圖為采用β射線法監(jiān)測(cè)PM2.5的自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，傳送帶上黑色的原點(diǎn)是通過儀器自動(dòng)采樣得到的PM2.5。
采集到的PM2.5濾膜，稱重后可以存儲(chǔ)在稱重中心的濾膜存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，以便日后濾膜的復(fù)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(duì)320片濾膜進(jìn)行編碼/讀碼和稱重。
當(dāng)霧霾來(lái)臨，PM2.5充斥在每個(gè)角落時(shí)，我們每個(gè)人身處其中，呼吸著、感受著，可以說(shuō)，對(duì)它的存在誰(shuí)都不會(huì)陌生。但PM2.5是如何測(cè)量的?數(shù)據(jù)是怎么計(jì)算出來(lái)的?監(jiān)測(cè)結(jié)果究竟準(zhǔn)不準(zhǔn)?
帶著這些疑問，記者近日走入中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，對(duì)PM2.5的監(jiān)測(cè)全過程一探究竟。
手工監(jiān)測(cè)天平精度可達(dá)1微克
要確保PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，測(cè)量方法很重要。
說(shuō)到測(cè)量，手工重量法不得不提，它可是PM2.5監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)方法。
因此，想要清楚認(rèn)知PM2.5的測(cè)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(shuō)：“在監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(jì)算出PM2.5的濃度。”
接下來(lái)的問題是，采樣濾膜又是如何稱重的呢?
首先，對(duì)稱重環(huán)境要求極高。用于采樣的濾膜受溫度、濕度、震動(dòng)等人為因素的干擾較大，從現(xiàn)場(chǎng)采樣后的濾膜需要進(jìn)行24小時(shí)平衡再進(jìn)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(gè)溫濕度環(huán)境下進(jìn)行稱重，得出的數(shù)據(jù)才能夠保持一致性。” 除了對(duì)外部環(huán)境有要求，張楊還介紹了稱重設(shè)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(duì)應(yīng)的污染物濃度為4~500微克/立方米。所需天平的條件需要達(dá)到百萬(wàn)分之一，精度稱量分辨率為1微 克。”
想看稱重先過急速風(fēng)吹關(guān)
為了從各個(gè)因素控制稱量誤差，一個(gè)具備高要求的實(shí)驗(yàn)室是必需的。
2015年6月，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站質(zhì)檢室籌建了國(guó)家大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)顆粒物稱重中心(以下簡(jiǎn)稱稱重中心)，以滿足國(guó)控點(diǎn)位顆粒物(PM10、PM2.5)比對(duì)采樣濾膜的稱重。
想走進(jìn)稱重中心，可不是一件容易事。
稱重中心對(duì)人員、設(shè)備的出入條件限制有嚴(yán)格的要求。由于對(duì)外部環(huán)境潔凈度的要求極高，外來(lái)人員在進(jìn)入稱重中心最外圍空間時(shí)必須更換中心配備的拖鞋，以減少 對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響。接下來(lái)，步入更衣室更換工作服，緊接著在智能風(fēng)淋室開啟風(fēng)淋設(shè)備，通過急速風(fēng)吹進(jìn)一步減少衣物攜帶的顆粒物。
這些準(zhǔn)備都是為了最大化減少對(duì)稱重環(huán)境的影響，確保手工比對(duì)工作科學(xué)、準(zhǔn)確。
進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，一臺(tái)承載了320片濾膜的稱重系統(tǒng)正在進(jìn)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(qiáng)濾膜管理，編碼采用14位編碼原則，包 括站點(diǎn)編號(hào)、采樣信息、年份月份等。”工作人員解釋說(shuō)，就好比是每個(gè)人都有唯一的身份證號(hào)，編碼工作鎖定了濾膜的唯一性，以保障比對(duì)工作的準(zhǔn)確、無(wú)誤。
從實(shí)驗(yàn)室的工作節(jié)奏來(lái)看，320片濾膜進(jìn)行平衡的時(shí)間需要24小時(shí)，每片濾膜需要進(jìn)行兩次稱重，每次誤差需要保持小于0.04毫克，每片測(cè)量時(shí)間大概需要5分鐘，這樣整個(gè)稱重320片濾膜就需要3~4天的時(shí)間。
那么，不合格的稱重濾膜會(huì)不會(huì)成“漏網(wǎng)之魚”流入監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)呢?工作人員說(shuō)：“天平中會(huì)放置一塊標(biāo)準(zhǔn)濾膜，相當(dāng)于質(zhì)控，很早稱好了，如果測(cè)量結(jié)果顯示變化很大，說(shuō)明其中有污染，這時(shí)就要及時(shí)進(jìn)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(duì)工作，每次比對(duì)20個(gè)站點(diǎn)，比對(duì)內(nèi)容包括PM10、PM2.5?？梢哉f(shuō)，比對(duì)工作極大地提高了PM2.5監(jiān)測(cè)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。
自動(dòng)監(jiān)測(cè)每五分鐘出一個(gè)數(shù)值
從全國(guó)范圍來(lái)看，目前，地方各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位對(duì)PM2.5多采用連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)法下的β射線法和震蕩天平法進(jìn)行測(cè)量。市面上的檢測(cè)儀器也主要依據(jù)這兩種方式進(jìn)行工作。
“這根長(zhǎng)長(zhǎng)的管子就是采樣管，一頭連接監(jiān)測(cè)儀器，另一頭連接室外的空氣，它的頂部有個(gè)采樣頭，上面有個(gè)切割器，通過切割器將空氣中的PM2.5攔截下來(lái) 后，順著采樣管進(jìn)入監(jiān)測(cè)儀器中。”來(lái)到顆粒物實(shí)驗(yàn)室，大氣室研究員潘本鋒首先介紹了采用β射線法監(jiān)測(cè)PM2.5的自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀。
近距離觀察這臺(tái)儀器，可以發(fā)現(xiàn)密閉的艙體內(nèi)有一個(gè)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(diǎn)。“這就是昨天通過儀器自動(dòng)采樣得到的 PM2.5。”潘本鋒解釋了儀器的工作原理：傳輸進(jìn)來(lái)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(huì)使射 線能量衰減，衰減的量與顆粒物的濃度有直接關(guān)系，這樣我們就測(cè)量出顆粒物的濃度含量。
實(shí)驗(yàn)室里還有另外一種依靠振蕩天平進(jìn)行監(jiān)測(cè)的儀器。潘本鋒說(shuō)，儀器的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于航天技術(shù)，“太空中有質(zhì)量沒有重量，質(zhì)量不變?cè)趺礈y(cè)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(tái)振蕩天平測(cè)量?jī)x，可以發(fā)現(xiàn)儀器中有個(gè)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(dāng)顆粒物越來(lái)越重，振蕩原件擺動(dòng)的頻率就會(huì)越來(lái)越慢。通過實(shí)時(shí)測(cè)量振蕩的頻率，進(jìn)一步測(cè)算出顆粒物含量的濃度是多少。
翻閱現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄記者看到，兩種監(jiān)測(cè)儀器可以做到實(shí)時(shí)測(cè)量，每隔幾秒進(jìn)行一次更新，每5分鐘出一個(gè)數(shù)值，可以做到邊采樣邊測(cè)量，而工作人員則每小時(shí)讀取一次PM2.5濃度。
據(jù)了解，為確保PM2.5監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，我國(guó)出臺(tái)了PM2.5監(jiān)測(cè)的一系列技術(shù)規(guī)范，對(duì)PM2.5監(jiān)測(cè)的運(yùn)行維護(hù)、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(cè)實(shí)行聯(lián)網(wǎng)管理
對(duì)PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)公開發(fā)布，在為公眾提供健康指引的同時(shí)，強(qiáng)化了社會(huì)監(jiān)督，進(jìn)一步提高PM2.5監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。
“全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)自2013年1月1日正式對(duì)外發(fā)布。” 大氣室高級(jí)工程師孟曉艷一邊在電腦上調(diào)取各地PM2.5實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，一邊說(shuō)道：“監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每小時(shí)都會(huì)從子站傳過來(lái)，不會(huì)有人為干擾，這些指標(biāo)包括AQI 和PM2.5在內(nèi)的6項(xiàng)基本污染物。公眾可以自行通過網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)進(jìn)行24小時(shí)歷史查詢。”
除了實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)，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(guó)家空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)，用于管理審核、評(píng)價(jià)各地上報(bào)的 PM2.5等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。”孟曉艷解釋說(shuō)，這套系統(tǒng)的應(yīng)用本身就是對(duì)PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的一種質(zhì)量控制。
“十二五”以來(lái)，依據(jù)建成區(qū)面積和人口密度，兼顧代表性、科學(xué)性、穩(wěn)定性和維護(hù)的便利性，我國(guó)對(duì)城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能全面客觀反映空氣質(zhì)量狀況。目前，我國(guó)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位已經(jīng)涵蓋了338個(gè)城市的1436個(gè)站點(diǎn)。
運(yùn)維質(zhì)量關(guān)系數(shù)據(jù)質(zhì)量。2016年，按照“誰(shuí)考核誰(shuí)監(jiān)測(cè)”的原則，環(huán)境保護(hù)部積極推進(jìn)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)事權(quán)上收工作，截至2016年11月底，全國(guó)1436個(gè) 國(guó)家空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)已全面上收，由國(guó)家統(tǒng)一委托運(yùn)維公司負(fù)責(zé)運(yùn)行維護(hù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直報(bào)國(guó)家并對(duì)外公開，從體制機(jī)制上切斷地方干預(yù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)。
多知道點(diǎn)
測(cè)量方法有哪些?
手工監(jiān)測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)各有優(yōu)缺、互為補(bǔ)充
按測(cè)量方式劃分，PM2.5的監(jiān)測(cè)方法主要有手工重量法和連續(xù)自動(dòng)法兩種。連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(cè)的基準(zhǔn)方法，用于判定連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的準(zhǔn)確性和可靠性。美國(guó)和歐洲均以手工重量法作為PM2.5監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法，并作為認(rèn)證PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的基礎(chǔ)方法。
我國(guó)也規(guī)定不同原理的PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法只有與手工重量法監(jiān)測(cè)結(jié)果比對(duì)一致，才能應(yīng)用于測(cè)量PM2.5。
但手工重量法耗時(shí)較長(zhǎng)，需要將樣品在恒溫、恒濕條件下平衡24小時(shí)后進(jìn)行測(cè)量，作為PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)的質(zhì)控手段必不可少，但無(wú)法滿足空氣質(zhì)量信息實(shí)時(shí)發(fā)布的需要。
連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)法必須與手工重量法進(jìn)行比對(duì)，且滿足相關(guān)技術(shù)要求，才能用于PM2.5監(jiān)測(cè)，是手工重量法的等效方法。它的特點(diǎn)是能夠?qū)崟r(shí)讀取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、時(shí)效性強(qiáng)，可及時(shí)向社會(huì)公眾提供PM2.5實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和健康指引，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。
目前，我國(guó)各空氣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)主要采用連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)PM2.5，手工重量法主要用于連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的質(zhì)量控制。
兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，互為補(bǔ)充。
