发达国家美国PM2.5自动空气质量环境监测方法的详细介绍

美国环保署（US EPA）从1999年开始建立PM2.5颗粒物浓度监测网，采用的方法是美国联邦参考方法（FRM）（即，美国标准方法），这是一种手工的24小时滤膜采样实验室称重的方法。从2008年开始，美国环保署开展了对自动的PM2.5颗粒物监测仪认证工作，这些仪器能在无人值守的情况下连续运行并至少能提供PM2.5颗粒物的小时平均浓度值，经过认证的仪器都会获得美国自动等效方法（EQPM）号。

由于PM2.5颗粒物由多种物质组成，并以不同的形态存在于环境空气中，在进行自动监测过程中需要排除由于颗粒物的吸水性带来的测量结果偏高和挥发性物质在分析过程中丢失造成的测量结果偏低的问题。经过美国环保署认证的PM2.5颗粒物监测仪都有固定的基本配置和工作参数设置来*大限度的保证数据的准确性。

下面介绍一下经过美国环保署认可的两种PM2.5自动监测方法所采用的技术：

Beta射线法PM2.5颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成。流量为每小时1立方米的环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后成为符合技术要求的PM2.5颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中样品气体的相对湿度被调整到35%以下，样品进入仪器主机后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。在仪器中滤膜的两侧分别设置了Beta射线源和Beta射线检测器。随着样品采集的进行，在滤膜上收集的颗粒物越来越多，颗粒物质量也随之增加，此时Beta射线检测器检测到的Beta射线强度会相应地减弱。由于Beta射线检测器的输出信号能直接反应颗粒物的质量变化，仪器通过分析Beta射线检测器的信号变化得到一定时段内采集的颗粒物质量数值，结合相同时段内采集的样品的体积，*终报告出采样时段的颗粒物浓度。

微量振荡天平法PM2.5颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成。流量为每小时1立方米的环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后成为符合技术要求的PM2.5颗粒物样品气体。样品随后进入配置有滤膜动态测量系统 (FDMS)的微量振荡天平法监测仪主机。在主机中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定另一端装有滤膜的空心锥形管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态，它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生改变，仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物的质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。配置有膜动态测量系统后仪器能准确测量在测量过程中挥发掉的颗粒物，使*终报告数据得到有效补偿，更接近于真实值。它的工作流程是：来自于PM2.5切割器的PM2.5样品气样进入膜动态测量系统后首先会经过干燥器，在那里样品的相对湿度降到一定的范围，随后样品气体会根据系统切换阀的状态流向不同的部件。在测量的*时段，PM2.5样品会直接到达微量振荡传感器，样品中的颗粒物被收集在滤膜上，当*时段结束时仪器可测得滤膜上的颗粒物的质量，计算出样品的质量浓度；在测量的第二时段，系统切换阀将PM2.5样品气样导入滤膜动态测量系统的冷凝器，样品气体中的颗粒物和有机物等组分被冷凝并被安装在那里的过滤器截留，通过冷凝器之后的纯净气体再进入微量振荡传感器，由于此时气样中不含颗粒物，因此传感器上的滤膜不会增重，反而因滤膜上的已收集颗粒物中的挥发性或半挥发性颗粒物的持续挥发，而造成滤膜上已收集颗粒物的质量减少，在第二时段结束时仪器可测在测量周期内挥发掉的颗粒物的质量和浓度。*终仪器用第二时段测得的数据对*时段测得的数据进行补偿输出测量结果。