环境空气中PM2.5监测方法的比较研究

刘烁，赵玉龙，包新荣，项明

（甘肃省环境监测中心站，甘肃　兰州　730020）

环境空气中PM2.5监测方法的比较研究

刘烁，赵玉龙，包新荣，项明

（甘肃省环境监测中心站，甘肃兰州730020）

在相同的环境条件下比较了β射线法、微振荡天平法、β射线-光散射融合法和手工滤膜采样-称重法测定环境空气中PM2.5的方法，实验结果表明，β射线-光散射融合法在PM2.5浓度较低时准确度较好，浓度较高时准确度较差。经过比较，β射线法、微振荡天平法能够满足环境质量细颗粒物的测定要求。

环境空气；PM2.5；自动监测；方法

近年来，我国雾霾天气多发，特别是入冬以来京津冀、长三角、珠三角地区雾霾天气频频出现［1，2］，严重影响人们的生活。相关文献及研究已证实灰霾天气与PM2.5密切相关，PM2.5由于颗粒直径小，与大气中的其他物质相比，它能传送到更远的位置并且在空中停留更长的时间［3］。在环境空气质量监测和预报预警工作中，对环境空气中PM2.5的科学监测至关重要。本研究用4种不同原理的环境空气颗粒物监测设备同时监测PM2.5质量浓度，进行为期35d的比对监测实验，通过实验评价各种监测方法的适用性情况。

1　国内外环境空气PM2　.5　测定方法概述

测定环境空气中PM2.5的方法主要有β射线法、微振荡天平法、光散射法和手工滤膜采样-称重法等，其中手工滤膜采样-称重法为大多数国家的标准方法，由于这种方法连续采样时间长、滤膜称重环境等要求高，不便于时时监控环境质量变化情况。EPA、ISO、JIS、DIN、EN等标准方法中有连续自动测定环境空气中PM2.5的方法——微β射线法和振荡天平法，但美国和欧盟国家将这两种方法仅用于时时监控环境质量状况、预警环境质量污染等［4，-6］，对公众发布环境质量报告及环境管理决策以手工滤膜采样-称重法监测数据为准。

我国于2012年将PM2.5限值纳入环境空气质量新标准，并于2013年颁布了PM2.5连续自动监测方法标准。目前，我国环境空气质量PM2.5时时发布数据主要为β射线法、微振荡天平法连续自动监测数据。光散射法、光散射和其他方法融合法测定环境空气中颗粒物的方法是近年来有突破性进展的一种监测方法［7］，其优点是可连续自动监测环境空气中颗粒物，并且可以测定颗粒物的各种粒径组成，目前主要应用于科研领域。

2　实验部分

2.1主要仪器和试剂

环境空气颗粒物手工采样器2台、β射线法颗粒物自动监测设备2台、微振荡天平法颗粒物自动监测设备2台、β射线-光散射融合法法颗粒物自动监测设备2台，百万分之一天平。超细玻璃纤维滤膜。

2.2仪器条件

本实验手工采样设备为连续采样24h，采样流量为16.7L/min，测定PM2.5日均值。连续自动监测设备为每小时采样一次，每次采样时间为40min，采样流量为16.7L/min，测定PM2.5h值，通过计算得出PM2.5日均值。

3　结果与讨论

3.1几种测定方法比较

用2台环境空气颗粒物手工采样器、2台β射线法颗粒物自动监测设备、2台微振荡天平法颗粒物自动监测设备、2台β射线-光散射融合法颗粒物自动监测设备同时、连续测定环境空气中PM2.5。手工滤膜采样-称重法为国家标准方法，各自动监测法测定环境空气中PM2.5结果与手工滤膜采样-称重法测定结果比较如图1、图2、图3所示。由图可见，3种自动监测方法与手工监测方法比较相关系数均大于0.95，自动监测结果与手工监测结果显著相关。但β射线-光散射融合法自动监测结果与手工监测结果相比较的斜率小于0.9，准确度不能满足要求。

图1　β射线法设备监测数据与手工监测数据比较

3.2环境空气中PM2.5连续测定结果

图2　微振荡天平法设备监测数据与手工监测数据比较

图3　β射线-光散射融合法设备监测数据与手工监测数据比较

选取连续35d进行比对测试实验，实验结果见表1。

表1　不同测定方法测定环境空气中PM2.5结果统计

由实验可见，β射线法测定环境空气中PM2.5的方法与手工法比较，有82.9%的测定结果偏差在-15%～15%之间，微振荡天平法测定环境空气中PM2.5的方法与手工法比较，有77.1%的测定结果偏差在-15%～15%之间，这两种方法的结果均可以接受。β射线-光散射融合法测定环境空气中PM2.5的方法与手工法比较，有40%的测定结果偏差在-15%～15%之间，测定结果偏差较大。

续表1

表1　不同测定方法测定环境空气中PM2.5结果统计

本实验35d的环境空气PM2.5测定结果的正态分布情况如图4所示［8］，由图4所示可见本次测定结果范围为38.99～260.66ug/m3之间，其中22.9%的测定结果小于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）中二级标准限值（75ug/m3），分别出现在第12d～第14d，第23d、第26d、第32～35d，这些时段的β射线法测定结果相对偏差均小于15%，微振荡天平法62.5%的测定结果相对偏差小于15%，β射线-光散射融合法85.7%的测定结果相对偏差小于15%。可见在环境空气PM2.5浓度较低时，β射线法测定结果准确度优于β射线-光散射融合法、优于微振荡天平法。

本次实验结果频率最高的为84.53～199.4ug/m3之间的测定值，占整个测定结果62.9%。这些时段的β射线法、微振荡天平法均有78.3%的测定结果相对偏差小于15%，而β射线-光散射融合法仅有27.3%的测定结果相对偏差小于15%，β射线-光散射融合法测定结果准确度明显差于β射线法和微振荡天平法。

4　结论

图4　PM2.5测定结果正态分布

本文比较了β射线法、微振荡天平法、光散射法和手工滤膜采样-称重法测定环境空气中PM2.5的方法，在相同的环境条件下进行参考文献：

了为期35d的实际测试，其中22.9%的测定结果小于《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级标准限值要求（75ug/m3）。整体来看β射线-光散射融合法不能满足环境空气中PM2.5测定的准确度要求，β射线法和微振荡天平法能够满足环境质量细颗粒物的测定要求。在环境空气PM2.5浓度较低时，β射线法测定结果准确度优于微振荡天平法和β射线-光散射融合法。

［1］周强.京津冀雾霾产生的根本原因及如何治理［J］.污染及防治，2014（8）：125-127.

［2］赵敏，黄东风，何斯征，等.从区域能源消费探寻雾霾成因［J］.电力与能源，2015（3）：133-135.

［3］郑玫，张延君，闫才青，等.中国PM2.5来源解析方法综述［J］.北京大学学报，2014，50（6）：1141-1154.

［4］张林锋，干俐达.大气可吸入颗粒物PM2.5的研究发展状况［J］.资源节约与环保，2013（5）：100-101.

［5］蔡刚.环境空气中PM2.5的测定方法［J］.甘肃科技，2012，28（12）：45-46.

［6］欧阳松华.PM2.5在线监测技术概述［J］.中国环保产业，2012（4）：14-18.

［7］崔延青，李少华，杨建虎，等.β射线法与光散射法颗粒物监测仪在扬尘监测中的应用［J］.中国科技成果，2015（17）：18-20.

［8］赵志飞，闫晖，姚岚，等.正态分布在区域地球化学调查样品分析质量评价中的应用探讨［J］.岩矿测试，2013，32（1）：96-100.

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