大氣顆粒物濃度檢測(cè)技術(shù)及其發(fā)展

摘要：大氣顆粒物是一種重要的空氣污染物逐漸顯現，詳細(xì)分析了大氣顆粒物濃度的檢測(cè)原理更適合、檢測(cè)方法足了準備“踩?；谀げ都姆Q重法是zui基本的顆粒物濃度檢測(cè)方法深入交流，但是基于其他原理的顆粒物濃度檢測(cè)方法在顆粒物的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)方面得到了廣泛應(yīng)用引領作用，對(duì)各類監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)作了對(duì)比，指出自動(dòng)化雙向互動、智能化和網(wǎng)絡(luò)化是大氣顆粒物濃度檢測(cè)儀器的方向發(fā)展效率和安。

大氣環(huán)境檢測(cè)是所有大氣環(huán)境工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，不論是進(jìn)行大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)助力各業、大氣污染防治極致用戶體驗，還是進(jìn)行大氣環(huán)境科學(xué)及工程的研究提供有力支撐，都必須是在科學(xué)、準(zhǔn)確測(cè)定大氣環(huán)境參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行建議，離開了準(zhǔn)確的檢測(cè)品率，其他的大氣環(huán)境方面的所有工作都成了無(wú)稽之談，因此不斷發展，大氣環(huán)境檢測(cè)技術(shù)也隨著大氣環(huán)境科學(xué)與工程的發(fā)展而得到了迅速發(fā)展積極影響。大氣中懸浮顆粒物的存在，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響緊密協作，因此越來越重要，大氣顆粒物一直是大氣環(huán)境研究中zui前沿領(lǐng)域之一。

大氣顆粒物濃度是評(píng)價(jià)大氣顆粒物的重要指標(biāo)之一發揮重要作用，顆粒物濃度的檢(監(jiān))測(cè)一直受到環(huán)境工作者的重視醒悟。本文綜述大氣顆粒物濃度檢測(cè)技術(shù)的原理及檢測(cè)儀器設(shè)備的市場(chǎng)及研究現(xiàn)狀，并展示其發(fā)展趨勢(shì)高質量。

1也逐步提升、大氣顆粒物濃度及測(cè)試分類

大氣中的懸浮顆粒物(SPM)是大氣顆粒物的統(tǒng)稱，可分為一次污染物和二次污染物註入了新的力量。一次污染物是直接進(jìn)入大氣中的顆粒物重要的作用，粒徑大小一般在1～20μm范圍內(nèi)，大部分大于2．5μm去創新；二次污染物顆粒較小足夠的實力，其大小在0．01～1．0μm范圍內(nèi)，是大氣中的氣態(tài)污染物之間及氣態(tài)污染物與塵粒之間相互發(fā)生化學(xué)或光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的又進了一步。根據(jù)大氣顆粒物的粒徑大小多種場景，將大氣顆粒物分別命名多元化服務體系。其中規劃，對(duì)環(huán)境影響較大，引起人們普遍關(guān)注的有總懸浮顆粒物(TSP)深度、可吸人顆粒物(PM10)帶動擴大、可人肺顆粒物(PM2．5)。

大氣中的懸浮顆粒物對(duì)人體健康的負(fù)面影響開拓創新，及對(duì)城市大氣能見度持續發展、氣候、空氣質(zhì)量主動性、生態(tài)環(huán)境的影響創造性，都與總懸浮顆粒物(TSP)、PM10及PM2.5的數(shù)量及質(zhì)量多少有關(guān)道路，為準(zhǔn)確描述顆粒物的影響規模設備，在研究大氣顆粒物的行為真諦所在、影響時(shí)，制定了大氣顆粒物濃度的指標(biāo)競爭力，大氣顆粒物濃度可分為個(gè)數(shù)濃度充分、質(zhì)量濃度和相對(duì)質(zhì)量濃度。個(gè)數(shù)濃度指以單位體積空氣中含有的顆粒物個(gè)數(shù)表示的濃度值集聚，單位為粒／cm3競爭力、粒／L，多應(yīng)用于空氣潔凈技術(shù)領(lǐng)域狀況，無(wú)塵室機製性梗阻、超凈工作間等超低濃度環(huán)境和需要?dú)馊苣z的個(gè)數(shù)濃度來(lái)解釋種種現(xiàn)象的氣象學(xué)領(lǐng)域。質(zhì)量濃度指以單位體積空氣中含有的顆粒物的質(zhì)量表示的濃度全過程，單位為mg／m3或μg／m3生產效率，用于一般的大氣顆粒物研究領(lǐng)域。相對(duì)濃度是指與顆粒物的濃度有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的物理量數(shù)值效果，作為相對(duì)濃度使用的物理量有光散射量使用、放射線吸收量、靜電荷量密度增加、石英振子頻率變化量等有效性。

大氣顆粒物濃度的測(cè)量，主要是根據(jù)顆粒物的物理性質(zhì)(包括力學(xué)機遇與挑戰、電學(xué)廣泛關註、光學(xué)等)與顆粒物的數(shù)量或質(zhì)量之間的關(guān)系，通過(guò)相應(yīng)的儀器設(shè)備進(jìn)行的集成技術。根據(jù)測(cè)量的具體操作就能壓製，可將大氣顆粒物的測(cè)試方法分為捕集測(cè)定法和浮游測(cè)定法，捕集測(cè)定法是指先用各種手段捕集空氣中的微粒適應能力，再測(cè)定其濃度的方法更優美；能保持空氣中的浮游顆粒仍為浮游狀態(tài)而測(cè)定其濃度的方法為浮游測(cè)定法。

2解決方案、個(gè)數(shù)濃度的測(cè)定

個(gè)數(shù)濃度的測(cè)定方法主要有兩種：

2.1優勢、化學(xué)微孔濾膜顯微鏡計(jì)數(shù)法

在潔凈環(huán)境含塵濃度的測(cè)定中，用濾膜顯微鏡計(jì)數(shù)法測(cè)量個(gè)數(shù)濃度是個(gè)數(shù)濃度測(cè)定法的zui基本方法增產，其原理是將微粒捕集在濾膜表面便利性，再使濾膜在顯微鏡下成為透明體，然后觀察計(jì)數(shù)行動力，分試樣樣品采集提供有力支撐、顯微鏡觀察和粒子計(jì)數(shù)三個(gè)過(guò)程，屬捕集測(cè)定法保供。

2.2自行開發、光散射式粒子計(jì)數(shù)器

光散射式粒子計(jì)數(shù)器的原理是用光照射浮游粒子協同控製，粒子將引起入射光的散射，球形粒子引起的光散射強(qiáng)度可由Mie的光散射理論式計(jì)算品質，被測(cè)粒子的散射光強(qiáng)與含各種粒徑的聚苯乙烯標(biāo)準(zhǔn)粒子的散射光強(qiáng)相比較利用好，得到不同粒徑粒子的個(gè)數(shù)濃度。光散射法可直接得到測(cè)量數(shù)據(jù)解決問題，但顆粒物重疊系列、標(biāo)準(zhǔn)粒子與被測(cè)粒子的折射率不同及粒子帶有電荷會(huì)造成誤差；對(duì)于濃度較高的粒子相互配合，幾乎所有的計(jì)數(shù)器都是隨粒徑的變小而計(jì)數(shù)率變低慢體驗。

3、質(zhì)量濃度的測(cè)定

顆粒物的質(zhì)量濃度在大氣顆粒物研究中使用zui多智能化，所以其測(cè)定方法的研究得到了充分重視科技實力，基于各種原理的測(cè)定的方法也zui多，經(jīng)常使用的方法有濾膜稱重法建設、光散射法在此基礎上、壓電晶體法、電荷法前來體驗、β射線吸收法及zui近幾年發(fā)展起來(lái)的微量振蕩天平法等自主研發。這些測(cè)試方法的具體原理是：

3.1、濾膜稱重法

濾膜稱重法是顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)定的基本方法更加廣闊，以規(guī)定的流量采樣損耗，將空氣中的顆粒物捕集于高性能濾膜上，稱量濾膜采樣前后的質(zhì)量非常完善，由其質(zhì)量差求得捕集的粉塵質(zhì)量性能穩定，其與采樣空氣量之比即為粉塵的質(zhì)量濃度。

儀器主要由采樣儀支撐作用、分析天平等組成研學體驗，根據(jù)所用的采樣儀的流量大小不同，將采樣儀分為大流量(1m3/min以上)規模、中流量(100 L/min左右)和小流量(10～30 L/min)三種近年來，在選用采樣儀時(shí)講道理，應(yīng)考慮他們之間的可比性發展目標奮鬥，一般以大流量采樣儀作比較。稱重法單獨(dú)或配合切割器可測(cè)量TSP更多的合作機會、PM10延伸、PM2.5，稱重法測(cè)定顆粒物質(zhì)量濃度時(shí)需要的時(shí)間一般較長(zhǎng)(3～24h)服務好。

濾膜稱重法測(cè)定的是顆粒物的質(zhì)量濃度新趨勢，其優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單反應能力，測(cè)定數(shù)據(jù)可靠，測(cè)量不受顆粒物形狀學習、大小結構重塑、顏色等的影響，但在測(cè)定過(guò)程中應用優勢，存在操作煩瑣高質量發展、費(fèi)時(shí)、采樣儀笨重高效節能、噪聲大等缺點(diǎn)影響力範圍，不能立即給出測(cè)試結(jié)果。

3.2新創新即將到來、光散射式測(cè)量?jī)x

光散射式測(cè)量?jī)x測(cè)量質(zhì)量濃度的原理和光散射式粒子計(jì)數(shù)器的原理類似邁出了重要的一步，是建立在微粒的Mie散射理論基礎(chǔ)上的。光通過(guò)顆粒物質(zhì)時(shí)設施，對(duì)于數(shù)量級(jí)與使用光波長(zhǎng)相等或較大的顆粒需求，光散射是光能衰減的主要形式。

光散射數(shù)字測(cè)塵儀包括光源組合運用、集光鏡真諦所在、傳感器、放大器競爭力、分析電路及顯示器等充分，由光源發(fā)出的光線照射在顆粒物上產(chǎn)生散射，此散射光通過(guò)集光鏡到達(dá)傳感器上廣泛應用，傳感器把感受到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)關註度，經(jīng)過(guò)放大和分析電路，可以計(jì)測(cè)脈沖的發(fā)生量哪些領域，即可得到以每分鐘脈沖數(shù)(CPM)表示的相對(duì)濃度敢於挑戰。當(dāng)顆粒物性質(zhì)一定時(shí)，可以通過(guò)稱重法先求出CPM 與mg/m3的轉(zhuǎn)換系數(shù)K建立和完善，根據(jù)K值將CPM 值直接轉(zhuǎn)換提供了遵循、顯示為質(zhì)量濃度(mg/m3)。光散射數(shù)字測(cè)塵儀的光源有可見光大型、激光及紅外線等服務效率，配合切割器，可以用來(lái)測(cè)量PM10重要意義、PM2.5統籌發展。

光散射測(cè)塵儀屬浮游測(cè)定法，可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)空氣中顆粒物的濃度體系，根據(jù)顆粒物性質(zhì)預(yù)先設(shè)K值生產製造，可以現(xiàn)場(chǎng)直接顯示質(zhì)量濃度(mg/m3)開展試點，體積小，重量輕共同，操作簡(jiǎn)便推進一步，噪音低，穩(wěn)定性好簡單化，可直讀測(cè)定結(jié)果實際需求，可以存儲(chǔ)以及輸出電信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，適于公共場(chǎng)所衛(wèi)生及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粉塵等場(chǎng)合和大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中使用優勢。

3.3善謀新篇、壓電晶體法

壓電晶體法(又稱壓電晶體頻差法)，采用石英諧振器為測(cè)量敏感元件便利性，其工作原理是使空氣以恒定流量通過(guò)切割器方法，進(jìn)入由高壓放電針和微量石英諧振器組成的靜電采樣器，在高壓電暈放電的作用下提供有力支撐，氣流中的顆粒物全部沉降于測(cè)量諧振器的電極表面上切實把製度，因電極上增加了顆粒物的質(zhì)量，其振蕩頻率發(fā)生變化逐步顯現，根據(jù)頻率變化可測(cè)定可吸人顆粒物的質(zhì)量濃度銘記囑托，石英諧振器相當(dāng)于一個(gè)超微量天平。

壓電晶體法儀器可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)自動化裝置。石英諧振器對(duì)其表面質(zhì)量的變化十分敏感示範，使用一段時(shí)間后需要清潔。利用此原理的大氣監(jiān)測(cè)儀一般裝備于環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)站有很大提升空間。

3.4運行好、 β射線吸收法

β射線吸收式測(cè)量?jī)x的工作原理是： 射線在通過(guò)顆粒物時(shí)會(huì)被吸收，當(dāng)能量恒定時(shí)可能性更大，β射線的吸收量與顆粒物的質(zhì)量成正比部署安排。測(cè)量時(shí)，經(jīng)過(guò)切割器技術，將顆粒物捕集在濾膜上推廣開來，通過(guò)測(cè)量β射線的透過(guò)強(qiáng)度，即可計(jì)算出空氣中顆粒物濃度相對較高。儀器可以間斷測(cè)量資源配置，也可以進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)測(cè)量，粉塵對(duì)β線的吸收與氣溶膠的種類姿勢、粒徑相互融合、形狀、顏色和化學(xué)組成等無(wú)關(guān)綠色化，只與粒子的質(zhì)量有關(guān)不同需求。β射線是由14C射線源產(chǎn)生的低能射線，安全耐用保持穩定，其半衰期可達(dá)數(shù)千年總之，十分穩(wěn)定。

3.5支撐作用、微量振蕩天平法

微量振蕩天平法(TEOM 法研學體驗，英文名稱Tapere Element Oscillating Microbalance)，是近年發(fā)展起來(lái)的顆粒物濃度測(cè)量方法最為突出，測(cè)量原理是基于技術(shù)的錐形元件振蕩微量天平原理落實落細，由美國(guó)R&P公司研制，符合美國(guó)EPA標(biāo)準(zhǔn)高效化。此錐形元件于其自然頻率下振蕩製高點項目，振蕩頻率由振蕩器件的物理特性、參加振蕩的濾膜質(zhì)量和沉積在濾膜上的顆粒物質(zhì)量決定支撐能力。儀器通過(guò)采樣泵和質(zhì)量流量計(jì)資源優勢，使環(huán)境空氣以一恒定的流量通過(guò)采樣濾膜，顆粒物則沉積在濾膜上特征更加明顯。測(cè)量出一定間隔時(shí)間前后的兩個(gè)振蕩頻率估算，就能計(jì)算出在這一段時(shí)間里收集在濾膜上顆粒物的質(zhì)量，再除以流過(guò)濾膜的空氣的總體積的可能性，得到這段時(shí)間內(nèi)空氣中顆粒物的平均濃度不要畏懼。

在大氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，美國(guó)R&P公司的RP1400a測(cè)塵儀用于實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)空氣中顆粒物的濃度問題，其測(cè)量精度和實(shí)時(shí)性是傳統(tǒng)方法所*的大大縮短。配以不同的切割器，RP1400a可用于測(cè)量PM2.5緊密相關、PM10和TSP更默契了。儀器每2秒測(cè)量一次濾膜的振蕩頻率，同時(shí)儀器也可輸出0．5培訓、1不合理波動、8、24h的平均濃度重要工具。但該儀器在測(cè)量時(shí)受溫度積極拓展新的領域、濕度影響較大，應(yīng)特別注意更優質。

3.6相對開放、電荷法

電荷法主要用在煙氣中顆粒物(粉塵)的監(jiān)測(cè)當(dāng)煙道或煙囪內(nèi)粉塵經(jīng)過(guò)應(yīng)用耦合技術(shù)的探頭時(shí)，探頭所接收到的電荷來(lái)自粉塵顆粒對(duì)探頭的撞擊、摩擦和靜電感應(yīng)拓展應用。由于安裝在煙道上探頭的表面積與煙道的截面積相比非常小生產創效，大部分接收到的電荷是由于粒子流經(jīng)過(guò)探頭附近所引起的靜電感應(yīng)而形成。排放濃度越高管理，感應(yīng)優化上下、摩擦和撞擊所產(chǎn)生的靜電荷就越強(qiáng)。即O／tocM／t(這里模樣，Q代表電荷生產體系，M 代表顆粒物量，t代表時(shí)間)很重要。

電荷法技術(shù)包括直流耦合與交流耦合技術(shù)兩種技術節能。

電荷法屬于浮游測(cè)定法，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)廣泛認同。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較普遍的煙塵在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有：采用交流耦合技術(shù)的澳大利亞GOYEN(高原)公司的EMS6型國際要求，采用直流耦合技術(shù)的英國(guó)CODEL公司的MonoGard型。由于不同的顆粒材料會(huì)產(chǎn)生不同的感應(yīng)共同努力、摩擦電流行業內卷，此類設(shè)備必需在安裝后進(jìn)行須標(biāo)定。

3.7逐漸完善、常用顆粒物檢測(cè)方法比較

上述顆粒物質(zhì)量或相對(duì)質(zhì)量濃度的各種測(cè)量方法參與能力，根據(jù)的是顆粒物的不同性質(zhì)與質(zhì)量的直接或間接的關(guān)系，在某一方面有一定的長(zhǎng)處是目前主流，同時(shí)會(huì)帶來(lái)某方面的缺點(diǎn)(見表1)充分發揮，在選擇測(cè)定方法時(shí)一定要注意揚(yáng)長(zhǎng)避短。顆粒物濾膜稱重法一般需要較長(zhǎng)的采樣時(shí)間充分發揮，很難適用于要求快速得到測(cè)量結(jié)果的場(chǎng)合選擇適用，不能測(cè)定粒子的時(shí)空分布，測(cè)量結(jié)果是一段時(shí)間內(nèi)的平均值設計，操作也較復(fù)雜業務指導。相比較而言，其他濃度測(cè)量方法雖然存在一定誤差就此掀開，但在顆粒物自動(dòng)在線連續(xù)檢測(cè)方面是濾膜稱重法所*的溝通協調，應(yīng)根據(jù)不同的測(cè)定目的來(lái)選擇引人註目。在需要實(shí)時(shí)在線測(cè)定的場(chǎng)合要用到相對(duì)質(zhì)量濃度測(cè)量方法日漸深入，而在不需要在線連續(xù)測(cè)量或需要考慮可比性的情況下全會精神，要用濾膜稱重法直接測(cè)量顆粒物的質(zhì)量濃度，同時(shí)逐步改善，濾膜稱重法采集的顆粒物樣品可以用來(lái)進(jìn)行其它分析意見征詢。

4提升、大氣顆粒物濃度測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著自動(dòng)化及信息技術(shù)的迅速發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測(cè)也由以人工采樣和實(shí)驗(yàn)室分析為主的必然要求，向自動(dòng)化研究成果、智能化和網(wǎng)絡(luò)化為主的監(jiān)測(cè)方向發(fā)展；由較窄領(lǐng)域監(jiān)測(cè)向領(lǐng)域監(jiān)測(cè)的方向發(fā)展運行好。監(jiān)測(cè)儀器逐步向高質(zhì)量首次、多功能可能性更大、集成化進一步意見、自動(dòng)化、系統(tǒng)化和智能化的方面發(fā)展共享應用。社會(huì)需要大量的生產能力、使用方便、操作簡(jiǎn)單的大氣顆粒物監(jiān)測(cè)儀器示範推廣、監(jiān)控設(shè)備堅持好，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展用于在線監(jiān)測(cè)污染源煙塵、工業(yè)粉塵排放量(濃度或總量)大幅增加，包括測(cè)量相關(guān)參數(shù)：流量特性、含濕量、溫度等等特點，實(shí)現(xiàn)污染源排放濃度或總量監(jiān)測(cè)以及監(jiān)測(cè)和監(jiān)控一體化的監(jiān)測(cè)儀器建言直達，特別是適用于細(xì)微顆粒物(PM10、PM2.5)的采樣和監(jiān)測(cè)儀器將進一步。

要適應(yīng)這個(gè)發(fā)展充分發揮，必須加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器和監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)研究，研究顆粒物濃度對(duì)大氣各種性質(zhì)的影響成就，反過(guò)來(lái)根據(jù)這些影響探索物理重要方式、化學(xué)、生物系統、電子非常重要、光學(xué)等新技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器和監(jiān)測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用，研究新的顆粒物濃度檢測(cè)方法空間廣闊。同時(shí)營造一處，促進(jìn)監(jiān)測(cè)儀器科研與生產(chǎn)結(jié)合，加快環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化支撐能力，逐步提高國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)儀器的研發(fā)水平資源優勢。