當霧霾來臨，PM2.5充斥在每個角落時，我們每個人身處其中，呼吸著、感受著，可以說，對它的存在誰都不會陌生。但PM2.5是如何測量的?數(shù)據(jù)是怎么計算出來的?監(jiān)測結果究竟準不準?
帶著這些疑問，記者近日走入中國環(huán)境監(jiān)測總站，對PM2.5的監(jiān)測全過程一探究竟。
圖為采用β射線法監(jiān)測PM2.5的自動監(jiān)測儀，傳送帶上黑色的原點是通過儀器自動采樣得到的PM2.5。
采集到的PM2.5濾膜，稱重后可以存儲在稱重中心的濾膜存儲實驗室，以便日后濾膜的復查和成分分析使用。
▲稱重中心的濾膜稱重系統(tǒng)一次可以對320片濾膜進行編碼/讀碼和稱重。本報記者閆海超攝
手工監(jiān)測天平精度可達1微克
要確保PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，測量方法很重要。
說到測量，手工重量法不得不提，它可是PM2.5監(jiān)測的基準方法。
因此，想要清楚認知PM2.5的測量過程，首先必須明白手工重量法的工作原理。儀器質(zhì)檢室的工程師張楊說：“在監(jiān)測點位用采樣器以恒定采樣流量抽取空氣，使空氣中的PM2.5被截留在提前稱重好的空白濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的質(zhì)量變化和累積采樣體積，計算出PM2.5的濃度。”
接下來的問題是，采樣濾膜又是如何稱重的呢?
首先，對稱重環(huán)境要求極高。用于采樣的濾膜受溫度、濕度、震動等人為因素的干擾較大，從現(xiàn)場采樣后的濾膜需要進行24小時平衡再進行稱重，平衡條件則需要溫度保持在20℃±1℃左右，濕度保持在50% RH±5%RH左右。
“只有在同一個溫濕度環(huán)境下進行稱重，得出的數(shù)據(jù)才能夠保持一致性。” 除了對外部環(huán)境有要求，張楊還介紹了稱重設施包括濾膜和天平在內(nèi)的具體情況：“一片濾膜的重量很輕，只有145~150毫克，這只是濾膜的重量，相比顆粒物的增量就更少了，在0.1~11.5毫克之間，對應的污染物濃度為4~500微克/立方米。所需天平的條件需要達到百萬分之一，精度稱量分辨率為1微克。”
想看稱重先過急速風吹關
為了從各個因素控制稱量誤差，一個具備高要求的實驗室是必需的。
2015年6月，中國環(huán)境監(jiān)測總站質(zhì)檢室籌建了國家大氣監(jiān)測網(wǎng)顆粒物稱重中心(以下簡稱稱重中心)，以滿足國控點位顆粒物(PM10、PM2.5)比對采樣濾膜的稱重。
想走進稱重中心，可不是一件容易事。
稱重中心對人員、設備的出入條件限制有嚴格的要求。由于對外部環(huán)境潔凈度的要求極高，外來人員在進入稱重中心最外圍空間時必須更換中心配備的拖鞋，以減少對室內(nèi)環(huán)境的影響。接下來，步入更衣室更換工作服，緊接著在智能風淋室開啟風淋設備，通過急速風吹進一步減少衣物攜帶的顆粒物。
這些準備都是為了最大化減少對稱重環(huán)境的影響，確保手工比對工作科學、準確。
進入實驗室，一臺承載了320片濾膜的稱重系統(tǒng)正在進行編碼/讀碼和稱重工作。“為了確保每片濾膜的唯一性以及加強濾膜管理，編碼采用14位編碼原則，包括站點編號、采樣信息、年份月份等。”工作人員解釋說，就好比是每個人都有唯一的身份證號，編碼工作鎖定了濾膜的唯一性，以保障比對工作的準確、無誤。
從實驗室的工作節(jié)奏來看，320片濾膜進行平衡的時間需要24小時，每片濾膜需要進行兩次稱重，每次誤差需要保持小于0.04毫克，每片測量時間大概需要5分鐘，這樣整個稱重320片濾膜就需要3~4天的時間。
那么，不合格的稱重濾膜會不會成“漏網(wǎng)之魚”流入監(jiān)測環(huán)節(jié)呢?工作人員說：“天平中會放置一塊標準濾膜，相當于質(zhì)控，很早稱好了，如果測量結果顯示變化很大，說明其中有污染，這時就要及時進行處理。”
據(jù)工作人員介紹，2015年12月起，稱重中心已經(jīng)完成了直管站的5次比對工作，每次比對20個站點，比對內(nèi)容包括PM10、PM2.5。可以說，比對工作極大地提高了PM2.5監(jiān)測的科學性和準確性。
自動監(jiān)測每五分鐘出一個數(shù)值
從全國范圍來看，目前，地方各個監(jiān)測點位對PM2.5多采用連續(xù)自動監(jiān)測法下的β射線法和震蕩天平法進行測量。市面上的檢測儀器也主要依據(jù)這兩種方式進行工作。
“這根長長的管子就是采樣管，一頭連接監(jiān)測儀器，另一頭連接室外的空氣，它的頂部有個采樣頭，上面有個切割器，通過切割器將空氣中的PM2.5攔截下來后，順著采樣管進入監(jiān)測儀器中。”來到顆粒物實驗室，大氣室研究員潘本鋒首先介紹了采用β射線法監(jiān)測PM2.5的自動監(jiān)測儀。
近距離觀察這臺儀器，可以發(fā)現(xiàn)密閉的艙體內(nèi)有一個白色傳輸紙帶，紙帶上按照一定的間隔已經(jīng)分布了一些黑色的斑點。“這就是昨天通過儀器自動采樣得到的PM2.5。”潘本鋒解釋了儀器的工作原理：傳輸進來的空氣經(jīng)過紙帶，把所含的顆粒物過濾在紙帶上。儀器可以發(fā)射β射線，如果紙帶上附著顆粒物，就會使射線能量衰減，衰減的量與顆粒物的濃度有直接關系，這樣我們就測量出顆粒物的濃度含量。
實驗室里還有另外一種依靠振蕩天平進行監(jiān)測的儀器。潘本鋒說，儀器的設計靈感來自于航天技術，“太空中有質(zhì)量沒有重量，質(zhì)量不變怎么測顆粒物質(zhì)量濃度?在太空里稱重就用了振蕩天平。”
觀察這臺振蕩天平測量儀，可以發(fā)現(xiàn)儀器中有個振蕩原件，以及空氣中不斷收集的顆粒物。振蕩原件隨著顆粒物的多少出現(xiàn)不同的振蕩頻率，當顆粒物越來越重，振蕩原件擺動的頻率就會越來越慢。通過實時測量振蕩的頻率，進一步測算出顆粒物含量的濃度是多少。
翻閱現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄記者看到，兩種監(jiān)測儀器可以做到實時測量，每隔幾秒進行一次更新，每5分鐘出一個數(shù)值，可以做到邊采樣邊測量，而工作人員則每小時讀取一次PM2.5濃度。
據(jù)了解，為確保PM2.5監(jiān)測的準確性，我國出臺了PM2.5監(jiān)測的一系列技術規(guī)范，對PM2.5監(jiān)測的運行維護、人員資質(zhì)和質(zhì)保質(zhì)控提出了明確的要求。
空氣質(zhì)量監(jiān)測實行聯(lián)網(wǎng)管理
對PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)實時公開發(fā)布，在為公眾提供健康指引的同時，強化了社會監(jiān)督，進一步提高PM2.5監(jiān)測的準確性。
“全國城市空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺自2013年1月1日正式對外發(fā)布。” 大氣室高級工程師孟曉艷一邊在電腦上調(diào)取各地PM2.5實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，一邊說道：“監(jiān)測數(shù)據(jù)每小時都會從子站傳過來，不會有人為干擾，這些指標包括AQI和PM2.5在內(nèi)的6項基本污染物。公眾可以自行通過網(wǎng)絡上的實時發(fā)布平臺進行24小時歷史查詢。”
除了實時發(fā)布平臺，在孟曉艷的辦公電腦上，記者還看到了另外一套系統(tǒng)，“這是我們的國家空氣質(zhì)量監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)管理平臺，用于管理審核、評價各地上報的PM2.5等監(jiān)測數(shù)據(jù)，以進一步保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。”孟曉艷解釋說，這套系統(tǒng)的應用本身就是對PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)的一種質(zhì)量控制。
“十二五”以來，依據(jù)建成區(qū)面積和人口密度，兼顧代表性、科學性、穩(wěn)定性和維護的便利性，我國對城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位進行了優(yōu)化和調(diào)整，使監(jiān)測數(shù)據(jù)能全面客觀反映空氣質(zhì)量狀況。目前，我國的監(jiān)測點位已經(jīng)涵蓋了338個城市的1436個站點。
運維質(zhì)量關系數(shù)據(jù)質(zhì)量。2016年，按照“誰考核誰監(jiān)測”的原則，環(huán)境保護部積極推進空氣質(zhì)量監(jiān)測事權上收工作，截至2016年11月底，全國1436個國家空氣質(zhì)量監(jiān)測站點已全面上收，由國家統(tǒng)一委托運維公司負責運行維護，監(jiān)測數(shù)據(jù)直報國家并對外公開，從體制機制上切斷地方干預監(jiān)測數(shù)據(jù)的風險。
多知道點
測量方法有哪些?
手工監(jiān)測與自動監(jiān)測各有優(yōu)缺、互為補充
按測量方式劃分，PM2.5的監(jiān)測方法主要有手工重量法和連續(xù)自動法兩種。連續(xù)自動監(jiān)測法按照不同原理劃分又可分為兩種：振蕩天平法和β射線法。
手工重量法是PM2.5監(jiān)測的基準方法，用于判定連續(xù)自動監(jiān)測方法的準確性和可靠性。美國和歐洲均以手工重量法作為PM2.5監(jiān)測標準方法，并作為認證PM2.5自動監(jiān)測儀器的基礎方法。
我國也規(guī)定不同原理的PM2.5自動監(jiān)測方法只有與手工重量法監(jiān)測結果比對一致，才能應用于測量PM2.5。
但手工重量法耗時較長，需要將樣品在恒溫、恒濕條件下平衡24小時后進行測量，作為PM2.5自動監(jiān)測的質(zhì)控手段必不可少，但無法滿足空氣質(zhì)量信息實時發(fā)布的需要。
連續(xù)自動監(jiān)測法必須與手工重量法進行比對，且滿足相關技術要求，才能用于PM2.5監(jiān)測，是手工重量法的等效方法。它的特點是能夠?qū)崟r讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)、時效性強，可及時向社會公眾提供PM2.5實時數(shù)據(jù)和健康指引，在國內(nèi)外得到廣泛應用。
目前，我國各空氣監(jiān)測站點主要采用連續(xù)自動監(jiān)測方法監(jiān)測PM2.5，手工重量法主要用于連續(xù)自動監(jiān)測方法的質(zhì)量控制。
兩種方法各有優(yōu)缺點，互為補充。
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