基于β射線吸收法的PM2.5測量技術的研究

沈友弟

（廣東省計量科學研究院，廣東廣州 510000）

基于β射線吸收法的PM2.5測量技術的研究

沈友弟

（廣東省計量科學研究院，廣東廣州 510000）

針對空氣中 PM2.5 含量對于人體的危害，提出了一種基于 β 射線吸收法的監測儀器，對于 PM2.5 的濃度進行實時監測，并將該監測方法與標準稱重過濾的方法進行對比分析，對該測量監測儀器的精準度進行校驗。

β 射線吸收法；PM2.5；測量技術

隨著現代工業的迅速發展，國民經濟水平得到了明顯的提高，相對應的也產生了比較嚴重的環境污染。近年來，環境問題成為社會關注的焦點問題之一，尤其空氣環境與人們的日常生活關系十分的密切，相關數據信息顯示，部分國家因空氣顆粒物污染死亡的人數超過2萬，在這種情況下，如何有效監測空氣中微小顆粒物的含量成為研究空氣污染的重要問題。

1 PM2.5概述

PM2.5 指的是直徑小于 2.5μm 的空氣顆粒污染物，這種微小顆粒飄蕩在空氣中，很容易被人體吸收到肺部及支氣管之中，導致各類疾病，嚴重危害人體健康，嚴重時可能會導致人體死亡。就目前來說，全球范圍內，PM2.5含量較高的地區主要是北非、東亞及我國。我國部分地區 PM2.5濃度甚至超過了撒哈拉沙漠，近年來，越來越多的國家開始將 PM2.5濃度監測納入到空氣環境保護工作之中。國外針對 PM2.5監測儀器的研究已經發展的比較成熟，但我國還屬于起步階段，我國目前使用的 PM2.5監測儀器大多由國外引進。

2 β射線吸收法原理

現階段比較常見的 PM2.5 的濃度測量方法有微量天平振蕩法、β射線吸收法、光散射法等幾種，β射線吸收法具有適用范圍廣、測量準確度高等優點，在顆粒物監測中應用較多。

一定強度的β源發射出的β射線穿過介質時，介質會吸收部分的β射線，因此射線的強度會出現一定程度的衰減，而射線的衰減程度與顆粒物的質量厚度密切相關，實際的PM2.5監測時，可以通過分析 β 射線穿過介質前后的 β 粒子數計算出顆粒物的濃度。

3 系統軟硬件設計

本文所述的 β 射線吸收法測量 PM2.5濃度檢測系統主要由射線檢測、氣體采樣、單片機控制、濾紙傳輸以及結果顯示等幾部分組成。如圖1所示，工作過程中，首先利用恒流采樣系統采集氣體，然后在單片機的控制之下讓它們分別使其通過兩種濾紙，第一種吸收空氣中較大顆粒物，第二種主要吸收本次實驗需要檢測 PM2.5顆粒物。

具體設計過程中，氣體恒流采樣系統由小型真空泵及質量流量控制器兩部分組成，而質量流量控制器主要由放大控制器、流量傳感器、分流器通道以及流量調節閥幾部分組成，氣體的流量為 50～500mL/min。工作過程中，通過毛細管傳熱溫差量熱法原理，流量傳感器可以測量出氣體的質量流量。

濾紙傳輸裝置能夠完成濾紙在采樣點及射線探測點之間的移動及更換，該裝置設置過程中需要利用步進機以及光電編碼器精確的控制濾紙的傳輸位移。

圖1 β射線吸收法測量PM2.5濃度檢測系統結構簡圖

β射線檢測系統主要由β射線源以及強度檢測電路兩部分組成，本文所述的檢測系統的 β 射線源主要采用的是14C作為射線源，該射線源的半衰期為 5 730a，強度適中，對于人體沒有損害，比較適用。由于半衰期非常長，實際的粉塵采樣前后默認為β射線的強度沒有發生改變。具體的應用過程中，為了保證系統測量的精確度，一般需要每間隔半年對β射線的介質吸收系數進行重新標定。

4 實驗檢驗

為了檢驗該系統監測的準確性，本文利用該測量儀器對PM2.5進行測量，并與傳統的稱重法進行對比。具體的實驗檢驗過程中，選擇某固定的室內空間，分別使用兩種監測方法每間隔一小時對 PM2.5及 PM10的濃度進行檢測，計算出兩種監測方法的絕對誤差及相對誤差，實驗結果顯示，PM2.5的測量誤差最大接近 20%，最小為5.3%，誤差值比較大，僅能夠滿足一般的 PM2.5 濃度測量要求，如果只是用于 PM2.5 的濃度測量，還需要對該系統進行進一步的優化改進。相對而言，PM10 的誤差明顯要小很多，相對誤差最大 4.5%，最小 1.5%，都低于5%，可以滿足 PM10濃度測量精度要求。

5 結束語

本文通過對各種粉塵濃度測量方法進行對比分析，在基于 β 射線吸收法的基礎上設計了一種 PM2.5/PM10 濃度測量系統，該系統能夠完成氣體采樣、射線強度檢測等功能，可以對空氣中的 PM2.5/PM10 進行連續的檢測，但該系統還存在一些不足之處，PM2.5的測量精度要低于 PM10的測量精度，還需要進一步的優化改進。

[1] 左健，趙政.基于 β 射線吸收法的 PM2.5 連續自動監測的關鍵技術[J].儀表技術與傳感器，2017，（9）.

Research on PM2.5 Measurement Technique based on Beta Ray Absorption

Shen You-di

According to the content of the PM2.5 on the human body in the air，proposes a monitoring instrument of beta ray absorption method based on real-time monitoring for the concentration of PM2.5，and with the standard monitoring method of weighing filtration method were compared and analyzed to verify the measurement accuracy of the instrument.

beta ray absorption method；PM2.5；measurement technique

X831

A

1003-6490（2017）06-0194-01

2017-04-21

沈友弟（1982—），男，廣東饒平人，助理工程師，主要從事檢定員工作。