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PM2.5检测技术及市场详解

http://www.pm25cn.com 来源:pm25cn.com整理 更新日期:2012-09-27

  PM2.5检测技术 从测量方法上来说,有振荡天平技术、Beta射线技术、Beta射线光浊度技术和光散射技术为主。

  在中国,PM25测量主要分手工测量和仪器自动监测两种,手工称重法是在空气监测中用滤膜收集颗粒物进行称量检验其浓度;震荡天平法用颗粒物重量的变化而引起的震荡频率来反映颗粒物的浓度;β射线法是通过颗粒物对β射线能量的吸收来反映颗粒物的浓度。

  在中国的PM10颗粒物监测中大量采用了振荡天平和Beta射线技术的自动监测设备,以这两项技术为基础开发的PM2.5颗粒物监测仪也已进入中国的环境监测领域。

 

PM2.5检测技术,PM2.5监测使用的测量方法

  PM2.5监测使用的测量方法

  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,最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,使最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。在测量的第一时段,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,当第一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。最终仪器用第二时段测得的数据对第一时段测得的数据进行补偿输出测量结果。

  振荡天平与膜动态测量系统联用技术与经典重量法数据的相关性最佳,在94%到99%之间。而Beta射线技术相关性在77%到90%之间。因此,振荡天平技术成为目前世界各国正在使用的,颗粒物自动监测的主流技术。

  震荡天平法监测结果较β射线法偏低15%-17%,英美两国的研究表明震荡天平法PM2.5分析仪必须增加膜动态测量系统(以下简称FDMS)方可满足等效要求,震荡天平法的定量关系明确,监测原理较先进,但也存在监测数值偏低的情况。

技术暗战

  震荡天平法仪器价格约17万,而β射线法仪器约9万,两种方法再起争议,主要是震动天平法在监测PM2.5时技术缺陷被放大。 震荡天平法的监测结果偏低的原因主要有两个,一方面天平法监测需要加热到五十度,这样会造成挥发;另一方面在于PM2.5的颗粒中易挥发的物质增加了一些有机物、硝酸盐等,无形中会放大了震荡天平法的技术缺陷。

  FDMS膜动态测量系统是用于增加收集挥发性颗粒物,纠正测量偏差的一种系统。 2012年2月29日颁布的《环境空气质量标准》只提到监测PM2.5采用的方法为震荡天平法和β射线法,而没用进一步详细信息。

  截至目前,实际上没有一种仪器设备能够准确无误地测定大气中的PM2.5质量浓度。之前,中国科学院大气物理研究所买过12台FDMS模块,但由于在高温、高湿条件下故障频发,后来也都拆掉了。

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