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PM2.5/PM10形成原因,检测原理分析

日期:2015-1-12 20:45:43 浏览次数:


颗粒物介绍:总悬浮颗粒物我们一般认为是小于75μm的颗粒,我们称之为TSP。

我们国家主要是对PM2.5/PM10较为关注,其中PM2.5为危害人身体重严重的颗粒物,已有数据表明,目前PM2.5占PM10的一半以上,而PM1占了PM2.5中颗粒物数量的绝大部分。PM2.5可以进入人的肺部,而PM1甚至可以进入人的血液。此外,更小的颗粒物,会更容易携带大气中致癌物质,进入人体内。如果不考虑气象条件影响,粒径为1微米的颗粒物的影响时间可长达1个多月,而粒径2.5微米的颗粒物约为1周,粒径10微米的颗粒物则约为几个小时到1天。“粒径越小,重量越轻,越容易悬浮在空气中。

主要来说目前国内主要注重的还是PM2.5,以下分析PM2.5颗粒:

所有颗粒物可以分为一次气溶胶和二次气溶胶:

一次气溶胶简单理解就是自然形成的颗粒物

二次气溶胶简单理解就是人为原因产生的颗粒物

PM2.5颗粒中一次气溶胶主要成分是尘土、沙粒,而二次气溶胶主要成分为汽车尾气,工业排放,燃烧桔梗等等。

尘土沙粒主要粒径分布在1μm以上,实验室中以1.25μm的硬脂酸粒子作为标的物来标定,

而汽车尾气,工业排放,燃烧桔梗等等主要粒径分布在3um以下,其中汽车尾气、工业排放、室内抽烟、做饭产品的颗粒物大多数在0.3μm以下(很多只有0.1μm左右),这类物质就是造成洛杉矶烟雾的主要原因。

检测原理介绍:目前检测PM2.5的产品可以分为人工称重法,β射线吸收法,震荡天平称重法,光散射原理法。下面简单整理了检测PM2.5的几个方法:

一、重量法:我国目前对大气颗粒物的测定主要采用重量法。其原理是分别通过一定切割特征的采样器,以恒速抽取定量体积空气,使环境空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上,根据采样前后滤膜的质量差和采样体积,计算出PM2.5和PM10的浓度。

二、微量振荡天平法:TEOM微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管,在其振荡端安装可更换的滤膜,振荡频率取决于锥形管特征和其质量。

三、Beta射线法/β射线法:Beta射线仪则是利用Beta射线衰减的原理,环境空气由采样泵吸入采样管,经过滤膜后排出,颗粒物沉淀在滤膜上,当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时,Beta射线的能量衰减,通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。

四、激光散射原理:激光散射法空气颗粒测量仪是通过粒子光信号的收集和电路反应,统计样本颗粒分布浓度后通过计算来反应宏观环境的空气中颗粒度的颗粒分布浓度。系统主要包括光粒子散射光信息采集,前置电路放大,后期采用单片微机来做统计分析。系统利用半导体激光作为光源,当粒子通过光敏感区的时候发生散射,利用散射光采集装置收集粒子散射光强,并通过处理电路进行波形调整,最后用单片机来处理采集到的数据。

我国的大多数环保基站采用的是震荡天平称重法,而国外比如美国主要采用的技术为β射线法,这两种原理为专业机构主要检测方法。

目前市面上主要流通的检测仪大多数采用的都是激光散射原理测PM2.5/PM10。

针对市面上激光PM2.5检测仪各个国家、各个厂家在国内检测的PM2.5的μg/m3数值各有不同,主要原因是大家的标准不统一,由与激光传感器统计的是所测气溶胶当中颗粒物的数量,为了更好的迎合国家ug/m3的单位,需要进行单位换算,这就涉及到一次换算基数,大多数厂家以美国加州实验室标准为参照,采用1.25μm的粒径作为设备的标的物,实验室制造1μm左右的硬脂酸粒子。主要原因可能是加州靠近沙漠,他们研究的颗粒主要是沙粒居多,而沙粒中属于PM2.5的主要是1μm粒径的粒子。

而日本、英国主要临海,产生PM2.5的原因主要是二次气溶胶,而二次气溶胶的主要成分时汽车尾气、工业污染、等等,他们实验室标定的粒子主要是用香烟产生,所用制造的硬脂酸粒子以0.1-0.3μm的粒径居多。

我们国家北方(比如北京)PM2.5的主要成因有汽车尾气、工业污染、也有沙尘。这些颗粒的粒子半径不同,密度大小也不尽相同,各种颗粒所占比例也会随着季节的变化、地域的变化而变化。这些原因导致通过粒子个数等量换算出来的PM2.5数值也会不尽相同。

所以很多进口手持表都是显示颗粒数量,而用在我们国内会换算成μm/m3,在国外,他们不会销售换算成μm/m3的设备。根本上的原因是他们没有真正研究国内大气中颗粒物气溶胶。

这些手持表根据实验室气溶胶以不同粒径的颗粒作为标的物来标定设备,用在实际环境中表现出来的状况就是:

以沙粒的等物质作为主要检测成分,实验室只要1μm左右的硬脂酸粒子,与国家环保局的数据对比偏大。

以汽车尾气,工业排污产生的盐化物作为主要成分,实验室制造0.1-0.3μm的硬脂酸粒子,与国家环保局数据对比偏小。

我们综合这些情况,通过与各地环保局数据对比,分析不同地域的PM2.5颗粒物组成成分,得出一个较为平均贴近于官方公布的数据的一套实验室标定方法。但实际应用过程中也需要根据不同的地域做出调整。


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