环境空气中PM2.5自动监测方法比较及应用探究

姚洋 左安飞 冯宗友

摘   要：环境空气PM2.5自动监测为环境污染治理提供了指导与方向，需要相关人员重点关注。基于此，本文说明了β射线法、振荡天平法这两种PM2.5自动监测的常见方法，并在理论对比的基础上展开了对比试验，得出两者均有较高的适用性，且β射线法的应用价值更高。同时，还从国内外两个角度说明了环境空气中PM2.5自动监测仪器的应用。

关键词：PM2.5  自动监测  β射线法  振荡天平法

中图分类号：X823                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）05（c）-0137-02

1  环境空气中PM2.5自动监测的常见方法分析

1.1 β射线法

就当前我国环境空气中PM2.5的自动监测情况来看，β射线法是一种较为常用的方式，其主要利用了β射线的衰弱量来完成监测。结合β射线的不同衰弱量，能够完成检测空气中颗粒物质量的增加量的测定。在这一过程中，空气样本经采样后吸入采样管，此时，气样中包含的颗粒物会被截留于滤膜处;引入β射线后，颗粒物会吸收β射线的能量，使得其出现衰弱量;利用测定的衰弱量与颗粒物质量增量之间关系的计算，能够最终确定气样中颗粒物的质量浓度，完成一次PM2.5监测。

1.2 振荡天平法（TEOM法）

除了β射线法之外，振荡天平法也是PM2.5自动监测的常见方法，目前，已经在我国的多个城市中得到了应用。在这一监测方法中，主要应用了TEOM监测仪器完成实际的PM2.5监测。此时，利用石英锥形管上部位置的滤膜，能够确保膨胀系数始终处于较低的状态，从而实现“滤膜-锥形管-颗粒物”为一体的集成式振荡系统[1]。在实际的PM2.5自动监测过程中，要在自然频率的条件下振荡试管，在这一过程中，截留于滤膜处的颗粒物质量会发生一定的变化，使得振荡频率发生改变。通过振荡频率的变化值，能够完成对PM2.5的自动监测。

2  环境空气中PM2.5自动监测的常见方法比较分析

2.1 PM2.5自动监测方法的理论比较

从理论角度上进行分析能够发现，上述两种PM2.5自动监测方法存在着较大的差异。对于β射线法来说，其最终的测定结果具有更强的直观性，且整个的监测过程更加简单，环境较为安定。一般情况下，利用β射线法能够在1h之内完成一项数据量的监测，且并不需要过多的人工维护。而对于振荡天平法来说，其在整个的监测过程中需要人员持续性的控制采样管，且要时时关注滤膜的实际振动状态。由此能够看出，相比于振荡天平法来说，β射线法有着更加简单的操作过程，技术难度也相对较低。可以得出，β射线法有着更高的应用价值。

2.2 PM2.5自动监测方法的试验比较

2.2.1 试验设置

为了确保方法比较的全面性与准确性，除了完成理论角度上的对比之外，笔者还进行了试验比较的方式。在本次对比试验中，针对β射线法，设置了一台非自动采样器，以及两台β射线自动监测设备;针对振荡天平法，同样设置了非自动采样器，并配置了TEOM监测仪器。同时，还配置了一些通用设备确保该对比试验的顺利展开，包括超细型玻璃纤维滤膜、0.0001%的天平。针对本次对比试验，设定的试验参数具体如下：采样流量16.6L/min;采样时间间隔1h;每小时的平均采样时长为39min。

2.2.2 试验结果分析

结合上述的对比试验配置以及不同方法的监测流程，得出的结果具体如下：当采样时间为1d时，非自动采样器测定均值为143.43、β射线法设备测定均值为136.34、偏差为-1.92%、振荡天平法设备测定偏差为0.34%;当采样时间为两天时，非自动采样器测定均值为203.13、β射线法设备测定均值为178.08、偏差为-12.32%、振荡天平法设备测定均值为203.87、偏差为0.34%;当采样时间为3d时，非自动采样器测定均值为191.75、β射线法设备测定均值为180.42、偏差为-5.91%、振荡天平法设备测定均值为197.42、偏差为-1.82%;当采样时间为4d时，非自动采样器测定均值为220.31、β射线法设备测定均值为196.23、偏差为-10.91%、振荡天平法设备测定均值为216.32、偏差为-3.02%;当采样时间为5d时，非自动采样器测定均值为227.03、β射线法设备测定均值为197.86、偏差为-12.84%、振荡天平法设备测定均值为220.20、偏差为-2.29%;当采样时间为6d时，非自动采样器测定均值为192.81、β射线法设备测定均值为174.62、偏差为-9.45%、振荡天平法设备测定均值为188.38、偏差为-15.41%;当采样时间为7d时，非自动采样器测定均值为127.96、β射线法设备测定均值为100.62、偏差为-21.37%、振荡天平法设备测定均值为108.23、偏差为-2.66%;当采样时间为8d时，非自动采样器测定均值为126.21、β射线法设备测定均值为115.14、偏差为-7.72%、振荡天平法设备测定均值为166.86、偏差为-2.62%;当采样时间为9d以及10d时，非自动采样器测定均值分别为171.35和199.41、β射线法设备测定均值分别为178.08和168.62、偏差分别为-7.72%和-15.42%、振荡天平法设备测定均值分别为166.86和188.92、偏差分别为为-5.25%和-6.83%。能够得出，非自动监测设备的相关系数低于自动监测设备，存在一定的质量缺陷;两种监测方法均具有适用性。

3  环境空气中PM2.5自动监测仪器的应用探究

3.1 国内PM2.5自动监测仪器的应用情况分析

在我国，使用的PM2.5自动监测仪器的类别相对复杂，由于对于PM2.5的治理处于初级阶段、发展时间相对较短，所以尚未出现固定的监测仪器。因此，在本次分析中，仅能够从监测技术的角度上完成。对于β射线法来说，其应用的仪器设备有着较好的自动化程度，实际测定结果也更为准确。但是，在高温等特殊的条件下，其仪器设备十分容易出现失准的问题，必须要使用FDMS方法或是一系列较为复杂的操作完成失准现象的解决与弥补。此时，要利用FDMS方法完成气样的预处理与监测，然后再完成后续的监测与计算[2]。

对于振荡天平法来说，其整体表现与β射线法较为相似。结合理论分析能够得出，在我国的PM2.5自动监测中，β射线法及相应的仪器有着更好的应用效果。

3.2 国外PM2.5自动监测仪器的应用情况分析

在国外的PM2.5自动监测过程中，常使用振荡天平法及其相关设备完成。该设备准确率与监测效果较高，但是也存在着在特殊条件下失准的问题。因此，为了弥补这一缺陷，在实际的监测中普遍将振荡天平法与FDMS方法结合使用。此时，得到的颗粒物质量浓度有着更高的准确性。另外，一些先进的西方国家已经完成了FDMS、TEOM一體化监测设备的研制，值得我国引入与学习。

4  结语

就当前我国环境空气中PM2.5的自动监测情况来看，β射线法、振荡天平法是较为常用的方式，有着较高的监测准确性。结合理论与对比试验能够得出，两者均有着较高的适用性，但是β射线法及相应的仪器有着更好的应用效果。通过分析我国与国外的PM2.5自动监测仪器应用能够了解到，FDMS、TEOM一体化监测设备有着更高的监测结果准确性，有着较高的学习与引入价值。

参考文献

[1] 许娟娟，陈欢，胡瑞丰.环境空气中PM2.5自动监测方法比较及应用[J].资源节约与环保，2019（2）：39.

[2] 杨丽平，李德春，刘海江.环境空气中PM2.5自动监测方法的比较及监测仪器应用分析[J].中国高新科技，2017，1（5）：62-64.