。会议要求2012年在京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省会城市开展细颗粒物与臭氧等项目监测，2013年在113个环境保护重点城市和国家环境保护模范城市开展监测，2015年覆盖所有地级以上城市。并于2012年2月29日发布国家标准GB3095-2012《环境空气质量标准》。

2 大气颗粒物的分类

空气中颗粒物并不都是几何球体，大多成不规则形态，因此需将换算成球体直径，这就是当量直径（de ）。其真实直径为D ρ，由于颗粒物来源不同，其密度ρ（或比重）