1、關于重量法和射線吸收原理測量可吸入顆粒物（PM10）的研究摘要：通過對重量法和射線吸收法測量可吸入顆粒物PM10的原理、使用優缺點和適用范圍的分析，以及射線吸收原理PM10自動監測儀與重量法大流量采樣器的對比實驗和射線吸收原理自動監測儀在測量沙塵暴中的數據分析，說明射線吸收原理PM10自動監測儀在測量空氣中污染物PM10的先進性。關鍵詞：PM10；射線吸收原理；重量法1.引言PM10又稱胸部顆粒物，指可吸入顆粒物中能夠穿過咽喉進入人體肺部的氣管、支氣管區和肺泡的那部分顆粒物，它并不是表示空氣動力學直徑小于10m的可吸入顆粒物，而是表示具有D50=10m，空氣動力學直徑小于30m以下的可吸入顆粒

2、物。其中空氣動力學直徑指在通常的溫度、壓力和相對濕度的情況下，在靜止的空氣中，與實際顆粒物具有相同重力加速度的密度為1g/cm3的球體直徑，實際上是一種假想的球體顆粒直徑；而D50是指在一定的顆粒物體系中，即空氣動力學直徑范圍一定時，顆粒物的累積質量占到總顆粒物質量一半（50%）時所對應的空氣動力學直徑，它代表了可吸入顆粒物體系的幾何平均空氣動力學直徑。大氣中PM10來源廣泛，且顆粒物形態各異、成分復雜，對環境和人體健康造成巨大危害，主要表現：（1）使空氣能見度降低，影響人們的正常生活。（2）吸入人體后沉積在呼吸道和肺部，引起呼吸道和肺部病變。（3）顆粒物中的部分化學物質可降低人體免疫力，并具

3、有潛在的致癌性。（4）落在物體表面，弄臟或腐蝕物體，造成資源損失。（5）影響其它動植物的正常生長，破壞生態平衡。PM10的污染已引起全世界的普遍關注，所以加強PM10污染監測至關重要。2.監測方法簡介2.1重量法重量法測量PM10濃度普遍采用大流量采樣器，原理為采樣泵抽取一定體積的空氣進入切割器，將空氣動力學直徑小于30m的顆粒物切割分離，PM10顆粒隨著氣流經切割器的出口被阻留在已稱重的濾膜上。根據采樣前后濾膜的質量差及采樣體積，計算出PM10的濃度。計算公式為：式中：CPM10的質量濃度，mg/m3；W2采樣后濾膜質量，mg；W1采樣前濾膜質量，mg；F換算成標準狀況下的采樣流量，L/mi

4、n； t采樣時間，min。2.2射線吸收原理射線吸收原理：原子核在發生衰變時,放出粒子。粒子實際上是一種快速帶電粒子，它的穿透能力較強，當它穿過一定厚度的吸收物質時，其強度隨吸收層厚度增加而逐漸減弱的現象叫做吸收。當吸收物質的厚度比粒子的射程小很多時，射線在物質中的吸收，近似為：式中：I0濾紙沒有吸附吸收物質時的粒子記數值；I是射線穿過吸收物質厚度為tm的濾紙的粒子記數值； m稱為質量吸收系數或質量衰減系數，單位為cm2/mg，對于同一吸收物質，m與放射能量有關； tm稱為質量厚度，單位為mg/cm2。 射線源采用放射源14C，放射能量在100Ci以下，半衰期為5730年，安全可靠。射線吸收原

5、理測量PM10普遍采用國際上流行的射線吸收原理自動監測儀，儀器利用抽氣泵對大氣進行恒流采樣，經PM10切割器切割后，大氣中的PM10顆粒物吸附在源和蓋革計數管之間的濾紙表面，采樣前后蓋革計數管計數值的變化反映了濾紙上吸附灰塵的質量變化，由此可以得到采樣空氣中PM10的濃度。首先，蓋革計數管電路記錄下射線通過空白濾紙時的強度I1，由式（2）得：第二步：恒流抽氣系統通過PM10切割器抽入一定體積的樣氣，PM10顆粒被阻留在儀器濾紙表面上；第三步：探測器記錄下此時射線的強度，設為I2，由式（2）得：式中：m PM10的質量厚度，單位為mg/cm2。假設I0在整個測量過程中保持不變。綜合(3和(4，得

6、：第四步：根據濾紙被探測面積、采樣流量和采樣時間，計算出PM10的質量濃度。得：式中：CPM10的質量濃度，mg/m3；S探測面積，cm2；F換算成標準狀況下的采樣流量，L/min； t采樣時間，min。3.優缺點3.1重量法重量法大流量采樣器測量PM10的缺點是要求人工工作量大，濾膜采樣前后需實驗室烘干稱重，人工換紙和取樣，手工計算PM10的濃度，自動化程度低，不適合進行遠距離監測，且取日均值時需連續采樣12小時以上，不能反映PM10濃度的短時間變化情況，不能對沙塵暴等惡劣天氣的變化進行實時反映。其優點是成本較低。3.2射線吸收原理射線吸收原理自動監測儀測量PM10的優點是要求樣品量很少，根

7、據實際需要，采樣時間199min可調，可每小時自動得出一個監測數據，實時反映空氣中PM10濃度的變化情況，并可進行數據傳輸，有利于遠程監測和自動控制，并極大的減少了人工工作量。其缺點是相對成本較高。4.適用范圍4.1重量法重量法大流量采樣器適用于近郊或經濟條件相對落后的小城市，也可用于PM10污染變化較小的城市，在國內外環境質量評估中應用比較廣泛。4.2射線吸收原理射線吸收原理自動監測儀適用范圍較廣，在24小時空氣質量連續自動監測中應用廣泛。在污染較重或地理位置重要的地方，射線吸收原理自動監測儀可有效的反映出空氣中PM10污染濃度的變化情況，為環保部門進行空氣質量評估和政府決策提供準確、可靠的

8、數據依據。5.對比實驗現將河北先河科技發展有限公司生產的XH2000D型射線吸收原理PM10自動監測儀與大流量采樣器對比實驗數據結果列表如下：日均值監測儀器2001.8.18日均值(mg/m3 2001.8.19日均值(mg/m3 2001.8.21日均值(mg/m3 2001.8.22日均值(mg/m3 2001.8.23日均值(mg/m3 五日均值 日流量采樣器0.3020.0940.1550.3400.1570.210自動監測儀0.1060.1130.1410.3520.1500.212由以上數據可以得出：日均值最大偏差為0.019 mg/m3，五日均值相對誤差為1%；日均值相關系數為9

9、9.2%。實驗結論：以大流量采樣器為基準，XH2000D型射線吸收原理PM10自動監測儀具有較好的準確性。6.利用射線吸收原理自動監測儀監測沙塵暴中的PM10濃度沙塵暴可造成嚴重的風害、沙積害、風蝕、環境污染等一系列災害，損失驚人。近幾年來，我國每年因風沙危害造成的直接經濟損失達540億元，相當于西北5省區1996年財政收入的3倍。沙塵暴可能誘發過敏性疾病、流行病及傳染病，沙塵暴帶來的細微粉塵極有可能使患有呼吸道過敏性疾病的人群舊病復發。所以加大沙塵暴的監測力度，為治理沙塵暴提供真實有效的監測數據非常迫切。2002年3月20日前后，我國北方地區發生了一次比較罕見的大范圍強沙塵暴，河北省各地市監

10、測站安裝運行的空氣質量連續自動監測系統在本次沙塵暴的監測中作用突出，現將其中的射線吸收原理自動監測儀的監測數據提供如下：通過監測數據可清晰的分析出本次沙塵暴起源于張家口的上風向且PM10濃度很高。20日凌晨5點到達張家口，PM10濃度峰值為5mg/m3，持續時間約8個小時強度減弱，但4小時后又有一股強度較小的沙塵暴襲來，PM10濃度峰值為1.885mg/m3，持續時間約6個小時后沙塵暴消失。而承德20日下午1點沙塵暴到達，持續時間長達13個小時，且PM10濃度較高，峰值為3.446 mg/m3。唐山20日下午4點沙塵暴到達，強度已減弱，PM10濃度峰值為1.696 mg/m3，而且持續時間也較

11、短。秦皇島20日下午8點沙塵暴到達，強度較大，PM10濃度峰值為3.446 mg/m3，且持續時間較長。而廊坊、衡水、邢臺、邯鄲盡管也受到沙塵暴影響，但PM10濃度污染變化較小。從以上沙塵暴中監測的PM10濃度變化，不難看出，本次沙塵暴的起源主要在張家口和承德的上風向，且主要向東部擴散。若再加上空氣質量連續自動監測系統中的氣象參數（溫度、濕度、大氣壓、風向、風速）的變化以及地理狀況的分析，可對本次沙塵暴發生的原因、發展變化等情況進行更加全面的評價。所以射線吸收原理PM10自動監測儀可有效的監測沙塵暴中的PM10 濃度變化，為有效治理沙塵暴提供了依據。7.結論射線吸收原理PM10自動監測儀完全可以替代傳統的重量法大流量采樣器進行空氣中PM10濃度的連續自動監測，并能實時、準確反映空氣中PM10濃度的變化情況，在PM10污染濃度變化較大或地理位置重要的地區作用突出，重量法大流量采樣器可作為射線吸收原理PM10自動監測儀24小時連續自動監測的必要補充。參考文獻：1國家環境保護局科技標準司編，大氣環境分析方法標準，1998.2。2張玉鈞，劉文清等，大氣中可吸入粉塵（PM10）射線