走访中国环境监测总站:PM2.5是怎么测出来的？
图为采用β射线法监测PM2.5的自动监测仪，传送带上黑色的原点是通过仪器自动采样得到的PM2.5。
采集到的PM2.5滤膜，称重后可以存储在称重中心的滤膜存储实验室，以便日后滤膜的复查和成分分析使用。
▲称重中心的滤膜称重系统一次可以对320片滤膜进行编码/读码和称重。本报记者闫海超摄
◆本报记者闫海超徐丽莉
当雾霾来临，PM2.5充斥在每个角落时，我们每个人身处其中，呼吸着、感受着，可以说，对它的存在谁都不会陌生。但PM2.5是如何测量的？数据是怎么计算出来的？监测结果究竟准不准？
带着这些疑问，记者近日走入中国环境监测总站，对PM2.5的监测全过程一探究竟。
手工监测天平精度可达1微克
要确保PM2.5监测数据的准确性，测量方法很重要。
说到测量，手工重量法不得不提，它可是PM2.5监测的基准方法。
因此，想要清楚认知PM2.5的测量过程，首先必须明白手工重量法的工作原理。仪器质检室的工程师张杨说：“在监测点位用采样器以恒定采样流量抽取空气，使空气中的PM2.5被截留在提前称重好的空白滤膜上，根据采样前后滤膜的质量变化和累积采样体积，计算出PM2.5的浓度。”
接下来的问题是，采样滤膜又是如何称重的呢？
首先，对称重环境要求极高。用于采样的滤膜受温度、湿度、震动等人为因素的干扰较大，从现场采样后的滤膜需要进行24小时平衡再进行称重，平衡条件则需要温度保持在20℃±1℃左右，湿度保持在50%RH±5%RH左右。
“只有在同一个温湿度环境下进行称重，得出的数据才能够保持一致性。”除了对外部环境有要求，张杨还介绍了称重设施包括滤膜和天平在内的具体情况：“一片滤膜的重量很轻，只有145~150毫克，这只是滤膜的重量，相比颗粒物的增量就更少了，在0.1~11.5毫克之间，对应的污染物浓度为4~500微克/立方米。所需天平的条件需要达到百万分之一，精度称量分辨率为1微克。”
想看称重先过急速风吹关
为了从各个因素控制称量误差，一个具备高要求的实验室是必需的。
2015年6月，中国环境监测总站质检室筹建了国家大气监测网颗粒物称重中心（以下简称称重中心），以满足国控点位颗粒物（PM10、PM2.5）比对采样滤膜的称重。
想走进称重中心，可不是一件容易事。
称重中心对人员、设备的出入条件限制有严格的要求。由于对外部环境洁净度的要求极高，外来人员在进入称重中心最外围空间时必须更换中心配备的拖鞋，以减少对室内环境的影响。接下来，步入更衣室更换工作服，紧接着在智能风淋室开启风淋设备，通过急速风吹进一步减少衣物携带的颗粒物。
这些准备都是为了最大化减少对称重环境的影响，确保手工比对工作科学、准确。
进入实验室，一台承载了320片滤膜的称重系统正在进行编码/读码和称重工作。“为了确保每片滤膜的唯一性以及加强滤膜管理，编码采用14位编码原则，包括站点编号、采样信息、年份月份等。”工作人员解释说，就好比是每个人都有唯一的身份证号，编码工作锁定了滤膜的唯一性，以保障比对工作的准确、无误。
从实验室的工作节奏来看，320片滤膜进行平衡的时间需要24小时，每片滤膜需要进行两次称重，每次误差需要保持小于0.04毫克，每片测量时间大概需要5分钟，这样整个称重320片滤膜就需要3~4天的时间。
那么，不合格的称重滤膜会不会成“漏网之鱼”流入监测环节呢？工作人员说：“天平中会放置一块标准滤膜，相当于质控，很早称好了，如果测量结果显示变化很大，说明其中有污染，这时就要及时进行处理。”
据工作人员介绍，2015年12月起，称重中心已经完成了直管站的5次比对工作，每次比对20个站点，比对内容包括PM10、PM2.5。可以说，比对工作极大地提高了PM2.5监测的科学性和准确性。
自动监测每五分钟出一个数值
从全国范围来看，目前，地方各个监测点位对PM2.5多采用连续自动监测法下的β射线法和震荡天平法进行测量。市面上的检测仪器也主要依据这两种方式进行工作。
“这根长长的管子就是采样管，一头连接监测仪器，另一头连接室外的空气，它的顶部有个采样头，上面有个切割器，通过切割器将空气中的PM2.5拦截下来后，顺着采样管进入监测仪器中。”来到颗粒物实验室，大气室研究员潘本锋首先介绍了采用β射线法监测PM2.5的自动监测仪。
近距离观察这台仪器，可以发现密闭的舱体内有一个白色传输纸带，纸带上按照一定的间隔已经分布了一些黑色的斑点。“这就是昨天通过仪器自动采样得到的PM2.5。”潘本锋解释了仪器的工作原理：传输进来的空气经过纸带，把所含的颗粒物过滤在纸带上。仪器可以发射β射线，如果纸带上附着颗粒物，就会使射线能量衰减，衰减的量与颗粒物的浓度有直接关系，这样我们就测量出颗粒物的浓度含量。
实验室里还有另外一种依靠振荡天平进行监测的仪器。潘本锋说，仪器的设计灵感来自于航天技术，“太空中有质量没有重量，质量不变怎么测颗粒物质量浓度？在太空里称重就用了振荡天平。”
观察这台振荡天平测量仪，可以发现仪器中有个振荡原件，以及空气中不断收集的颗粒物。振荡原件随着颗粒物的多少出现不同的振荡频率，当颗粒物越来越重，振荡原件摆动的频率就会越来越慢。通过实时测量振荡的频率，进一步测算出颗粒物含量的浓度是多少。
翻阅现场数据记录记者看到，两种监测仪器可以做到实时测量，每隔几秒进行一次更新，每5分钟出一个数值，可以做到边采样边测量，而工作人员则每小时读取一次PM2.5浓度。
据了解，为确保PM2.5监测的准确性，我国出台了PM2.5监测的一系列技术规范，对PM2.5监测的运行维护、人员资质和质保质控提出了明确的要求。
空气质量监测实行联网管理
对PM2.5监测数据实时公开发布，在为公众提供健康指引的同时，强化了社会监督，进一步提高PM2.5监测的准确性。
“全国城市空气质量实时发布平台自2013年1月1日正式对外发布。”大气室高级工程师孟晓艳一边在电脑上调取各地PM2.5实时监测数据，一边说道：“监测数据每小时都会从子站传过来，不会有人为干扰，这些指标包括AQI和PM2.5在内的6项基本污染物。公众可以自行通过网络上的实时发布平台进行24小时历史查询。”
除了实时发布平台，在孟晓艳的办公电脑上，记者还看到了另外一套系统，“这是我们的国家空气质量监测联网管理平台，用于管理审核、评价各地上报的PM2.5等监测数据，以进一步保障监测数据的准确性。”孟晓艳解释说，这套系统的应用本身就是对PM2.5监测数据的一种质量控制。
“十二五”以来，依据建成区面积和人口密度，兼顾代表性、科学性、稳定性和维护的便利性，我国对城市空气质量监测点位进行了优化和调整，使监测数据能全面客观反映空气质量状况。目前，我国的监测点位已经涵盖了338个城市的1436个站点。
运维质量关系数据质量。2016年，按照“谁考核谁监测”的原则，环境保护部积极推进空气质量监测事权上收工作，截至2016年11月底，全国1436个国家空气质量监测站点已全面上收，由国家统一委托运维公司负责运行维护，监测数据直报国家并对外公开，从体制机制上切断地方干预监测数据的风险。
多知道点
测量方法有哪些？
手工监测与自动监测各有优缺、互为补充
按测量方式划分，PM2.5的监测方法主要有手工重量法和连续自动法两种。连续自动监测法按照不同原理划分又可分为两种：振荡天平法和β射线法。
手工重量法是PM2.5监测的基准方法，用于判定连续自动监测方法的准确性和可靠性。美国和欧洲均以手工重量法作为PM2.5监测标准方法，并作为认证PM2.5自动监测仪器的基础方法。
我国也规定不同原理的PM2.5自动监测方法只有与手工重量法监测结果比对一致，才能应用于测量PM2.5。
但手工重量法耗时较长，需要将样品在恒温、恒湿条件下平衡24小时后进行测量，作为PM2.5自动监测的质控手段必不可少，但无法满足空气质量信息实时发布的需要。
连续自动监测法必须与手工重量法进行比对，且满足相关技术要求，才能用于PM2.5监测，是手工重量法的等效方法。它的特点是能够实时读取监测数据、时效性强，可及时向社会公众提供PM2.5实时数据和健康指引，在国内外得到广泛应用。
目前，我国各空气监测站点主要采用连续自动监测方法监测PM2.5，手工重量法主要用于连续自动监测方法的质量控制。
两种方法各有优缺点，互为补充。
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