[科普中国]-总悬浮颗粒物

总悬浮颗粒物是指悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物。总悬浮颗粒物可分为一次颗粒物和二次颗粒物。城市大气总悬浮颗粒物是造成全球大部分城市空气污染严重的原因之一，世界各 国对之已进行过很多的研究。大量的研究显示，总悬浮颗粒物的污染非常严重，是影响城市空气质量的首要污染物。总悬浮颗粒物的源以人为来源为主，其汇则以湿沉降为主。总悬浮颗粒物对城市气候的影响主要通过2种方式：一种是通过散射或吸收太阳辐射直接影响气候；另一种是以云凝结核的形式改变云的光学特性和云的分布而间接影响气候1。

简介总悬浮颗粒物是大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。它主要来源于燃料燃烧时产生的烟尘、生产加工过程中产生的粉尘、建筑和交通扬尘、风沙扬尘以及气态污染物经过复杂物理化学反应在空气中生成的相应的盐类颗粒。在我国甘肃、新疆、陕西、山西的大部分地区，河南、吉林、青海、宁夏、内蒙古、山东、四川、河北、辽宁的部分地区，总悬浮颗粒物污染较为严重2。

分类总悬浮颗粒物可分为一次颗粒物和二次颗粒物。一次颗粒物是由天然污染源和人为污染源释放到大气中直接造成污染的物质，如：风扬起的灰尘、燃烧和工业烟尘。二次颗粒物是通过某些大气化学过程所产生的微粒，如：二氧化硫转化生成硫酸盐。

粒径小于100μm的称为TSP，即总悬浮物颗粒；粒径小于10μm的称为PM10，即可吸入颗粒。TSP和PM10在粒径上存在着包含关系，即PM10为TSP的一部分。国内外研究结果表明，PM10/TSP的重量比值为60—80%。在空气质量预测中，烟尘或粉尘要给出粒径分布，当粒径大于10μm时，要考虑沉降；小于10μm时，与其他气态污染物一样，不考虑沉降。所有烟尘、粉尘联合预测，结果表达TSP，仅对小于10微米的烟尘、粉尘预测，结果表达为PM10。

大气中TSP的组成十分复杂，而且变化很大。燃煤排放烟尘、工业废气中的粉尘及地面扬尘是大气中总悬浮微粒的重要来源。TSP是大气环境中的主要污染物，中国环境空气质量标准按不同功能区分3级，规定了TSP年平均浓度限值和日平均浓度限值。

空气中的全部粉尘量为“总悬浮颗粒物”，去掉10微米以上的颗粒物，剩下的就是“可吸入颗粒物”，技术上标为PM10。我们经常听到的“可吸入颗粒物”就是这个PM10。如果将5μm以上的颗粒物去掉，剩下的“可吸入颗粒物”为PM5。

标准以每立方米空气中总悬浮颗粒物的毫克数表示，用标准大容量颗粒采样器在采样效率接近100%滤膜上采集已知体积的颗粒物，恒温恒湿条件下，称量采样前后采样膜质量来确定采集到的颗粒物质量，再除以采样体积，得到颗粒物的质量浓度。

国家环境质量标准规定，居住区日平均浓度低于0.3毫克/立方米，年平均浓度低于0.2毫克/立方米。

危害总悬浮颗粒物对人体的危害程度主要决定于自身的粒度大小及化学组成。TSP中粒径大于10微米的物质，几乎都可被鼻腔和咽喉所捕集，不进入肺泡。对人体危害最大的是10微米以下的浮游状颗粒物，称为飘尘（后改称为可吸入颗粒物，大于2.5微米，小于10微米）。飘尘可经过呼吸道沉积于肺泡。慢性呼吸道炎症、肺气肿、肺癌的发病与空气颗粒物的污染程度明显相关，当长年接触颗粒物浓度高于0.2毫克/立方米的空气时，其呼吸系统病症增加。

空气中的大颗粒粉尘被人的鼻腔阻拦，小颗粒粉尘可能随气流进入气管和肺部，这些粉尘被气管和肺部的“巨噬细胞”吞食并消化，巨噬细胞吃不净的那些细菌和病毒还会被白血球消灭掉。 人的鼻子的鼻毛、分泌物和黏膜可以将大多数大于10微米的粉尘过滤掉，只有小于10微米的颗粒物才会随气流进入气管和肺部。因此，人们将“可吸入颗粒物”定义为“空气中≤10微米的颗粒物”。

滞留在上呼吸道中的颗粒物能对粘膜组织产生刺激和腐蚀作用，引起炎症，进而导致慢性鼻咽炎、慢性气管炎。滞留在细支气管和肺泡中的可吸入尘能与直接进入肺深部的二氧化氮产生联合作用，损伤肺泡和粘膜，引起支气管和肺部产生炎症。长期持续作用，还会诱发慢性阻塞性肺部疾患，并出现继发性感染，最后，导致肺心病的死亡率增高。此外，颗粒物的吸附能力使之成为大气污染物的“载体”。可吸入尘能吸附有害气体和液体，并将它们带入肺脏深部，从而，促进疾病的发生3。

测量仪器激光粉尘仪具有新世纪国际先进水平的新型内置滤膜在线采样器，在连续监测粉尘浓度的同时，可收集到颗粒物，以便对其成份进行分析，并求出质量浓度转换系数K值。可直读粉尘质量浓度（mg/m），具有PM10、PM5、PM2.5及TSP切割器供选择。仪器采用了强力抽气泵，使其更适合需配备较长采样管的中央空调排气口PM10可吸入颗粒物浓度的检测。

仪器符合工业企业卫生标准（GBZ1-2002）、工作场所有害因素接触限值（GBZ2-2002）标准、卫生部WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物（PM10）测定法-光散射法》标准、劳动部LD98-1996《空气中粉尘浓度的光散射式测定法》标准以及铁道部TB/T2323-92《铁路作业场所空气中粉尘测定相对质量浓度与质量浓度的转换方法》等行业标准以及卫生部卫法监发 [2003] 225号文件发布的《公共场所集中空调通风系统卫生规范》。根据《中华人民共和国计量法》，仪器具有《制造计量器具许可证》CMC标志。

技术指标1、 配置40mm滤膜在线采样器;

2、 具有可更换粒子切割器PM10、PM5、PM2.5及TSP供选择;

3、 直读粉尘质量浓度（mg/m3），1分钟出结果；

4、 大屏幕液晶显示器，汉字菜单提示；

5、 检测灵敏度：（L） 0.01mg/m3，（H） 0.001mg/m3；

6、 重复性误差：±2%；

7、 测量精度： ±10%；

8、测量范围： （L） 0.01～100 mg/m； （H） 0.001～10 mg/m；

9、 测定时间：标准时间为1分钟，设有0.1分及手动档（可任意设定采样时间）；

10、 具有公共场所监测模式、大气环境监测模式以及劳动卫生模式。可计算出时间加权平均值（TWA）和短时间接触允许浓度（STEL） 等；

11、 存 贮：可循环存储999组数据；

12、定时采样：可设定测量时间（1～9999）秒，关机时间（0～9999）秒，预热时间（0～10）秒及采样次数（1～9999）次；

13、 粉尘浓度超标报警阈值设定：浓度最大阈值： 65mg/m3，测定时间：（1～9999）秒；

14、输出接口：（1）PC机通讯串行接口：RS232，（2）微型打印机输出接口，（3）模拟量输出接口：0—1V，(4) 数字量输出接口：电平信号；

15、 电源：Ni-MH充电电池组（1.2V x 4），可连续使用8小时；附220VAC/12VDC 电源适配器；

16、具有湿度修正功能，数据更加准确；

17、 重量：2.4kg。

技术特点（1）设计了可更换的粒子切割器，实现了PM10、PM5、 PM2. 5 、 TSP多种粒子分离切割器兼容。
（2）设计了在线滤膜采样器，实现了连续监测粉尘浓度与滤膜采样兼容，可以分析所收集到颗粒物的成份以及求出该场所的质量浓度转换系数K值。
（3）采用激光光源，质量浓度转换系数不受颗粒物颜色的影响。
（4）设计了恒流控制器， 确保采样流量恒定，切割曲线正确
（5）具有内装光学标准散板，确保仪器高稳定性。
（6）具有特别的保护气幕，避免了粉尘对仪器核心部件—光学系统的污染，确保仪器高可靠性

（7）仪器设计了定时采样功能，可根据设定时间定时采样，定时启动及关闭，所得数据可通过微型打印机记录或导入PC机进行数据处理，此功能适合于大气环境可吸入颗粒物连续监测。
（8）可设定粉尘浓度超标报警阈值，粉尘超标时蜂鸣器自动报警
（9）除设有适合室内公共场所粉尘监测的一般测量模式和适合大气环境监测的定时采样模式外，新增加了劳动卫生模式。

测量方法大气中总悬浮颗粒物的测定（重量法）。

原理用重量法测定大气中总悬浮颗粒物的方法一般分为大流量(1.1—1.7m3/min)和中流量(0.05—0.15m3/min)采样法。其原理基于：抽取一定体积的空气，使之通过已恒重的滤膜，则悬浮微粒被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜重量之差及采气体积，即可计算总悬浮颗粒物的质量浓度。

本实验采用中流量采样法测定。

仪器（1）中流量采样器：流量50—150L/min，滤膜直径8—10cm。

（2）流量校准装置：经过罗茨流量计校准的孔口校准器。

（3）气压计。

（4）滤膜：超细玻璃纤维或聚氯乙烯滤膜。

（5）滤膜贮存袋及贮存盒。

（6）分析天平：感量0.1mg。

测定步骤1.采样器的流量校准：采样器每月用孔口校准器进行流量校准。

2.采样

（1）每张滤膜使用前均需用光照检查，不得使用有针孔或有任何缺陷的滤膜采样；

（2）迅速称重在平衡室内已平衡24h的滤膜，读数准确至0.1mg，记下滤膜的编号和重量，将其平展地放在光滑洁净的纸袋内，然后贮存于盒内备用。天平放置在平衡室内，平衡室温度在20-25℃之间，温度变化小于±3℃，相对湿度小于50%，湿度变化小于5%；

（3）将已恒重的滤膜用小镊子取出，“毛”面向上，平放在采样夹的网托上，拧紧采样夹，按照规定的流量采样；

（4）采样5min后和采样结束前5min，各记录一次U型压力计压差值，读数准确至1mm。若有流量记录器，则可直接记录流量。测定日平均浓度一般从8：00开始采样至第二天8：00结束。若污染严重，可用几张滤膜分段采样，合并计算日平均浓度；

（5）采样后，用镊子小心取下滤膜，使采样“毛”面朝内，以采样有效面积的长边为中线对叠好，放回表面光滑的纸袋并贮于盒内。将有关参数及现场温度、大气压力等记录填写在表1中。

表1 总悬浮物颗粒物采样记录

____________________市（县） __________________监测点

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3．样品测定：将采样后的滤膜在平衡室内平衡24h，迅速称重，结果及有关参数记录于表2中。

表2 总悬浮颗粒物浓度测定记录

_____________市（县） _________________监测点

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分析者___________________ 审核者____________________

计算总悬浮颗粒物(TSP,mg/m3)=W/(Qn·t)

式中：W——采样在滤膜上的总悬浮颗粒物质量(mg)；

t——采样时间(min)；

Qn ——标准状态下的采样流量(m3/min)，按下式计算：

Qn= Q2[(T3/T2)·(P2/P3)]1/2(273×P3)÷(101.3×T3)

=Q2[(P2/T2)·(P3/T3)]1/2(273/101.3)

=2.69×Q2[(P2/T2)·(P3/T3)]1/2

式中：Q2——现场采样流量(m3/min)；

P2——采样器现场校准时大气压力(kPa)；

P3——采样时大气压力(kPa)；

T2——采样器现场校准时空气温度(K)；

T3——采样时的空气温度(K)。

若T3、P3与采样器校准时的T2、P2相近，可用T2、P2代之。

注意事项（1）滤膜称重时的质量控制：取清洁滤膜若干张，在平衡室内平衡24h，称重。每张滤膜称10次以上，则每张滤膜的平均值为该张滤膜的原始质量，此为“标准滤膜”。每次称清洁或样品滤膜的同时，称量两张“标准滤膜”，若称出的重量在原始重量±5mg范围内，则认为该批样品滤膜称量合格，否则应检查称量环境是否符合要求，并重新称量该批样品滤膜。

（2）要经常检查采样头是否漏气。当滤膜上颗粒物与四周白边之间的界线逐渐模糊，则表明应更换面板密封垫。

（3）称量不带衬纸的聚氯乙烯滤膜时，在取放滤膜时，用金属镊子触一下天平盘，以消除静电的影响。

本词条内容贡献者为:

黄头生 - 副教授 - 华北电力大学