環境空氣監測中TSP、PM10、PM2.5的監測總結

鄭裕俊

(忻州市生態環境局東部區域監測技術保障中心，山西 原平 034100)

引 言

時至今日，我國民眾的生態環境保護意識空前提高，這得益于我國對生態環境的高度重視，有關“青山綠水就是金山銀山”的理念開辟了我國生態環境保護的新里程。

環保意識的加強，勢必會將環境監測工作提到更重要的前沿陣地，因為環境監測是生態環境保護的“頂梁柱”和“生命線”。近些年霧霾對環境的影響，讓人們對PM2.5有了深刻認識，因其吸附空氣中存在的細菌、病毒、金屬等化學成分，它通過呼吸道進入肺泡，沉積而損傷肺泡和黏膜，引起慢性肺心病，加重哮喘病，引起鼻咽、支氣管炎等病變。而監測過程中對環境空氣監測中TSP、PM10、PM2.5的手工監測流程的精準把握事關監測數據的代表性、完整性、可比性、準確性和精密性，是改善環境空氣質量的關鍵一環，更是保護人民群眾身體健康的重要屏障，所以必須加以認真研究[1-2]。

1 精讀相關標準文件

首先，要用心研讀《環境空氣總懸浮顆粒物的測定重量法》及修改單GB/15432-1995；《環境空氣PM10和PM2.5的測定重量法》及修改單HJ618-2011。精讀這兩個標準文件，會指導我們如何規范地測定環境空氣中的總懸浮顆粒物(TSP)、PM10和PM2.5[3-6]。

2 熟悉相關儀器和設備

2.1 切割器和采樣系統

TSP、PM10、PM2.5各自切割器的區別在于50%切割粒徑不同，分別是100 μm、10(±0.5)μm、2.5(±0.2)μm。其他的相關技術指標應符合《總懸浮顆粒物采樣器技術要求及檢測方法》HJ/T374-2007；《環境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技術要求及檢測方法》及修改單HJ93-2013。

2.2 采樣器及流量校準器

采樣器按孔口流量計的流量不同分為3類，在常規監測中，應用最多的是中流量且工作點流量是100 L/min的采樣器；其次是大流量，其工作點流量為1.05 m3/min，如在環境評價監測中用于監測空氣質量；小流量且工作點流量為16.67 L/min的采樣器，可用于環境空氣中氟化物的采樣。

流量校準器也分為3種：校準流量為60 L/min～125 L/min的稱為中流量校準器；校準流量為0.8 m3/min～1.4 m3/min的稱之為大流量校準器；校準流量0 L/min～30 L/min的為小流量校準器。它們的誤差均為≤2%。

注意：采樣前后，要用經檢定過的流量校準器來校準采樣器的流量，流量誤差應<5%。

2.3 濾膜

可以按采樣項目的不同來選擇對應的濾膜，如玻璃纖維濾膜和石英濾膜都為無機濾膜；而聚四氟乙烯膜、聚氯乙烯膜、混合纖維膜、聚丙烯膜則為有機濾膜。

在常規、常態下，實驗室準備的玻璃纖維濾膜，因其具有吸濕性低、價格便宜、化學惰性(除強酸、堿外)且鉛含量低的特點，而廣泛應用在環境空氣顆粒物的采樣中；石英濾膜具有流速高、高效過濾、造價低、熱穩定性好和有機物本底值低的特點，常用于低濃度顆粒物采樣，石英濾膜更廣泛應用于污染源監測中；聚四氟乙烯膜的特點為熱穩定性強、惰性及化學性穩定、質量輕、無顆粒脫落，常用于空氣顆粒物的化學分析。

大流量采樣器所用濾膜一般為方形，中、小流量采樣器的濾膜常為圓形。濾膜要根據采樣項目的不同進行相應的前處理，并使濾膜邊緣平滑、厚薄均勻且無任何破損。

標準濾膜的稱量：取檢查過的完好的潔凈濾膜數張，在恒溫恒濕箱內(如溫度23 ℃，濕度50%RH的條件下)平衡24 h，稱重，每張濾膜非連續稱10次以上(10次稱量需要在30 min內完成)，記錄質量，最后取平均值，作為原始質量，以上濾膜稱為標準濾膜。

標準濾膜的應用：每次稱量空白濾膜和塵膜時要先稱量兩張標準濾膜，若大流量用標準濾膜稱出的質量與原始質量誤差為±5 mg，而中、小流量用濾膜誤差為±5 mg，則認為此次稱量合格，否則認為此次稱量的環境條件不符合要求，需要檢查并調整環境條件，重新稱量該批次濾膜。

2.4 分析天平

采用感量0.1 mg(萬分之一)或0.01 mg(十萬分之一)電子天平，天平室要符合JJG1036的規定，天平室要避光，有穩固的水泥基座，帶穩壓器的電源，并用空調來控制其溫、濕度。每次測量按天平要求提前預熱30 min以上。

2.5 恒溫恒濕箱

箱內溫度可在15 ℃～30 ℃范圍內連續調整，溫度控制精度在±1 ℃，箱內空氣相對濕度控制在(50±5)%。恒溫恒濕可以連續工作。它的作用是保證所有化驗過程中的濾膜的平衡條件都能保持一致。最大程度減少溫、濕度不同帶來的稱量誤差。化驗室應該提升恒溫恒濕室(天平放置其中)的標準化建設。

2.6 玻璃干燥器

用于盛放濾膜，放有變色硅膠，若硅膠由藍色變為了粉紅，則要更換硅膠，硅膠高溫除濕后可重復使用。

2.7 其他

濾膜袋(盒)、X光看片機、打號機、便攜式氣壓計及溫度計、無鋸齒狀的鑷子、乙烯基(實驗室所用)手套等。

3 樣品的采集及保存

采樣時的點位布設及采樣時間和頻率的要求可查看《環境空氣質量手工監測技術規范》HJ194-2017，注意的是，常規采樣器要避免大風、雨雪、雷電天氣，若風速大于8 m/s時，大風可能讓儀器刮倒或地面顆粒物會受擾動加強且影響顆粒物的捕獲，所以要停止采樣，雨雪會造成采樣器阻力太大若長時間將會燒毀電機，此外采樣處也要避開污染源及障礙物。

將校準好的采樣器放在合適的空曠地帶，接好電源，打開三角支架，放在平坦堅硬、水平地面上，此時調好高度后要擰緊鎖扣，不然會讓支架傾斜摔壞采樣器，采樣器入口距地面高度不得低于1.5 m，應為1.5 m～15 m的范圍內，距支撐物表面1 m以上。

要及時記錄采樣地點的氣象參數和天氣狀況，然后連接好采樣系統，將采樣頭清理干凈，檢查濾膜夾保證無污染、無損壞，用鑷子將按要求編號的濾膜(濾膜毛面要向上，不然得重新采樣)平放在濾膜支撐網上，放好濾膜夾，對正、擰好切割器頭以防漏氣，調好流量、采樣起止時間，開機、采樣。

采好樣品后，記錄好采樣起止時間、流量、溫度、氣壓、風速、主導風向、相對濕度等環境條件，濾膜編號、采樣地點，還要記錄采樣器里存儲的累積采樣體積、累積采樣時間(累積時間達不到要求時要重新采樣)；取放濾膜時帶上實驗室用手套，用不帶鋸齒鑷子夾取濾膜，避免污染濾膜，若不小心濾膜掉在地上或有風刮掉濾膜導致污染濾膜或發現濾膜上塵的邊緣輪廓不清晰、濾膜上有異物、濾膜安裝歪斜，都得重新采樣。

采好的濾膜要將采樣面向內，對折放入對應編號的濾膜袋中。應該及時平衡稱量，若不能及時稱量，則將濾膜袋放在4 ℃的冷藏柜中或低于采樣環境溫度中存放，最多可保存30 d。

注意：每批次采樣前空白濾膜和采樣后塵膜及標準濾膜都是在相同的一定的平衡條件下。平衡24 h以上后，稱重，但稱量濾膜的天平室也要保持與平衡時一樣的溫度和濕度。

4 塵膜的平衡和稱重

采樣結束后，要及時進行塵膜的平衡和稱重，要保證塵膜的平衡和穩重條件與空白濾膜的平衡及稱重條件一樣。平衡24 h以上后，最好用稱空白濾膜的同一臺天平稱量，記錄濾膜編號、平衡條件和稱下的質量。

塵膜(包括空白濾膜)稱量一次后，要在同一條件下平衡1 h后再次稱量，取兩次的均值作為該濾膜的質量。但要知道，PM10、PM2.5的塵膜，相同條件下的兩次稱量之差應分別小于0.4 mg、0.04 mg。

5 濃度的計算

TSP、PM10、PM2.5質量濃度計算公式見式(1)、式(2)。

ρ(TSP)(μg/m3)=(W1-W2)×1000/VN

(1)

式中，W1指塵膜的質量，mg；W2指空白膜質量，mg；VN指標準狀況下采樣體積，m3；

ρ(PM10、PM2.5)(mg/m3)=(W1-W2)×1 000/V

(2)

式中，W1表示塵膜質量，g；W2表示空白膜質量，g；V表示實際采樣體積，m3。

6 結語

環境空氣中顆粒物(TSP、PM10、PM2.5)的污染，隨著經濟發展呈上升態勢，而每年我國都在控制這些大氣污染上下了大力氣，環境管理、政策調控、環境監測，無不在為提升環境質量而努力，所以我們環境監測人員也得學懂學通理論原理，要學好、用好監測設備，我國顆粒物監測設備也在不斷適應檢測需求，向更方便、更快捷、更穩定發展，相應監測標準文件也在逐步改進，在平時的監測工作中我們隨時關注、學習新的知識，掌握先進儀器的使用，把握好每個細節，才會保證監測數據的準確性。相信通過我們不斷的總結、探討，我們的監測能力將會穩步提高，成為一個合格的監測人員，向社會、政策提供可靠的環境監測數據，是我們必須努力的方向。