摘要：在城市化建设进程的快速推进下，环境空气污染问题也越来越严重，环境空气PM2.5监测受到了高度重视。本文首先对几种常用的环境空气PM2.5自动监测方法进行介绍和比较，分析每种监测方法的特点。在此基础上，对国内外环境空气PM2.5自动监测方法的应用情况进行研究，主要从监测仪器和技术的应用情况展开探讨，以期为国内环境空气PM2.5监测工作提供参考。
关键字：环境空气；PM2.5；自动监测方法
前言
雾霾天气等环境空气污染问题的频繁出现，反映出环境空气保护面临的严峻形势。党的十九大对环境保护工作提出了具体要求，首先应加强环境空气污染物监测，利用先进的监测仪器和技术手段，及时掌握各地区的环境空气质量情况，得出准确、具有代表性的监测数据，为环境空气污染治理提供依据。其中，PM2.5是雾霾天气的主要成因，有必要加强对环境空气PM2.5监测技术的研究，提升其监测技术水平。
一、常用的环境空气PM2.5自动监测方法及比较分析
（一）常用PM2.5自动监测方法的特点
目前环境空气PM2.5自动监测方法主要包括β射线监测法和微振荡天平法两大类，其监测原理不同，各有各的特点。首先，PM2.5是值环境空气中切割粒径≤2.5um的微小颗粒物。其质量轻、体积小，因此容易漂浮在空气中，引发雾霾等灾害天气现象。无论是β射线监测法还是微振荡天平法，都是针对PM2.5颗粒污染物的特点研发的自动监测方法。
其中，β射线监测法主要利用β射线衰减原理对PM2.5颗粒进行监测，通过捕获β射线衰减量，测定某段时间区间内的空气颗粒物分布状况，可以根据β射线变化情况，分析物质添加量。在监测过程中，采用采样泵和采样管收集环境空气样本。空气样本中的颗粒物会被滤膜截留。然后采用β射线照射滤膜，在其通过滤膜时，滤膜上附着的颗粒物会吸收部分β射线，导致其能量出现衰减。因此，可以通过计算β射线衰减量，根据β射线衰减量与颗粒物增加量的转换关系，计算出颗粒物质量浓度。
另一种振荡天平法则是利用专用的监测仪器，对环境空气样本中的颗粒物质量浓度进行监测和计算。专用监测仪器由热膨胀系数较小的特殊石英锥形管、滤膜等部分组成，通过形成一个振动系统，按自然频率进行振荡。采集到的环境空气样本经过滤膜时，由于颗粒物附着在滤膜上，会导致滤膜质量出现变化。此时锥形管振荡频率也会发生变化，可以通过对锥形管频率变化进行测量，结合空气样本流量，计算出颗粒物质量浓度[1]。
（二）常用PM2.5自动监测方法的比较
从上述分析来看，由于两种PM2.5自动监测方法的原理不同，其监测影响因素及监测效果，都存在一定差异。β射线监测法实际上是根据颗粒物的β射线吸收强度，对其质量浓度进行分析计算。当颗粒物附着在滤膜表面后，采用盖革计数器根据β射线在采样测量前后的强度变化，计算吸附颗粒物质量浓度。这种方法的特点是人工维护需求较低，数据时间分辨率为每小时监测1个数据，目前也有可提供连续数据的仪器。微振荡天平法则是根据石英锥形管的振荡杆负重变化引起的振荡频率变化，对颗粒物质量浓度进行计算。目前市面上存在分钟级别的数据监测仪器，时间分辨率较高。但是这种方法对人工维护有较高要求，在监测过程中，未安装膜动态测量系统的微振荡天平监测设备得到的监测值，一般低于β射线监测法得出的监测值[2]。
二、国内外环境空气PM2.5自动监测方法的应用研究
（一）国外环境空气PM2.5自动监测方法应用情况
国外关于环境空气PM2.5自动监测方法的研究起步较早，欧盟2008年发布的空气质量评价报告，已经涵盖27个欧盟成员国。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆共设立了528个PM2.5监测点位，对β射线监测法和微振荡天平法都有应用，还有微振荡天平法与膜动态测量的联合监测方法。下面以英国和美国为例，研究国外环境空气PM2.5自动监测方法的实际应用情况。
1、英国的应用情况
英国环境空气PM2.5监测主要采用微振荡天平法，使用微振荡天平监测仪，其采样膜温度保持在50℃左右，由于高温会使空气中的硝酸铵等半挥发性颗粒物挥发，所以监测结果会低于实际颗粒物质量浓度。为保证监测结果的准确性，在利用微振荡天平法进行监测时，会添加一个默认的监测数据纠正系数，即1.3，从而校正因挥发损失而减少的颗粒物质量浓度。早在2006年时，英国环境食品农业事务部及其下属机构，就对包括PM2.5颗粒物在内的颗粒物监测仪进行了系统研究，最终得出的结论是即使引入纠正系数，其微振荡天平法也不能成为欧盟标准的等效方法。因此，英国开始采取微振荡天平法与膜动态测量联合监测方法，在安装膜动态测量系统后，其测量准确度可以达到欧盟等效标准要求。膜动态测量系统就是为解决微振荡天平法中的颗粒挥发问题而研发的系统。在其工作过程中，空气样本通过系统进样管干燥后，再进入微振荡天平监测仪。按照微振荡天平法计算出颗粒物质量浓度后，空气样本通过膜动态测量系统切换阀，进入冷凝器，让颗粒物和有机物组分经过冷凝后，再通过滤膜。经过冷凝器处理的空气样本为纯净气流，其通过微振荡天平监测仪时不会使滤膜增重，而且会因滤膜上的半挥发颗粒物持续挥发，出现质量下降，可以将其减轻的质量作为挥发损失质量，进而达到对监测结果进行校正的目的[3]。
2、美国的应用情况
美国环保署制定的颗粒物监测参考标准及欧盟标准等效方法包括多种类型，其中，由美国本土公司研发的监测仪器和技术方法主要为β射线监测法。此外也使用日本、法国、德国、瑞典等国家研制的颗粒物监测仪器。其中也包括微振荡天平监测仪，但在采用微振荡天平监测法对PM2.5颗粒物进行监测时，都需要与膜动态测量系统配合使用。由此可见，单独的微振荡天平监测法难以满足PM2.5颗粒物监测结果标准要求，通过与膜动态测量联合使用，则可以对其监测结果进行校正，保证监测结果的可靠性。
（二）国内环境空气PM2.5自动监测方法应用情况
我国环境监测总站从2007年开始组织上海、天津、广州等地的环境监测站，共设立了9个PM2.5监测试点单位和16个监测点位。各监测点位使用的自动监测仪器多数为从美国引进的环境空气颗粒物自动监测仪器，对β射线监测法、微振荡天平监测法以及微振荡天平监测法与膜动态测量系统的联合监测方法都有使用。随着国内环境空气污染问题的不断加剧，PM2.5监测工作受到了社会各界的广泛关注，试点规模不断扩大，2011年时试点监测站已经覆盖26个城市，2013年时覆盖超过50个城市，拥有100台以上的环境空气颗粒物自动监测设备。但是当时采用的PM2.5自动监测方法以微振荡天平监测法居多，大约60%的监测点采用的是这种方法，只有个别监测点配合使用了膜动态测量系统。由此导致PM2.5监测结果与实际情况不符。从2011年开始，关于不同PM2.5自动监测方法的比较研究陆续开展，上海实验室率先发现采用单独的微振荡天平监测法得出的监测结果，总是低于β射线监测法的监测结果。环境监测总站通过实验分析确定，两种方法的监测结果平均相差15.8%~23%左右。而采用微振荡天平监测法与膜动态测量系统的联合监测方法，则可以使监测结果偏差明显减少。因此，需要采用不同监测方法相结合的措施，构建适用的PM2.5监测平台，满足PM2.5的实际监测需求。
结束语
综上所述，经过多年的研究发展，国内外的环境空气PM2.5监测技术研究都取得了重要成果。通过对各种自动监测方法进行比较分析，可以明确各种监测方法的原理及可能产生的影响因素，在此基础上，采取多种监测方法结合使用的措施，可以减少监测结果偏差，保证PM2.5监测的可靠性。
参考文献
[1]李立.环境空气中PM_(2.5)自动监测方法分析[J].节能与环保,2018(11):60-61.
[2]熊雅菁,黄萍,廖祖文.环境空气PM2.5连续监测系统手工采样的比对测试探究[J].中国资源综合利用,2018,36(03):33-35.
[3]谢振凯,尉迟胜军,魏爱军,刘安.环境空气与汽车/发动机颗粒物PM_(2.5)测试方法研究[J].汽车零部件,2018(02):77-80.
论文作者:王三飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/4
标签：滤膜论文; 空气论文; 环境论文; 方法论文; 天平论文; 颗粒物论文; 射线论文; 《防护工程》2018年第35期论文;