科普貼:測定PM2.5的科學(xué)方法

本文Tag標(biāo)簽:PM2.5??

  空氣中漂浮著各種大小的顆粒物,PM2.5是其中較細(xì)小的那部分。不難想到,測定PM2.5的濃度需要分兩步走:(1)把PM2.5與較大的顆粒物分離;(2)測定分離出來的PM2.5的重量。目前,各國環(huán)保部門廣泛采用的PM2.5測定方法有三種:重量法、β射線吸收法和微量振蕩天平法。這三種方法的第一步是一樣的,區(qū)別在于第二步。

  將PM2.5直接截留到濾膜上,然后用天平稱重,這就是重量法。值得一提的是,濾膜并不能把所有的PM2.5都收集到,一些極細(xì)小的顆粒還是能穿過濾膜。只要濾膜對于0.3微米以上的顆粒有大于99%的截留效率,就算是合格的[19]。損失部分極細(xì)小的顆粒物對結(jié)果影響并不大,因?yàn)槟遣糠诸w粒對PM2.5的重量貢獻(xiàn)很小。

  重量法是最直接、最可靠的方法,是驗(yàn)證其它方法是否準(zhǔn)確的標(biāo)桿。然而重量法需人工稱重,程序繁瑣費(fèi)時(shí)。如果要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測,就需要用到另外兩種方法。

  β射線吸收法:將PM2.5收集到濾紙上,然后照射一束beta射線,射線穿過濾紙和顆粒物時(shí)由于被散射而衰減,衰減的程度和PM2.5的重量成正比。根據(jù)射線的衰減就可以計(jì)算出PM2.5的重量[20]。美國大使館那臺(tái)知名度很高的儀器依據(jù)的就是此原理。

  微量振蕩天平法:一頭粗一頭細(xì)的空心玻璃管,粗頭固定,細(xì)頭裝有濾芯??諝鈴拇诸^進(jìn),細(xì)頭出,PM2.5就被截留在濾芯上。在電場的作用下,細(xì)頭以一定頻率振蕩,該頻率和細(xì)頭重量的平方根成反比。于是,根據(jù)振蕩頻率的變化,就可以算出收集到的PM2.5的重量。

  將PM2.5分離出來的切割器又是怎么工作的呢?在抽氣泵的作用下,空氣以一定的流速流過切割器時(shí),那些較大的顆粒因?yàn)閼T性大,一頭撞在涂了油的部件上而被截留,慣性較小的PM2.5則能絕大部分隨著空氣順利通過。也許你已經(jīng)覺察到,這和發(fā)生在我們呼吸道里的情形是非常相似的:大顆粒易被鼻腔、咽喉、氣管截留,而細(xì)顆粒則更容易到達(dá)肺的深處,從而產(chǎn)生更大的健康風(fēng)險(xiǎn)。

  對于PM2.5的切割器來說,2.5微米是一個(gè)踩在邊線上的尺寸。直徑恰好為2.5微米的顆粒有50%的概率能通過切割器。大于2.5微米的顆粒并非全被截留,而小于2.5微米的顆粒也不是全都能通過。例如,按照《環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》的要求,3.0微米以上顆粒的通過率需小于16%,而2.1微米以下顆粒的通過率要大于84%。

  特殊的結(jié)構(gòu)加上特定的空氣流速共同決定了切割器對顆粒物的分離效果,這兩者稍有變化,就會(huì)對測定產(chǎn)生很大影響,而使結(jié)果失去可比性。因此,美國環(huán)保局在1997年制定世界上第一個(gè)PM2.5標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候,一并規(guī)定了切割器的具體結(jié)構(gòu)。于是,雖然PM2.5的測定儀器有不少品牌,它們外觀卻極為相似。

  作者:譚知還

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