空氣中超細(xì)顆粒物檢測方法的研究進(jìn)展

王 瑋

(太原市環(huán)境保護(hù)局晉源分局環(huán)境監(jiān)測站，山西 太原 030025)

引 言

隨著城市化建設(shè)的不斷深入，城市空氣質(zhì)量的好壞將會對人們的身體健康造成直接的影響。近年來，城市空氣質(zhì)量不斷惡化，人們感染各類疾病的風(fēng)險有所增加，這與空氣中的顆粒物有一定的關(guān)系，在這些顆粒物中，粒徑越小，對人們的身體健康危害越大。但是，我國目前沒有超細(xì)顆粒物的檢測方法與標(biāo)準(zhǔn)，對空氣中超細(xì)顆粒物的檢測工作造成了不利影響，需要研究并采用新的檢測方法。

1 環(huán)境中超細(xì)顆粒物的主要來源

環(huán)境中超細(xì)顆粒物的主要來源包括以下兩個方面：第一，自然界中的物質(zhì)燃燒、海水濺沫、植物花粉末以及超細(xì)粉塵等。第二，人們生產(chǎn)及生活過程中的工業(yè)加工、燃料燃燒、機(jī)動車尾氣排放等，以及一次排放出的有二氧化硫、氮氧化物、氨氣以及揮發(fā)性有機(jī)物等污染物轉(zhuǎn)化為的硫酸鹽、硝酸鹽以及有機(jī)氣溶膠等二次顆粒物。環(huán)境中超細(xì)顆粒物的來源廣、數(shù)量多，會對人們的健康造成極大的影響[1]。

2 國內(nèi)外的檢測方法、儀器及策略

2.1 檢測方法與儀器

在以往對顆粒物的檢測工作中，主要采用質(zhì)量濃度法，但是由于超細(xì)顆粒物的粒徑極小，以往通過過濾采集的方式會對捕集效率造成一定的影響，無法準(zhǔn)確的體現(xiàn)超細(xì)顆粒物的暴露水平。目前對于超細(xì)顆粒物的檢測仍然沒有形成統(tǒng)一的檢測方法與標(biāo)準(zhǔn)，主要采用質(zhì)量濃度法、數(shù)量濃度法、表面積濃度法以及理化分析結(jié)合的綜合檢測方法[2]。第一，質(zhì)量濃度法需要使用多級切割分層采樣器與在線多通道實(shí)時檢測儀器。其中多級切割分層采樣器能夠根據(jù)不同直徑顆粒物具有不同的運(yùn)動規(guī)律完成采樣。而在線多通道實(shí)時質(zhì)量濃度檢測儀器主要包括便攜型氣溶膠檢測儀，例如Mini-WRAS、DustTrak等，其中Mini-WRAS通過光學(xué)散射粒徑分析技術(shù)、法拉第電杯靜電檢測技術(shù)以及遞進(jìn)式電遷移率粒徑分級技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)多通道全譜粒徑的實(shí)時檢測，能夠?qū)︻w粒物的粒徑分布以及質(zhì)量濃度進(jìn)行實(shí)時顯示。第二，由于數(shù)量濃度比質(zhì)量濃度的靈敏度更高，能夠提高體現(xiàn)超細(xì)顆粒物暴露水平的準(zhǔn)確性，更適合應(yīng)用在超細(xì)顆粒物的檢測中。根據(jù)是否能對顆粒物記性分段計(jì)數(shù)，可以使用以下儀器進(jìn)行數(shù)量濃度檢測：對于不可分段計(jì)數(shù)的顆粒物，可以使用冷凝顆粒計(jì)數(shù)儀對粒徑為10 nm～1 μm的顆粒物的數(shù)量濃度進(jìn)行實(shí)時檢測，獲取用范圍內(nèi)所有顆粒物的實(shí)時濃度與變化趨勢，但是這種儀器無法實(shí)現(xiàn)數(shù)量濃度的粒徑分級計(jì)數(shù)檢測[3]。對于可分段計(jì)數(shù)的顆粒物，可以使用電子低壓沖擊儀、Mini-WRAS粒徑譜儀以及法拉利杯靜電計(jì)等儀器對顆粒物的粒徑分布、濃度以及變化趨勢進(jìn)行實(shí)時檢測，實(shí)現(xiàn)對每個分段范圍內(nèi)的顆粒物數(shù)量濃度進(jìn)行實(shí)時檢測。第三，由于二氧化鈦等超細(xì)顆粒物的表面積會直接影響顆粒物的毒性效應(yīng)，并與數(shù)量濃度相關(guān)，因此，可以將數(shù)量濃度法與表面積濃度法結(jié)合，對超細(xì)顆粒物進(jìn)行檢測。在檢測中可以使用粒子氣溶膠監(jiān)測儀進(jìn)行顆粒物表面積檢測，9000型儀器能夠?qū)α綖?0 nm～1 000 nm的顆粒物總表面積濃度進(jìn)行實(shí)時檢測，但無法實(shí)現(xiàn)對顆粒物表面積濃度的粒徑分級檢測。第四，由于顆粒物粒徑會對其毒性以及健康損傷效應(yīng)產(chǎn)生較大影響，并且會影響采樣檢測方法與指標(biāo)的選擇，在顆粒物粒徑為納米級別時，數(shù)量濃度與表面積濃度具有較強(qiáng)的相關(guān)性，可以體現(xiàn)出超細(xì)顆粒物的濃度[4]。在對超細(xì)顆粒進(jìn)行粒徑分布檢測時，可以使用描電遷移率粒徑譜儀、寬范圍氣溶膠粒徑測量儀以及發(fā)動機(jī)廢氣排放顆粒物粒徑譜儀等設(shè)備對不同粒徑范圍的顆粒物濃度進(jìn)行實(shí)時檢測。第五，超細(xì)顆粒物的形態(tài)與成分是影響生物毒性的重要因素，因此，對超細(xì)顆粒物進(jìn)行理化分析，能夠確定其與生物學(xué)效應(yīng)的關(guān)系。目前對超細(xì)顆粒物進(jìn)行理化分析的儀器與方法主要包括：掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射、能量色散X射線光譜儀以及色譜法等。

2.2 檢測策略

由于目前對于超細(xì)顆粒物的檢測沒有形成統(tǒng)一的檢測方法與標(biāo)準(zhǔn)，因此，在檢測過程中，可以采用不同的檢測策略。例如，我們可以使用便攜式實(shí)時顆粒物計(jì)數(shù)器確定有無超細(xì)顆粒物的釋放，如果檢測結(jié)果與背景值無明顯差異，就不需要進(jìn)一步檢測，否則需要進(jìn)一步檢測，采樣進(jìn)行質(zhì)量濃度檢測、粒徑分布、成分分析等，根據(jù)相應(yīng)的檢測結(jié)果對超細(xì)顆粒物進(jìn)行綜合評價。在這種檢測策略中，數(shù)據(jù)的收集大部分是通過定點(diǎn)或靜態(tài)檢測實(shí)現(xiàn)的，并且采樣過程中存在一定的不確定因素，可能會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。為了解決這方面的問題，可以采用層級法進(jìn)行超細(xì)顆粒物的檢測，分為以下幾個階段：第一階段進(jìn)行信息收集，對調(diào)查獲取基礎(chǔ)信息，如果需要檢測，則進(jìn)入第二階段。第二階段需要進(jìn)行基礎(chǔ)暴露評估，檢測超細(xì)顆粒物的濃度與背景值或是否超過干擾值，如果檢測值高于背景顆粒物濃度值或超過干擾值，則需要進(jìn)入第三級階段。第三階段需要進(jìn)行專業(yè)暴露評估階段，通過現(xiàn)場檢查與實(shí)驗(yàn)室分析判斷超細(xì)顆粒物的暴露情況[5]。

3 超細(xì)顆粒物濃度檢測的影響因素

3.1 氣候因素

在超細(xì)顆粒物濃度檢測中，空氣的溫度、濕度、氣流以及輻射等因素會對檢測結(jié)果造成一定的影響。如果成核模式粒子粒徑<30 nm，檢測會受到溫度的顯著的影響，這是由于粒子處于半揮發(fā)狀態(tài)或氣體-固體粒子轉(zhuǎn)換狀態(tài)，可能會提高40%的顆粒物。如果有氣流或新風(fēng)進(jìn)入，能夠有效的降低超細(xì)顆粒物濃度。

3.2 背景物因素

在對超細(xì)顆粒物進(jìn)行檢測時，選擇的背景物不同，最終的檢測結(jié)果也存在較大的差異。目前主要采用時間序列法、空間法以及對比法等對背景物進(jìn)行區(qū)分與辨別。也可以通過時間序列法與化學(xué)/形貌分析法對碳納米管和碳納米顆粒進(jìn)行辨別。

3.3 儀器因素

盡管超細(xì)顆粒物檢測中使用的儀器已經(jīng)具有較高的檢測精度，但是這些檢測儀器仍然存在一定的不足，會對檢測結(jié)果造成一定的影響。例如，儀器長時間未使用，會造成儀器的穩(wěn)定性降低，檢測結(jié)果可重復(fù)性較差，與此同時，由于不同檢測儀器采用的檢測原理不同，檢測結(jié)果的可比性較差，影響檢測結(jié)果。

4 結(jié)論

總而言之，在空氣中超細(xì)顆粒物檢測工作中，為了有效的提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的檢測方法，使用適合的檢測儀器，采取正確的檢測策略，提高超細(xì)顆粒物檢測水平。