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煙塵或顆粒物檢測

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發(fā)布時間：2025-07-23 23:38:12 更新時間：2025-07-22 23:38:13

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

煙塵或顆粒物檢測：守護潔凈空氣的關(guān)鍵技術(shù)

煙塵和顆粒物（Particulate Matter, PM）是大氣污染物的重要組成部分，其來源廣泛，包括工業(yè)生產(chǎn)過程（如燃煤、冶金、化工）、交通運輸（機動車尾氣）、建筑施工、生物質(zhì)燃燒以及自然過程（如沙塵暴）等。這些懸浮在空氣中的微小固體或液體顆粒物，尤其是粒徑小于10微米（PM10）和小于2.5微米（PM2.5）的可吸入顆粒物，能夠深入人體呼吸系統(tǒng)甚至血液循環(huán)，對健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅（如引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病等）。同時，顆粒物也是導(dǎo)致能見度下降、形成霧霾天氣的主要元兇，對生態(tài)環(huán)境和氣候也具有重要影響。因此，對煙塵和顆粒物進行準(zhǔn)確、高效的檢測與監(jiān)測，是評估空氣質(zhì)量、制定污染防控策略、保障公眾健康和生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)工作。一套完善的煙塵/顆粒物檢測體系，通常涵蓋明確的檢測項目、精密的檢測儀器、標(biāo)準(zhǔn)化的檢測方法以及嚴(yán)格的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

核心檢測項目

煙塵/顆粒物檢測的核心項目主要圍繞其濃度、粒徑分布及化學(xué)組分展開：

質(zhì)量濃度：這是最核心的指標(biāo)，指單位體積空氣中顆粒物的質(zhì)量，通常以微克每立方米（μg/m3）表示。重點關(guān)注PM10、PM2.5（細(xì)顆粒物）、PM1（可入肺顆粒物）以及總懸浮顆粒物（TSP）的濃度。
數(shù)濃度：指單位體積空氣中顆粒物的數(shù)量，對于研究超細(xì)顆粒物（粒徑小于0.1微米）尤其重要。
粒徑分布：描述不同粒徑范圍內(nèi)顆粒物的數(shù)量或質(zhì)量占比，對于理解顆粒物的來源、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及健康影響至關(guān)重要。
化學(xué)組分分析：分析顆粒物中的元素（如鉛Pb、鎘Cd、砷As等重金屬）、水溶性離子（如硫酸鹽SO?2?、硝酸鹽NO??、銨鹽NH??等）、碳組分（有機碳OC、元素碳EC）以及多環(huán)芳烴（PAHs）等有害有機物的含量。組分分析有助于追溯污染來源，評估其毒性和環(huán)境影響。

關(guān)鍵檢測儀器

針對不同的檢測項目和場景，需使用相應(yīng)的精密儀器：

基于濾膜稱重法的儀器：
- 大流量/中流量/小流量采樣器：用于采集環(huán)境空氣或固定污染源廢氣中的顆粒物到濾膜上。
- 精密天平：用于精確稱量采樣前后濾膜的重量，差值即為采集的顆粒物質(zhì)量。需在恒溫恒濕條件下操作。
在線連續(xù)監(jiān)測儀器：
- β射線法（Beta Attenuation Monitor, BAM）監(jiān)測儀：利用β射線（通常由C-14等放射性源發(fā)出）穿透顆粒物時發(fā)生的衰減來實時測定顆粒物的質(zhì)量濃度（PM10, PM2.5等）。
- 微量振蕩天平法（Tapered Element Oscillating Microbalance, TEOM）監(jiān)測儀：讓顆粒物沉積在一個高頻振蕩的錐形元件上，通過元件振蕩頻率的變化計算沉積的顆粒物質(zhì)量，實現(xiàn)實時監(jiān)測。
- 光散射法儀器：利用激光或其他光源照射顆粒物，通過測量散射光的強度或角度分布來估算顆粒物的質(zhì)量濃度或數(shù)濃度及粒徑分布。常用于便攜式檢測儀或過程監(jiān)控。
- 顆粒物化學(xué)成分監(jiān)測儀：如氣溶膠質(zhì)譜儀（AMS）、X射線熒光光譜儀（XRF）、黑碳儀（測量EC）等，用于在線或離線分析顆粒物組分。
粒徑譜儀：如電遷移粒度儀（SMPS）、空氣動力學(xué)粒徑譜儀（APS）、光學(xué)粒子計數(shù)器（OPC），用于詳細(xì)測量顆粒物的粒徑分布。

主要檢測方法

根據(jù)應(yīng)用目的和精度要求，主要檢測方法如下：

濾膜稱重法：這是國內(nèi)外環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和固定污染源排放標(biāo)準(zhǔn)中普遍采用的基準(zhǔn)方法或標(biāo)準(zhǔn)方法?？諝馔ㄟ^特定材質(zhì)（如石英膜、玻璃纖維膜、特氟龍膜）和孔徑的濾膜，顆粒物被截留在濾膜上，通過高精度天平稱量采樣前后濾膜的重量差來計算顆粒物質(zhì)量濃度。該方法精度高，還可用于后續(xù)化學(xué)組分分析，但耗時較長，非實時。
在線自動監(jiān)測法：
- β射線法（BAM）：通過測量β射線穿過清潔濾帶和沉積顆粒物濾帶后的強度衰減來計算顆粒物質(zhì)量濃度，可進行小時均值連續(xù)監(jiān)測。
- 微量振蕩天平法（TEOM）：直接測量顆粒物導(dǎo)致的振蕩頻率變化，計算質(zhì)量濃度。需注意揮發(fā)性組分損失的影響，有時配有濾膜動態(tài)測量系統(tǒng)（FDMS）補償。
- 光散射法：響應(yīng)速度快，便攜性好，常用于快速篩查、揚塵監(jiān)測、室內(nèi)檢測等。但其測量結(jié)果受顆粒物成分、密度、形狀、折射率等因素影響較大，通常需要與稱重法進行校準(zhǔn)。
稀釋采樣法：主要用于固定污染源（如煙囪）的高溫高濕煙氣中顆粒物的采樣，通過潔凈空氣稀釋熱煙氣，使其在接近環(huán)境條件下采樣，避免水汽凝結(jié)干擾。

重要檢測標(biāo)準(zhǔn)

煙塵/顆粒物檢測必須嚴(yán)格遵循國家和國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可比性和合法性：

環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3095）：規(guī)定了環(huán)境空氣中PM2.5、PM10的濃度限值（年均、24小時平均）及監(jiān)測方法（如規(guī)定PM2.5/PM10的手工監(jiān)測以濾膜稱重法為基準(zhǔn)方法，自動監(jiān)測以β射線法或TEOM法為主，但需與手工法比對校準(zhǔn)）。
固定污染源排放標(biāo)準(zhǔn)：如《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13271）、《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223）、《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4915）等，均規(guī)定了各類污染源排放煙塵（顆粒物）的濃度限值。其檢測方法主要依據(jù)：
- 固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法（GB/T 16157）：規(guī)定了使用皮托管平行測速采樣法（即等速采樣）采集固定污染源排氣中的顆粒物，并通過濾筒稱重法測定其濃度。這是目前國內(nèi)固定源顆粒物檢測的核心標(biāo)準(zhǔn)。
- 固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定重量法（HJ 836）：針對排放濃度較低的污染源，優(yōu)化了采樣方法。
國際標(biāo)準(zhǔn)：
- 美國環(huán)保署（EPA）方法：如Method 5（固定源顆粒物）、Method 201A/202（固定源PM10/PM2.5）、Method TO-13A（PAHs）、以及用于環(huán)境空氣的自動監(jiān)測等效方法（如RFPS-1298-149 for BAM）。
- 歐盟標(biāo)準(zhǔn)（EN）：如EN 12341（環(huán)境空氣PM10/PM2.5稱重法）、EN 13284-1（固定源低濃度顆粒物測量）。
- ISO標(biāo)準(zhǔn)：如ISO 23210（固定源PM10/PM2.5）、ISO 12141（固定源低濃度顆粒物）。

綜上所述，煙塵和顆粒物檢測是一個涉及多項目、多儀器、多方法、多標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜系統(tǒng)工程。嚴(yán)格依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，選用合適的儀器和方法，是獲得準(zhǔn)確可靠監(jiān)測數(shù)據(jù)、有效評估和控制顆粒物污染、最終保護人類健康和生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵所在。隨著技術(shù)進步，更高靈敏度、更高分辨率、更快速實時、更小型化的檢測設(shè)備和方法也在不斷發(fā)展中。