光散射法与滤膜称重法的对比研究

光散射法与滤膜称重法的对比研究

随着我国工业、交通等能源消费的不断增长和城市规模的不断扩大，硫氧化物、氮氧化物及颗粒物等大气污染物的排放量总体呈不断上升趋势，城市空气污染问题日趋严重。雾霾已经成为当今生活空气污染的主要话题，而雾霾形成的主要因素是PM2.5。早在2014年2月，习近平在北京考察时指出：应对雾霾污染、改善空气质量的首要任务是控制PM2.5，要从压减燃煤、严格控车、调整产业、强化管理、联防联控、依法治理等方面采取重大举措，聚焦重点领域，严格指标考核，加强环境执法监管，认真进行责任追究。对PM2.5的监测势必给相关工作人员带来巨大的工作压力。

传统的滤膜称重法在实际监测任务中具有操作繁琐、费时、以及不能及时得到现场测定结果等缺点，难以满足实际工作任务的需求。而利用光散射法原理的颗粒物便携式设备克服了传统方法的缺点，具有反应迅速灵敏、轻巧便携、操作简单、现场直读等优势，此类设备受到了相关工作人员的青睐。在GBT 18204.2-2014 《公共场所卫生检验方法 第2部分：化学污染物》中，光散射法也被纳入国标方法。

1.光散射法原理

激光光散射粉尘仪通过采气泵将待测气溶胶吸入检测舱，待测气溶胶在分支处分流成为两部分，一部分经过一个高效过滤器后被过滤为干净的空气，作为保护气来保护传感器室的元器件不受待测气体污染。另一部分气溶胶,作为待测样品直接进入传感器室。传感器室中，主要元器件为激光二极管、透镜组和光电检测器。检测时，首先由激光二极管发出的激光，通过透镜组形成一个薄层面光源。

薄层光照射在流经传感器室的待测气溶胶时，会产生散射，通过光电探测器来检测光的散射光强。光电探测器受光照之后产生电信号，正比于气溶胶的质量浓度。然后乘以电压校准系数，这个系数通过测定特定浓度的气溶胶来得到。

2.研究进展

关于基本测尘方法早在20 世纪80 年代中期制定的国家标准: BG 5748—1985《作业场所空气中粉尘测定方法》以及GB 6921—1986《大气飘尘浓度测定方法》中均作了明确的规定。在GB 5748—1985 第3.5 节特别指出: “本方法为基本方法。如果使用其他仪器或方法测定粉尘质量浓度时,必须以本方法为基准。”光散射法使用时须先和滤膜称重进行比对测试，计算出质量浓度转换系数K值，方可求得颗粒物的质量浓度。实际这样操作仍然较为繁琐，标准中给出了建议的K值。为了检验光散射法在实际工作中的可行性，不少学者对光散射法粉尘仪的性能方面做了大量的实验研究。

2.1 K值

谈立峰^[1]等人分别用LD-1型激光粉尘仪和滤膜称重法同时对常州地区四类公共场所分四季进行监测，通过研究数据发现，K值不受公共场所行业类型的不同、季节变化以及是否使用空调的影响,监测结果稳定，但是K值是否受地区影响有待于进一步研究。

而刘海荣^[2]等人同时用P-5L₂型光散射数字测尘仪和滤膜称重法对常州地区四类公共场所分四季进行监测,他们的研究结果表明，K值不受公共场所行业类型、季节以及是否使用空调的影响,因而监测结果较稳定,但易受香烟烟雾的干扰。得出颗粒物的质量浓度与相对浓度有关，回归方程为y(mg/m³)=-0.0361+0.0001x(Cpm)。还有其他学者在武汉、成都使用同款设备得出K值，通过比对表明K值可能和地理、气候、环境等影响因素有关，建议不同地区使用不同光散射数字测尘仪是应该测得相应的K值，测得数据会更加可靠。

2.2精密度和准确度

中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所(原预防医学科学院环境卫生与卫生工程研究所)对P-5L₂型数字粉尘仪和LD-1(H)型激光粉尘仪的精密度和准确度进行了测定^[3],实验数据如下：

通过计算得出他们各自的ROU，都达到标准的要求。说明光散射法测定公共场所的颗粒物质量浓度数据相对可靠。

2.3湿度影响

黄婧^[4]等人使用两台不同型号的LD-6S（一台开启湿度修正功能，另一台关闭）激光粉尘仪与滤膜称重法对比实验，研究结果表明，当环境湿度大于60%，湿度对颗粒物(粉尘)浓度测量的干扰明显增大。

3.结果与讨论

通过对一些学者的实验研究结果分析得出以下结论：

1）K值不受公共场所行业类型的不同、季节变化以及是否使用空调的影响，但是K值是会收到不同地区、气候、环境等因素影响。

2）光散射法粉尘仪受湿度的影响较大。

3）由于光散射法具有反应迅速灵敏、轻巧便携、操作简单、现场直读等优势，经过大量研究表明光散射法粉尘仪测量数据相对可靠，所以光散射法粉尘仪替代滤膜称重法在公共场所空气可吸入颗粒物监测中应用是可行的。最好采用光散射法与滤膜称重相结合的工作方式，这样会使得监测所得数据更加具有说服力。

更多内容可关注微信公众号：AQ空气质量（safetytech-EM）