环境空气监测中TSP、PM10、PM2.5的监测总结

郑裕俊

(忻州市生态环境局东部区域监测技术保障中心，山西 原平 034100)

引 言

时至今日，我国民众的生态环境保护意识空前提高，这得益于我国对生态环境的高度重视，有关“青山绿水就是金山银山”的理念开辟了我国生态环境保护的新里程。

环保意识的加强，势必会将环境监测工作提到更重要的前沿阵地，因为环境监测是生态环境保护的“顶梁柱”和“生命线”。近些年雾霾对环境的影响，让人们对PM2.5有了深刻认识，因其吸附空气中存在的细菌、病毒、金属等化学成分，它通过呼吸道进入肺泡，沉积而损伤肺泡和黏膜，引起慢性肺心病，加重哮喘病，引起鼻咽、支气管炎等病变。而监测过程中对环境空气监测中TSP、PM10、PM2.5的手工监测流程的精准把握事关监测数据的代表性、完整性、可比性、准确性和精密性，是改善环境空气质量的关键一环，更是保护人民群众身体健康的重要屏障，所以必须加以认真研究[1-2]。

1 精读相关标准文件

首先，要用心研读《环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法》及修改单GB/15432-1995；《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》及修改单HJ618-2011。精读这两个标准文件，会指导我们如何规范地测定环境空气中的总悬浮颗粒物(TSP)、PM10和PM2.5[3-6]。

2 熟悉相关仪器和设备

2.1 切割器和采样系统

TSP、PM10、PM2.5各自切割器的区别在于50%切割粒径不同，分别是100 μm、10(±0.5)μm、2.5(±0.2)μm。其他的相关技术指标应符合《总悬浮颗粒物采样器技术要求及检测方法》HJ/T374-2007；《环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)采样器技术要求及检测方法》及修改单HJ93-2013。

2.2 采样器及流量校准器

采样器按孔口流量计的流量不同分为3类，在常规监测中，应用最多的是中流量且工作点流量是100 L/min的采样器；其次是大流量，其工作点流量为1.05 m3/min，如在环境评价监测中用于监测空气质量；小流量且工作点流量为16.67 L/min的采样器，可用于环境空气中氟化物的采样。

流量校准器也分为3种：校准流量为60 L/min～125 L/min的称为中流量校准器；校准流量为0.8 m3/min～1.4 m3/min的称之为大流量校准器；校准流量0 L/min～30 L/min的为小流量校准器。它们的误差均为≤2%。

注意：采样前后，要用经检定过的流量校准器来校准采样器的流量，流量误差应<5%。

2.3 滤膜

可以按采样项目的不同来选择对应的滤膜，如玻璃纤维滤膜和石英滤膜都为无机滤膜；而聚四氟乙烯膜、聚氯乙烯膜、混合纤维膜、聚丙烯膜则为有机滤膜。

在常规、常态下，实验室准备的玻璃纤维滤膜，因其具有吸湿性低、价格便宜、化学惰性(除强酸、碱外)且铅含量低的特点，而广泛应用在环境空气颗粒物的采样中；石英滤膜具有流速高、高效过滤、造价低、热稳定性好和有机物本底值低的特点，常用于低浓度颗粒物采样，石英滤膜更广泛应用于污染源监测中；聚四氟乙烯膜的特点为热稳定性强、惰性及化学性稳定、质量轻、无颗粒脱落，常用于空气颗粒物的化学分析。

大流量采样器所用滤膜一般为方形，中、小流量采样器的滤膜常为圆形。滤膜要根据采样项目的不同进行相应的前处理，并使滤膜边缘平滑、厚薄均匀且无任何破损。

标准滤膜的称量：取检查过的完好的洁净滤膜数张，在恒温恒湿箱内(如温度23 ℃，湿度50%RH的条件下)平衡24 h，称重，每张滤膜非连续称10次以上(10次称量需要在30 min内完成)，记录质量，最后取平均值，作为原始质量，以上滤膜称为标准滤膜。

标准滤膜的应用：每次称量空白滤膜和尘膜时要先称量两张标准滤膜，若大流量用标准滤膜称出的质量与原始质量误差为±5 mg，而中、小流量用滤膜误差为±5 mg，则认为此次称量合格，否则认为此次称量的环境条件不符合要求，需要检查并调整环境条件，重新称量该批次滤膜。

2.4 分析天平

采用感量0.1 mg(万分之一)或0.01 mg(十万分之一)电子天平，天平室要符合JJG1036的规定，天平室要避光，有稳固的水泥基座，带稳压器的电源，并用空调来控制其温、湿度。每次测量按天平要求提前预热30 min以上。

2.5 恒温恒湿箱

箱内温度可在15 ℃～30 ℃范围内连续调整，温度控制精度在±1 ℃，箱内空气相对湿度控制在(50±5)%。恒温恒湿可以连续工作。它的作用是保证所有化验过程中的滤膜的平衡条件都能保持一致。最大程度减少温、湿度不同带来的称量误差。化验室应该提升恒温恒湿室(天平放置其中)的标准化建设。

2.6 玻璃干燥器

用于盛放滤膜，放有变色硅胶，若硅胶由蓝色变为了粉红，则要更换硅胶，硅胶高温除湿后可重复使用。

2.7 其他

滤膜袋(盒)、X光看片机、打号机、便携式气压计及温度计、无锯齿状的镊子、乙烯基(实验室所用)手套等。

3 样品的采集及保存

采样时的点位布设及采样时间和频率的要求可查看《环境空气质量手工监测技术规范》HJ194-2017，注意的是，常规采样器要避免大风、雨雪、雷电天气，若风速大于8 m/s时，大风可能让仪器刮倒或地面颗粒物会受扰动加强且影响颗粒物的捕获，所以要停止采样，雨雪会造成采样器阻力太大若长时间将会烧毁电机，此外采样处也要避开污染源及障碍物。

将校准好的采样器放在合适的空旷地带，接好电源，打开三角支架，放在平坦坚硬、水平地面上，此时调好高度后要拧紧锁扣，不然会让支架倾斜摔坏采样器，采样器入口距地面高度不得低于1.5 m，应为1.5 m～15 m的范围内，距支撑物表面1 m以上。

要及时记录采样地点的气象参数和天气状况，然后连接好采样系统，将采样头清理干净，检查滤膜夹保证无污染、无损坏，用镊子将按要求编号的滤膜(滤膜毛面要向上，不然得重新采样)平放在滤膜支撑网上，放好滤膜夹，对正、拧好切割器头以防漏气，调好流量、采样起止时间，开机、采样。

采好样品后，记录好采样起止时间、流量、温度、气压、风速、主导风向、相对湿度等环境条件，滤膜编号、采样地点，还要记录采样器里存储的累积采样体积、累积采样时间(累积时间达不到要求时要重新采样)；取放滤膜时带上实验室用手套，用不带锯齿镊子夹取滤膜，避免污染滤膜，若不小心滤膜掉在地上或有风刮掉滤膜导致污染滤膜或发现滤膜上尘的边缘轮廓不清晰、滤膜上有异物、滤膜安装歪斜，都得重新采样。

采好的滤膜要将采样面向内，对折放入对应编号的滤膜袋中。应该及时平衡称量，若不能及时称量，则将滤膜袋放在4 ℃的冷藏柜中或低于采样环境温度中存放，最多可保存30 d。

注意：每批次采样前空白滤膜和采样后尘膜及标准滤膜都是在相同的一定的平衡条件下。平衡24 h以上后，称重，但称量滤膜的天平室也要保持与平衡时一样的温度和湿度。

4 尘膜的平衡和称重

采样结束后，要及时进行尘膜的平衡和称重，要保证尘膜的平衡和稳重条件与空白滤膜的平衡及称重条件一样。平衡24 h以上后，最好用称空白滤膜的同一台天平称量，记录滤膜编号、平衡条件和称下的质量。

尘膜(包括空白滤膜)称量一次后，要在同一条件下平衡1 h后再次称量，取两次的均值作为该滤膜的质量。但要知道，PM10、PM2.5的尘膜，相同条件下的两次称量之差应分别小于0.4 mg、0.04 mg。

5 浓度的计算

TSP、PM10、PM2.5质量浓度计算公式见式(1)、式(2)。

ρ(TSP)(μg/m3)=(W1-W2)×1000/VN

(1)

式中，W1指尘膜的质量，mg；W2指空白膜质量，mg；VN指标准状况下采样体积，m3；

ρ(PM10、PM2.5)(mg/m3)=(W1-W2)×1 000/V

(2)

式中，W1表示尘膜质量，g；W2表示空白膜质量，g；V表示实际采样体积，m3。

6 结语

环境空气中颗粒物(TSP、PM10、PM2.5)的污染，随着经济发展呈上升态势，而每年我国都在控制这些大气污染上下了大力气，环境管理、政策调控、环境监测，无不在为提升环境质量而努力，所以我们环境监测人员也得学懂学通理论原理，要学好、用好监测设备，我国颗粒物监测设备也在不断适应检测需求，向更方便、更快捷、更稳定发展，相应监测标准文件也在逐步改进，在平时的监测工作中我们随时关注、学习新的知识，掌握先进仪器的使用，把握好每个细节，才会保证监测数据的准确性。相信通过我们不断的总结、探讨，我们的监测能力将会稳步提高，成为一个合格的监测人员，向社会、政策提供可靠的环境监测数据，是我们必须努力的方向。