摘要：大氣顆粒物是一種重要的空氣污染物，詳細(xì)分析了大氣顆粒物濃度的檢測(cè)原理、檢測(cè)方法。基于膜捕集的稱重法是*基本的顆粒物濃度檢測(cè)方法，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，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、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。

       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)、大氣污染防治，還是進(jìn)行大氣環(huán)境科學(xué)及工程的研究，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，離開了準(zhǔn)確的檢測(cè)，其他的大氣環(huán)境方面的所有工作都成了無稽之談，因此，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。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，因此，大氣顆粒物一直是大氣環(huán)境研究中*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，顆粒物濃度的檢(監(jiān))測(cè)一直受到環(huán)境工作者的重視。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)。

1、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。一次污染物是直接進(jìn)入大氣中的顆粒物，粒徑大小一般在1～20μm范圍內(nèi)，大部分大于2．5μm；二次污染物顆粒較小，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。根據(jù)大氣顆粒物的粒徑大小，將大氣顆粒物分別命名。其中，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)、可吸人顆粒物(PM10)、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，及對(duì)城市大氣能見度、氣候、空氣質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境的影響，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)，為準(zhǔn)確描述顆粒物的影響，在研究大氣顆粒物的行為、影響時(shí)，制定了大氣顆粒物濃度的指標(biāo)，大氣顆粒物濃度可分為個(gè)數(shù)濃度、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，單位為粒／cm3、粒／L，多應(yīng)用于空氣潔凈技術(shù)領(lǐng)域，無塵室、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，單位為mg／m3或μg／m3，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，作為相對(duì)濃度使用的物理量有光散射量、放射線吸收量、靜電荷量、石英振子頻率變化量等。

       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)、電學(xué)、光學(xué)等)與顆粒物的數(shù)量或質(zhì)量之間的關(guān)系，通過相應(yīng)的儀器設(shè)備進(jìn)行的。根據(jù)測(cè)量的具體操作，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，再測(cè)定其濃度的方法；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、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、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*基本方法，其原理是將微粒捕集在濾膜表面，再使濾膜在顯微鏡下成為透明體，然后觀察計(jì)數(shù)，分試樣樣品采集、顯微鏡觀察和粒子計(jì)數(shù)三個(gè)過程，屬捕集測(cè)定法。

2.2、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，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，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，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)，但顆粒物重疊、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，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。

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*多，所以其測(cè)定方法的研究得到了充分重視，基于各種原理的測(cè)定的方法也*多，經(jīng)常使用的方法有濾膜稱重法、光散射法、壓電晶體法、電荷法、β射線吸收法及*近幾年發(fā)展起來的微量振蕩天平法等。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，以規(guī)定的流量采樣，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，由其質(zhì)量差求得捕集的粉塵質(zhì)量，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、分析天平等組成，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)、中流量(100 L/min左右)和小流量(10～30 L/min)三種，在選用采樣儀時(shí)，應(yīng)考慮他們之間的可比性，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、PM10、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)。

       濾膜稱重法測(cè)定的是顆粒物的*質(zhì)量濃度，其優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，測(cè)定數(shù)據(jù)可靠，測(cè)量不受顆粒物形狀、大小、顏色等的影響，但在測(cè)定過程中，存在操作煩瑣、費(fèi)時(shí)、采樣儀笨重、噪聲大等缺點(diǎn)，不能立即給出測(cè)試結(jié)果。

3.2、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，是建立在微粒的Mie散射理論基礎(chǔ)上的。光通過顆粒物質(zhì)時(shí)，對(duì)于數(shù)量級(jí)與使用光波長(zhǎng)相等或較大的顆粒，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、集光鏡、傳感器、放大器、分析電路及顯示器等，由光源發(fā)出的光線照射在顆粒物上產(chǎn)生散射，此散射光通過集光鏡到達(dá)傳感器上，傳感器把感受到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過放大和分析電路，可以計(jì)測(cè)脈沖的發(fā)生量，即可得到以每分鐘脈沖數(shù)(CPM)表示的相對(duì)濃度。當(dāng)顆粒物性質(zhì)一定時(shí)，可以通過稱重法先求出CPM與mg/m3的轉(zhuǎn)換系數(shù)K，根據(jù)K值將CPM值直接轉(zhuǎn)換、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、激光及紅外線等，配合切割器，可以用來測(cè)量PM10、PM2.5。

       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，根據(jù)顆粒物性質(zhì)預(yù)先設(shè)K值，可以現(xiàn)場(chǎng)直接顯示質(zhì)量濃度(mg/m3)，體積小，重量輕，操作簡(jiǎn)便，噪音低，穩(wěn)定性好，可直讀測(cè)定結(jié)果，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。