【颗粒物检测仪】空气中可吸入颗粒物PM10的测定方法

PM10是空气动力学直径小于或等于10微米的颗粒物，也称可吸入颗粒物或飘尘，PM2.5就是其中的一种。PM10长期累积会引起呼吸系统疾病，如气促、咳嗽、诱发哮喘、慢性支气管炎、慢性肺炎等。可吸入颗粒物PM10的测量方法较多，有撞击式重量法、光散射法、振荡天平法以及β射线法。格雷沃夫颗粒物检测仪采用激光散射法对颗粒物进行测量。

       撞击式重量法

       撞击式重量法是目前国标GB/T 18883中推荐采用的方法，具体的实施方法可参见GB/T 17095。

       重量法测量颗粒物浓度普遍采用大流量采样器，原理为采样泵抽取一定体积的空气进入切割器，将空气动力学直径小于等于10 μm的颗粒物切割分离，PM10颗粒随着气流经切割器的出口被阻留在已称重的滤膜上。根据采样前后滤膜的质量差及采样体积，计算出PM10的浓度。

       撞击式重量法原理简单，可靠性较好，是我国测定PM10的标准方法，可作为其他PM10测量方法的校正。但它的缺点也很明显：依靠手工操作，步骤繁复，自动化程度低，在操作过程中增加了实验误差；仪器笨重，无法在线测量；噪声较大，测量时间较长。

       光散射法

       光散射法能够很好地满足室内PM10浓度的快速、实时、准确的测量，国标WS/T 206中专门对该方法进行了相关规定。

       光散射法是基于当光照射在空气中的PM10颗粒物上时，产生散射光，散射光的光强度与其PM10的质量浓度成正比，通过测量散射光强度，按照光散射理论，计算出被测颗粒物的平均粒径和浓度，并应用质量浓度转换系数即可获得PM10的质量浓度。

       光散射法具有的特点：

       ①由于光的穿透性强，可以实现非接触性测量，无需从被测介质汇总抽取试样，从而提高了测量精准度，对被测介质的干扰也减为最少，特别当被测介质不可及或有毒时，这一优点就表现得尤为明显。

       ②粒径测量范围宽广：按各种不同光散射原理工作的颗粒测量仪，其可测粒径的下限可为零点几微米或更小，而上限则可达1 mm左右，这个数值基本上满足生产实践中的实际需要。

       ③测量的对象广：能对各种双相介质中的颗粒进行测量。

       ④易于和电子计算机配合使用，从而实现测量过程和数据处理的全自动化，使测量装置达到很高的智能化程度。

       ⑤需要已知的被测颗粒及分散介质的物理参数量少。

       ⑥光散射法仪器一般具有快速、稳定性好、体积小、操作简便等优点。

       振荡天平法

       振荡天平法是基于锥形元件振荡微量天平原理。其振荡系统由滤膜、空心锥形振荡管和底座构成，如左图所示。滤膜规定在空心锥形振荡管的顶部，工作时随振荡管一起振荡；锥形振荡管的底部和底座固定在一起，工作时底座和锥形振荡管的底部不振荡。锥形元件于其自然频率下振荡，振荡频率由振荡器件的物理特性、参加振荡的滤膜质量和沉积在滤膜上的颗粒物质量决定；由于振荡器件的物理特性、参加振荡的滤膜质量是固定不变的，所以振荡器件的振荡频率实际上取决于滤膜上的颗粒物质量。工作时，空心锥形振荡管和滤膜在驱动电路的驱动下以固有频率振动，空气通过滤膜从振荡管中流过，空气中的颗粒物积累在滤膜上，改变了振荡系统的质量，从而使整个系统的固有频率发生变化，通过频率计数电路对振荡管频率的测量就可以计数出对应时间内累计的颗粒物质量的增量，通过计算可得出该段时间内的颗粒物质量浓度。

       振荡天平原理的优点是实时性好，准确度高，检出限低。缺点是测量系统在50 ℃恒温下工作，须将滤膜及洋气加热以去除水分，同时会使半挥发性污染物挥发，从而测出的数据偏低，此外，在湿度较大的雨天容易出负值。针对这个问题，振荡天平方法的分析仪必须增加FDMS（即膜动态测量系统），用于增加收集挥发性颗粒物。美国EPA认证的、基于该原理的测量仪均要求有FDMS功能。

       β射线法

       β射线法测定PM10浓度，是基于β粒子穿透物质时强度随吸收层厚度增加而减弱的原理实现的。原子核在发生β衰变时，放出β粒子，β粒子实际上是一种带电粒子，它的穿透能力较强，当它透过一定厚度的吸收物质时，其强度随吸收层厚度增加而逐渐减弱的现象，称为β吸收。环境空气由采样泵吸入，经过滤膜后排出，颗粒物沉积在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时能量发生衰减，通过对β射线衰减量的测定计算出PM10的浓度。

       β射线衰减法是一种间接的测量方法，仪器的校准需要使用标准膜片，标准膜片的材质假定与所采集的颗粒物的成分相同。因此，测量的准确性不仅与采样流量的准确性有关，还受颗粒物成分的影响。β射线吸收原理自动监测仪适用范围较广，在24 h空气质量连续自动监测中应用广泛。在污染较重或地理位置重要的地方，β射线吸收原理自动监测仪可有效的反映出空气中PM10污染浓度的变化情况，为环保部门进行空气质量评估和政策提供准确、可靠的数据依据。因此，β射线吸收原理是颗粒物检测仪器的首选方法。

       四种方法测量PM10的特点比较