[发明专利]一种PM2.5的监测设备

说明书

技术领域

本发明涉及环境大气采集与监测领域，具体涉及一种PM2.5的监测设备。 

背景技术

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物，虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。PM2.5产生的主要来源，是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自道路扬尘等；2.5微米以下的细颗粒物(PM2.5)则主要来自化石燃料的燃烧(如机动车尾气、燃煤)、挥发性有机物等。气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其恐怖的一面。例如，在PM2.5水平远远低于中国的欧洲，PM2.5导致人们的平均寿命减少8.6个月；而PM2.5还可成为病毒和细菌的载体，为呼吸道传染病的传播推波助澜。 

目前国际上主要发达国家以及亚洲的日本、泰国、印度等均将PM2.5列 入空气质量标准，中国也开始意识到该问题，并着手将PM2.5列入环境空气质量指标。最近几个月，位于北京朝阳区的美国大使馆公布的北京PM2.5对应的AQI数据已经几次打破人类建立表格以来的极限值500，达到“极其糟糕”的540和557，而同期中国政府采用PM-10设备监测的数据却显示“轻度-重污染”。 

现有的对PM2.5进行监测的方法一般采用石英晶体震荡天平法、β(beta)射线法和光散射法，以及手工标准秤重方法，但这4种技术都有其局限性： 

第一种石英晶体振荡天平法，是在质量传感器内使用一个石英空心锥形管，在空心锥形管振荡端上安放可更换的滤膜，振荡频率取决于石英锥形管特性和它的质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜质量变化导致振荡频率变化，通过测量振荡频率的变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据采样流量、采样现场环境温度和气压计算出该时段的颗粒物标态质量浓度。这种技术的优点是定量关系明确，缺点是目前的技术无法解决样品加热后挥发性和半挥发性物质的损失，导致测定结果被认为偏低，从而出现失真； 

第二种β射线法，其基本原理是利用堆积在石英滤膜上的颗粒物对碳-14释放的β射线衰减量的变化检测大气颗粒物质量的变化。环境空气由采样泵经切割器吸入采样管，经过滤膜后排出，而颗粒物沉淀在条状石英滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，β射线强度发生衰减，通过对衰减量的测定计算出颗粒物的浓度。这一方法是基于两个假设，其一是仪器的石英采样滤膜条带均一，其二是采集下来的PM2.5粒子物理特性均一(即颗粒大小一致，颗粒成分一致，颗粒在过滤膜上的分布均匀等)，对β射线强度衰减率相同。而上述两点在现实条件下往往并不成立，因此测定数据一般被认为也存在偏差，且这种检测方法在潮湿高温区域故障率也很高； 

第三种光散射法，在国内有很大误解，国内一些专家认为光散射法是主要测量PM2.5的数量浓度，关注的是M2.5的个数，因此主要用于气象部门的能见度监测研究。其实这是不对的，光散射法监测的是颗粒数量的多少、颗粒横截面积的多少、发光管的波长、接收管的波长、以及颗粒相对于发光管和接收管的角度。在大多情况下，颗粒物的重量和颗粒物的横截面积是有很高的关联度的。并且光学散射法是能监测有机挥发物(VOC VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS)的，而其余三种方案都不能有效监测VOC；