科普贴：测定PM2.5的科学方法

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空气中漂浮着各种大小的颗粒物，PM2.5是其中较细小的那部分。不难想到，测定PM2.5的浓度需要分两步走：（1）把PM2.5与较大的颗粒物分离；（2）测定分离出来的PM2.5的重量。目前，各国环保部门广泛采用的PM2.5测定方法有三种：重量法β射线吸收法和微量振荡天平法。这三种方法的第一步是一样的，区别在于第二步。

将PM2.5直接截留到滤膜上，然后用天平称重，这就是重量法。值得一提的是，滤膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。只要滤膜对于0.3微米以上的颗粒有大于99%的截留效率，就算是合格的[19]。损失部分极细小的颗粒物对结果影响并不大，因为那部分颗粒对PM2.5的重量贡献很小。

重量法是最直接最可靠的方法，是验证其它方法是否准确的标杆。然而重量法需人工称重，程序繁琐费时。如果要实现自动监测，就需要用到另外两种方法。

β射线吸收法：将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束beta射线，射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度和PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量[20]。美国大使馆那台知名度很高的仪器依据的就是此原理。

微量振荡天平法：一头粗一头细的空心玻璃管，粗头固定，细头装有滤芯。空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比。于是，根据振荡频率的变化，就可以算出收集到的PM2.5的重量。

将PM2.5分离出来的切割器又是怎么工作的呢？在抽气泵的作用下，空气以一定的流速流过切割器时，那些较大的颗粒因为惯性大，一头撞在涂了油的部件上而被截留，惯性较小的PM2.5则能绝大部分随着空气顺利通过。也许你已经觉察到，这和发生在我们呼吸道里的情形是非常相似的：大颗粒易被鼻腔咽喉气管截留，而细颗粒则更容易到达肺的深处，从而产生更大的健康风险。

对于PM2.5的切割器来说，2.5微米是一个踩在边线上的尺寸。直径恰好为2.5微米的颗粒有50%的概率能通过切割器。大于2.5微米的颗粒并非全被截留，而小于2.5微米的颗粒也不是全都能通过。例如，按照《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》的要求，3.0微米以上颗粒的通过率需小于16%，而2.1微米以下颗粒的通过率要大于84%。

特殊的结构加上特定的空气流速共同决定了切割器对颗粒物的分离效果，这两者稍有变化，就会对测定产生很大影响，而使结果失去可比性。因此，美国环保局在1997年制定世界上第一个PM2.5标准的时候，一并规定了切割器的具体结构。于是，虽然PM2.5的测定仪器有不少品牌，它们外观却极为相似。

作者：谭知还

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