大气颗粒物采样分析方法研究进展 颗粒物采样

大气细颗粒物 PM 2.5的研究进展姜娜【摘要】PM2.5 gradually became the primary air pollutants in many large and medium cities in China , and their research was the current international atmospheric chemistry community hotspot.The sources of PM 2.5 , chemical characteristics and the relevant analysis methods , monitoring technologies and its health effect and impact on the environment were described.Finally, the research prospect of PM 2.5 was described.%PM2.5逐渐成为我国许多大中城市的首要空气污染物，对其研究是当前国际大气化学界的研究热点。

文章阐述了PM2.5的来源、化学成分及有关分析方法、监测技术、 PM2.5对人类的危害和对环境的影响，并对其研究动向进行了展望。

【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)013【总页数】3页(P134-135,168)【关键词】细颗粒物;PM2.5;监测技术【作者】姜娜【作者单位】葫芦岛市环境保护监测中心站，辽宁葫芦岛 125000【正文语种】中文【中图分类】X513近年来，随着经济的发展，空气质量问题日益突出，国内众多城市阴霾天气出现频率逐年增高。

在大气污染中，大气颗粒物污染是一类常见的污染物。

大气颗粒物质(Particulate Matter，PM)是大气中固体和液体颗粒物的总称。

粒径为0.01～100μm的大气颗粒物，统称为总悬浮颗粒物(TSP)［1－2]。

固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法一、引言随着工业化和城市化的不断发展，固定污染源排放的颗粒物和气态污染物对环境和人体健康造成了越来越大的威胁。

因此，精确且可靠的采样方法对于监测和控制固定污染源的污染物排放至关重要。

本文将介绍固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法的一些常用技术。

二、颗粒物采样方法颗粒物是固定污染源排放中的常见污染物之一，它们对空气质量和健康产生重大影响。

以下是几种常用的颗粒物采样方法：1. 高体积采样法高体积采样法是目前应用广泛的一种颗粒物采样方法。

它通过一个大面积的滤膜将空气中的颗粒物捕集下来，并采用抽真空的方式使空气通过滤膜。

该方法采样量大，适用于长期监测和颗粒物来源分析。

2. 空气动力学采样法空气动力学采样法基于颗粒物在气流中的运动原理，通过将采样气流引向样品收集器，利用气流动力学的作用使颗粒物沉积下来。

该方法适用于颗粒物浓度较高的情况，采集效率较高。

3. 冲击颗粒物采样法冲击颗粒物采样法是一种利用采样头对颗粒物进行冲击撞击，使其附着在采样板上的方法。

该方法采样过程简单，适用于大气中颗粒物浓度较低的情况。

三、气态污染物采样方法与颗粒物不同，气态污染物主要以气体的形式存在于固定污染源的排气中。

以下是几种常用的气态污染物采样方法：1. 吸附管采样法吸附管采样法是一种常用的气态污染物采样方法，它利用吸附剂吸附气态污染物，并将吸附剂送至实验室进行分析。

不同种类的吸附剂可以选择不同的气态污染物进行采样。

2. 均质采样法均质采样法通过将采样气体经过均质器，使气态污染物均匀地分布在整个采样气流中。

该方法适用于需要对气态污染物进行均匀分布采样的情况。

3. 免净器采样法免净器采样法是一种通过过滤物理吸附或化学吸附来去除气态污染物的方法。

该方法使用过滤介质或吸附剂进行采样，在气流经过后将气态污染物滞留在过滤介质或吸附剂上。

四、结论固定污染源排气中颗粒物和气态污染物的采样方法是研究和管理污染源的重要手段。

实验一、环境空气中颗粒物（TSP或PM10）的测定一、实验目的1．掌握环境空气中颗粒物的测定原理及测定方法。

2．掌握颗粒物采样器的基本操作。

二、实验原理TSP测定原理：通过具有一定切割特性的采样器以恒速抽取定量体积的空气，使之通过已恒重的滤膜，空气中粒径小于100μm的悬浮微粒被截留在滤膜上。

根据采样前后滤膜质量之差及采样体积，即可计算总悬浮颗粒物的浓度。

PM10测定原理：使一定体积的空气，通过带有PM10切割器的采样器，粒径小于10μm的可吸入颗粒物随气流经分离器的出口被截留在已恒重的滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差及采样体积，即可计算出可吸入颗粒物浓度。

三、仪器和试剂（1）采样器，带TSP或PM10切割器。

（2）X光看片器用于检查滤料有无缺损或异物。

（3）打号机用于在滤料上打印编号。

（4）干燥器容器能平展放置200mm×250mm滤料的玻璃干燥器，底层放变色硅胶，滤料在采样前和采样后均放在其中，平衡后再称量。

（5）竹制或骨制品的镊子用于夹取滤料。

（6）滤料本法所用滤料有二种，规格均为200mm×250mm。

其一为“49”型超细玻璃纤维滤纸（简称滤纸），对直径0.3μm的悬浮粒子的阻留率大于99.99%；其二为孔径0.4～0.65μm和0.8μm有机微孔滤膜（简称滤膜）。

（7）烘箱。

（8）分析天平。

四、操作步骤1．滤料的准备（1）采样用的每张滤纸或滤膜均须用X光看片器对着光仔细检查。

不可使用有针孔或有任何缺陷的滤料采样。

然后，将滤料打印编号，号码打印在滤料两个对角上。

（2）清洁的玻璃纤维滤纸或滤膜在称重前应放在天平室的干燥器中平衡24h。

滤纸或滤膜平衡和称量时，天平室温度在20～25℃之间，温差变化小于±3℃；相对湿度小于50%，相对湿度的变化小于5%。

（3）称量前，要用2～5g标准砝码检验分析天平的准确度，砝码的标准值与称量值的差不应大于±0.5mg。

大气颗粒物采样器原理
大气颗粒物采样器是用于收集大气中的颗粒物，以便分析颗粒物的组成和浓度的仪器。

其工作原理可以简要概括为以下几个步骤：
1. 空气引入：大气颗粒物采样器通常通过一个进气口将环境空气引入到采样器中。

进气口通常带有一个过滤器，以防止较大的颗粒物进入采样器内部，从而保护采样装置。

2. 分离：引入的空气在采样器内部经过一系列的分离装置。

其中最常用的分离装置是采样头旁流器或撞击器。

这些装置可以将空气中的颗粒物与气态物质分离开来。

3. 采集：一旦颗粒物与气态物质被分离开来，颗粒物需要被采集并收集起来。

采样器通常使用一种或多种采集介质，如过滤器或沉积器，来捕捉颗粒物。

这些采集介质可以是具有特定颗粒物捕捉能力的材料。

4. 测量：采集的颗粒物需要进行后续的测量和分析。

常用的方法包括重量法、显微镜观察和化学分析等。

这些方法可以确定颗粒物的质量、分布和化学成分等信息。

需要注意的是，不同的大气颗粒物采样器可能会使用不同的原理和采样方式，但基本的工作原理通常是相似的。

最终采集到的颗粒物样品可以用于环境污染监测、健康影响研究、大气模型验证等领域。

环境大气颗粒物的测定原理环境大气颗粒物的测定原理是通过采集大气中的颗粒物样品，然后利用不同的分析方法来确定其质量浓度和组成。

大气颗粒物主要包括可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5），其测定原理有以下几种方法：1. 重量法：重量法是最常用的测定大气颗粒物质量浓度的方法。

该方法是将空气中的颗粒物通过采样器收集在滤膜上，然后将滤膜放入称量器中进行称重，通过测量滤膜的质量变化来确定颗粒物的质量浓度。

重量法适用于测定PM10和PM2.5的质量浓度，但无法确定颗粒物的化学组成。

2. 光学法：光学法是一种基于颗粒物对光的散射和吸收特性进行测定的方法。

常用的光学法包括激光散射法和激光吸收法。

激光散射法利用激光束与颗粒物发生散射，通过测量散射光的强度来确定颗粒物的浓度。

激光吸收法则是利用颗粒物对激光光束的吸收特性进行测定。

光学法适用于测定颗粒物的质量浓度和粒径分布，但对颗粒物的化学组成无法确定。

3. X射线荧光光谱法：X射线荧光光谱法是一种通过颗粒物中元素的特征X射线荧光来测定其化学组成的方法。

该方法将颗粒物样品暴露在X射线束中，颗粒物中的元素吸收X射线后会发射出特定的荧光信号，通过测量荧光信号的强度和能量来确定颗粒物中各元素的含量。

X射线荧光光谱法适用于测定颗粒物的化学组成，但对颗粒物的质量浓度和粒径分布无法确定。

4. 电子显微镜法：电子显微镜法是一种通过电子显微镜观察颗粒物的形态和结构来确定其组成和来源的方法。

该方法将颗粒物样品放入电子显微镜中，利用电子束与颗粒物相互作用产生的信号来观察颗粒物的形貌、晶体结构和元素分布情况。

电子显微镜法适用于测定颗粒物的形态、组成和来源，但对颗粒物的质量浓度和粒径分布无法确定。

综上所述，环境大气颗粒物的测定原理主要包括重量法、光学法、X射线荧光光谱法和电子显微镜法。

不同的测定方法适用于不同的测定目的，可以综合应用来获取更全面的颗粒物信息。

大气颗粒物检测方法及发展趋势分析摘要：如何有效地探测大气中颗粒物浓度，从而准确地判定大气中的颗粒物浓度，是目前大气污染防治的一种重要方法，本文对大气中颗粒物的探测技术及其发展方向作了较为详细的分析与探讨。

关键词：大气颗粒物；检测方式；发展趋势；引言当前，基于不同原理的颗粒物浓度探测技术在国内大气环境探测领域被广泛采用，且不同探测技术在实际探测结果上具有很强的可比性，并着重分析了不同检测方法对大气中颗粒物的影响，近几年来，随着大气环境学科的不断深入，对大气中颗粒物的检测手段也日趋多元化，因此，颗粒物作为一种新型的污染物，将是当前大气环境研究的热点之一。

1.大气颗粒物浓度及测试分类大气中悬浮颗粒物（SPM）是对大气中颗粒物的统称，可分为一次污染物和二次污染物，一次污染物为直接排放到大气中的颗粒物，其粒径通常为1~20微米，大部分大于2.5微米以上；二次污染物粒子很小，粒径从0.01微米到1.0微米，在大气中的气态污染物之间及气态污染物与尘粒之间，相互会发生化学反应或者光化学反应，大气中的颗粒物按其粒径被分开来命名，在这些污染物中，大气细颗粒物（TSP）、可吸入细颗粒物（PM10）和肺细颗粒物（PM2.5）因其对环境有较大影响而备受关注。

大气中颗粒物的浓度可以划分为个数浓度、质量浓度和相对质量浓度，个数浓度指的是每一单位体积的大气中含有的颗粒的数量所代表的浓度值，其单位为粒/cm3或粒/L，广泛应用于大气净化技术，如无尘室内、超净作业场所等，也广泛应用于气象科学、大气科学等领域；质量浓度以mg/m3或微克/m3表示，它是以单位体积空气中含有的颗粒物质量为单位，而相对质量浓度则是相对于颗粒的绝对浓度而言的物理量，作为相对浓度使用的物理量包括光散射量、放射线吸收量、静电荷量、石英振子频率变化量等。

2.个数浓度的测定方法2.1化学微孔滤膜显微镜计数法化学微孔薄膜显微术是目前常用的一种测量方法，可用于洁净条件下的尘埃浓度，这是其中一种最基本的方法，用过滤薄膜显微镜来计算和测定水中的浓度，化学微孔薄膜显微术计算方法的具体应用方式如下：首先，将粒子聚集在过滤器表面；其次，使用显微镜，使过滤后的物质变得透明；第三步，观察计数。

大气颗粒物化学组成分析技术摘要大气颗粒物的化学组成非常复杂, 包括大量矿质氧化物、可溶性硫酸盐、硝酸盐、海盐、多环芳烃、有机酸和有机氯等。

大气颗粒物对局地、区域甚至全球大气辐射平衡、大气能见度和元素的生物化学循环具有重要影响, 危害人体健康。

化学组成是决定大气颗粒物各种环境效应的关键因素。

本文从大气颗粒物的化学组分的研究出发，阐述了离线技术和在线技术在颗粒物组分分析中的应用进展，对于采样技术、样品预处理技术进行了比较分析。

关键词大气颗粒物化学组成分析方法引言大气气溶胶(aerosol)是指空气动力学当量直径为0.001-100μm的固体或液体微粒均匀分散在空气中形成的分散体系。

其中, 分散相固体或液体微粒统称为大气颗粒物（APM)。

大气颗粒物根据粒径大小主要分为总悬浮颗粒物（TSP）、可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）3种。

由于大气颗粒物，特别是细颗粒物对人体健康和环境的潜在危害大，关于颗粒物的组成及来源解析方面的研究日益受到国内外重视[1-3]。

其中大气颗粒物的化学组成分析是评价其环境效应、气候效应和进行源解析以及建立有效控制措施的基础。

本文对近年来国内外大气颗粒物化学组成分析的研究进行了较详细的综述。

1 大气颗粒物的化学组分大气颗粒物的化学组分复杂，主要分为无机元素、水溶性离子、含碳组分3大类[4]。

无机元素包括Ca、Fe、Al、Si、Ti、Ni、P、K、V、S、As、Cu、Pb、Zn、Se、Br、Cr、Hg等。

水溶性离子主要有Mg2+、Ca2+、NH4+、F-、SO42-、NO3-等，其中Mg2+、Ca2+主要来源于土壤和植物燃烧，F- 主要来源于工业排放，SO42-主要来源于工业排放和汽车尾气，NO3-主要来源于化工燃料燃烧，NH4+主要来源于畜牧业和化肥的利用。

1.1大气颗粒物化学组成分析方法化学组成分析的一般流程为:sampling→pretreatment→determining，依据三者的关系,化学组成分析可分为离线分析和在线分析。

颗粒物采样仪器的工作原理与使用方法近年来，随着环境污染问题的日益严重，颗粒物的监测成为了一项重要的任务。

而颗粒物采样仪器作为监测颗粒物浓度和粒径分布的重要工具，其工作原理和使用方法备受关注。

本文将介绍颗粒物采样仪器的工作原理和使用方法，并探讨其在环境监测中的应用。

一、工作原理颗粒物采样仪器的工作原理主要基于颗粒物的物理特性。

颗粒物主要包括悬浮颗粒物和沉降颗粒物两种类型，其粒径范围从纳米到微米不等。

颗粒物采样仪器通过一系列的物理过程，将空气中的颗粒物捕集并测量其浓度和粒径分布。

首先，颗粒物采样仪器通过一个进气口将空气引入到采样室。

采样室内通常设置有滤膜或滤芯，用于捕集颗粒物。

这些滤膜或滤芯具有不同的孔径大小，可以根据需要选择合适的过滤介质。

接下来，空气中的颗粒物在滤膜或滤芯上沉积下来，形成颗粒物的沉积层。

颗粒物的沉积速率与其粒径有关，一般来说，粒径较大的颗粒物沉积速率较快，而粒径较小的颗粒物沉积速率较慢。

然后，颗粒物采样仪器使用一种适合的方法将沉积在滤膜或滤芯上的颗粒物转移到测量装置中。

常见的方法包括超声震荡、机械振动和气流冲击等。

最后，颗粒物采样仪器通过一种合适的方法对捕集到的颗粒物进行浓度和粒径分布的测量。

常见的测量方法包括重量法、光学法和电学法等。

其中，重量法是最常用的方法，通过称量滤膜或滤芯的质量变化来计算颗粒物的浓度。

二、使用方法颗粒物采样仪器的使用方法主要包括采样前的准备工作和采样过程的操作。

首先，需要准备好合适的滤膜或滤芯，并按照仪器的要求进行更换。

滤膜或滤芯的选择应根据所需监测的颗粒物类型和粒径范围来确定。

接下来，需要将颗粒物采样仪器放置在适当的位置，并接通电源。

在采样过程中，应尽量避免仪器受到外界干扰，保证采样的准确性和可靠性。

然后，根据监测需求设置采样时间和采样流量。

采样时间的选择应根据监测任务的要求来确定，一般情况下，采样时间越长，所得到的数据越准确。

采样流量的设置应根据仪器的要求进行调整，以保证颗粒物的捕集效率。

大气颗粒物分析标准大气颗粒物是指悬浮在大气中的微小颗粒物质，包括可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）等。

它们对空气质量和人体健康都具有重要影响，因此对大气颗粒物进行准确的分析和监测至关重要。

为了保障环境质量和人民健康，各国都制定了相应的大气颗粒物分析标准，以便对大气颗粒物进行监测和评估。

首先，大气颗粒物的分析标准主要包括采样、分析方法和质量控制要求。

采样是指收集大气颗粒物样品的过程，常用的方法包括高体积采样、低体积采样和筛分采样等。

而分析方法则是指对采集到的样品进行颗粒物浓度和化学成分等方面的分析，包括重量法、光学法、化学分析法等。

此外，质量控制要求则是保证分析结果准确可靠的关键，包括质量保证、质量控制和质量评价等方面的要求。

其次，大气颗粒物分析标准还涉及到监测设备和标准化管理。

监测设备的选择和维护对于保证监测数据的准确性至关重要，各国都会制定相应的设备标准和维护要求。

同时，标准化管理也是大气颗粒物分析的重要环节，包括标准的制定、实施和监督等方面，以确保分析工作的规范和一致性。

最后，大气颗粒物分析标准的制定和实施对于环境保护和健康监测具有重要意义。

通过严格执行分析标准，可以及时发现大气颗粒物超标情况，采取有效措施减少污染物排放，保障空气质量。

同时，科学的分析标准也有利于开展大气颗粒物来源解析和影响评估，为环境政策制定和健康风险评估提供科学依据。

综上所述，大气颗粒物分析标准对于环境保护和健康监测具有重要意义，各国都应该根据实际情况不断完善和更新相关标准，以确保大气颗粒物分析工作的准确性和可靠性。

只有通过科学规范的分析标准，才能更好地保护环境、维护健康，实现可持续发展的目标。

1 空气颗粒物概述20世纪50年代前后在世界上不同地区的城市中发生了几起著名的空气污染事件，如1944年的洛杉矶烟雾事件、1952年的伦敦烟雾事件和1961年四日市哮喘病事件，这些都是空气污染物在短时间内大量增加导致的。

空气颗粒物是环境空气的重要污染物之一，空气颗粒物不是一种单一成分的空气污染物，而是由许多人为或自然污染源排放的大量化学物质所组成的一种复杂的大气污染物，其中既有污染源直接排出的颗粒物（称为一次颗粒物，Primary Particles），也有气态污染物在大气中经过冷凝或复杂的化学反应而生成的颗粒物（称为二次颗粒物，Secondary Particles）。

1.1 空气颗粒物的粒径分布对大气中颗粒的划分通常是以空气动力学直径为基础的，根据其粒径大小，又可分为总悬浮颗粒物TSP（空气动力学直径小于或等于100μm）和可吸入颗粒物（空气动力学直径小于或等于10μm）。

可吸入颗粒物又可分为细颗粒物PM2.5（空气动力学直径小于或等于2.5μm）和粗颗粒物PM10（空气动力学直径介于2.5μm至10μm）。

图1 空气颗粒物的三模态分布空气颗粒物的来源和形成过程、在大气中的迁移转化、输送和清除过程及其物理化学性质均与粒径有着直接的关系。

空气颗粒物通常呈三模态分布，即粒径小于0.08μm的爱根（Aitken）核模态、粒径0.08μm～2μm的积聚模态（Accumulation mode）和粒径大于2μm的粗粒子模态（Coarse particle mode）。

粗粒子模态的颗粒物主要是由工业源与生活源燃烧排放、机械粉碎过程和交通运输等产生的一次颗粒物和各种自然界产生的颗粒物组成。

这部分颗粒物是构成空气颗粒物的体积浓度和质量浓度的主体，由于重力沉降作用大而在大气中存在的时间不长。

爱根核模态颗粒物也称为超细颗粒物（Superfine particles），主要是由污染气体经过复杂的大气化学反应转化而成，或者由高温下排放的过饱和气态物质冷凝而成，也有少量来自于自然界和人为源直接排放。

TSP颗粒物采样器的特点及适用TSP（Total Suspended Particles）颗粒物采样器是一种用于采集大气中总悬浮颗粒物的仪器。

它的主要特点如下：1.采样范围广：TSP颗粒物采样器可以采集直径小于100微米的悬浮颗粒物，适用于采集各种尺寸的颗粒物，包括细颗粒物（PM2.5和PM10）和粗颗粒物。

2.采样量大：TSP颗粒物采样器的采样流量通常为16.7升/分钟，可采集更多的颗粒物样品，具有较高的采样效率。

3.采样时间长：TSP颗粒物采样器的采样时间通常为24小时或更长，可以获得代表性的颗粒物样品，用于分析和监测。

4.采样方法简单：TSP颗粒物采样器通常使用过滤纸或其他类型的采样介质作为颗粒物的捕集剂，操作简单，不需要复杂的采样装置和处理流程。

5.适用范围广：TSP颗粒物采样器广泛适用于大气环境监测、工业控制、卫生监测等领域，可以用于测量室内和室外环境的悬浮颗粒物浓度，评估空气质量和污染程度。

1.大气环境监测：TSP颗粒物采样器可以用于监测大气中的总悬浮颗粒物浓度，包括尘土颗粒、烟雾颗粒、车辆尾气排放颗粒等，用于评估空气质量和研究气溶胶分布规律。

2.工业控制：TSP颗粒物采样器可以用于检测工业废气中的颗粒物浓度，监测工业过程中的粉尘排放，以及评估工作场所的空气质量，为工业生产的环境保护和卫生安全提供数据支持。

3.卫生监测：TSP颗粒物采样器可用于评估室内空气质量、居民生活环境中颗粒物的污染状况，包括室内烟尘、室内装修材料释放的有害颗粒、煤炉烟气等，为改善室内环境和保护居民健康提供参考。

总之，TSP颗粒物采样器具有采样范围广、采样量大、采样时间长、采样方法简单的特点，适用于大气环境监测、工业控制、卫生监测等领域，为评估空气质量、控制污染和保护健康提供数据支持。

大气颗粒物采样器采样步骤采样器工作原理大气颗粒物采样器应用滤膜称重法捕集环境大气中的总悬浮微粒（TSP）、可吸入微粒（PM10）及细颗粒物（PM2.5）。

该仪器采用进口风机，是我公司新推出的超静音、超低功耗、超轻便型采样器，可用气溶胶的常规监测。

仪器内置GPRS无线传输模块，可通过互联网远程实时监控仪器工作状态，实现仪器的运行状态和安全的全程监控，使样品具有可追溯性，规范质控管理。

原理：使一定体积的空气恒速通过已知质量的滤膜时，悬浮于空气中的颗粒物被阻留在滤膜上，根据滤膜增加的质量和通过滤膜的空气体积，确定空气中总悬浮颗粒物的质量浓度，并可用于测定颗粒物中的金属、无机盐及有机污染物等成分。

大气颗粒物采样器采样步骤1、干燥、避阳处，将仪器放置平稳或放置在三角支架上。

2、将采样滤膜装进TSP采样头里面并正确的组装采样头，再将其拧紧在采样器上。

3、确认电源为交流220V后，接通电源线，打开电源开关；或者直接使用内置锂电池开机，查看采样器自检时有没有错误提示，若有，请排除后再使用。

4、在菜单选择状态时，按左键可以循环选中菜单；按右键执行选中的菜单功能；按取消键退回到上一级菜单。

5、参数修改时，按、键有循环移位功能，可以选中需要修改的位；按、键可以对选中的位进行在0～9之间循环修改；按键确认修改好的数字；若取消本次修改操作，则按键，原数据保持不变。

大气采样器故障改怎么解决大气采样器在遇到故障时应该如何解决：1、流量偏低(噪声大)仪器的实际流量偏低(与设定流量不符)，且调节面板“流量校正”不起作用。

仪器的泵的工作声音不平和、尖锐刺耳，查看真空泵累计工作时间，如果达到或超过600h，配用有刷电机的泵可能是碳刷磨损严重，排除方法是更换碳刷。

更换碳刷时可将仪器外壳打开，旋下电机筒上的紧固螺丝，将电机提出电机筒，熔断电机上旧碳刷的接点，将新碳刷小心塞入旧碳刷的位置，并焊接好接点，原样装好电机，不带滤膜空转6h，以磨合碳刷。

空气质量测量实验中的颗粒物浓度采样技术空气质量是一个关乎人类健康与生存的重要指标，而颗粒物浓度作为衡量空气质量的重要参数之一，其精准测量对于我们更好地了解和改善环境质量至关重要。

本文将重点探讨空气质量测量实验中的颗粒物浓度采样技术，包括主要的采样方法以及各种实验常用的仪器仪表。

一、颗粒物浓度的采样方法颗粒物浓度采样方法可以分为质量、数量和光学方法。

质量方法是通过尺寸分离器或重量分析法，根据颗粒物质量的不同来测量其浓度。

数量方法则通过颗粒物计数器，根据颗粒物数量来测量其浓度。

光学方法则是利用颗粒物对光的散射或吸收特性，通过烟雾颗粒物仪、激光粒度分析仪等仪器来测量颗粒物浓度。

二、常用仪器仪表及测量原理1. 空气质量采样器：空气质量采样器是最常见的颗粒物浓度采样仪器，它通过空气进入采样头，颗粒物被吸附在滤膜上。

通过称量滤膜前后的重量差，可测得颗粒物质量浓度。

这种方法适用于采样时间较短、吸附量较少的情况。

2. 电动力学计数器：电动力学计数器是一种主要用于颗粒物数量测量的仪器。

它通过对空气中的颗粒进行电带电，然后通过测量颗粒在电场中的运动速度来获得颗粒物数量浓度。

该仪器适用于连续监测和长时间采样。

3. 烟雾颗粒物仪：烟雾颗粒物仪是一种光学方法测量颗粒物浓度的仪器。

它通过照射空气中的颗粒物，利用颗粒物对光的散射特性来测量颗粒物数量浓度。

这种仪器通常用于应急监测和户外环境检测。

三、颗粒物浓度采样技术的应用与发展颗粒物浓度采样技术在环境监测、室内空气质量检测、工业生产等领域得到了广泛应用。

在环境监测中，颗粒物浓度采样技术可以帮助我们更好地了解大气中颗粒物的来源、变化趋势和对人体健康的影响，从而制定相应的环境保护措施。

在室内空气质量检测中，颗粒物浓度采样技术可以帮助我们评估室内空气的清洁程度，指导室内通风和筛选空气净化设备。

在工业生产中，颗粒物浓度采样技术可以帮助我们监测生产过程中产生的粉尘和颗粒物排放情况，保障工人和环境的健康安全。

颗粒物采样器的采样步骤阐述颗粒物是空气中悬浮颗粒物质的总称，具有直径小于或等于 10 微米的颗粒物被称为 PM10，直径小于或等于 2.5 微米的颗粒物被称为 PM2.5。

颗粒物的来源包括工业排放、机动车尾气、燃料燃烧、道路尘埃、建筑工地等，它们不仅对人类健康产生影响，还会导致环境污染。

颗粒物采样器是一种用于测量颗粒物浓度的仪器，它通过采集空气中的颗粒物样本并进行分析来测量颗粒物的浓度。

本文将介绍颗粒物采样器的采样步骤。

步骤一：设定采样时间和流量在启动颗粒物采样器之前，首先需要设定采样时间和采样流量。

采样时间的设定要根据所需测量的颗粒物的种类和环境场所的不同而变化，一般为 24 小时或 8小时。

采样流量也是根据实际情况决定的，一般为 2.3 升/分钟或 3.0 升/分钟。

流量可以通过仪表调节。

步骤二：准备采样器在进行采样前，需要对颗粒物采样器进行准备工作。

首先，将采样器置于横平面上，并检查仪器是否处于稳定状态。

然后，打开采样器，检查滤膜和流量计是否正常运转。

步骤三：采样器安装将准备好的采样器安装在采样点上，通常采样点的高度为 1.5 米到 2 米，距地面有一定的距离。

如采样空气室内，则应将采样器放置在房间中央。

步骤四：开始采样在设定完采样时间，准备好采样器后，可以按下采样开始按钮，启动采样。

在采样过程中，应检查采样时间和流量是否正常，以保证采样结果的准确性。

同时，还需要确保采样点周围没有人员行走和撞击等可能影响采样结果的情况发生。

步骤五：采样结束当采样时间到达设定的时间后，颗粒物采样器会自动停止。

此时，需要将采样器取下并关闭采样器，然后将采样器中的滤膜取出进行分析，获得颗粒物浓度的结果。

总结颗粒物采样器的采样步骤包括设定采样时间和流量、准备采样器、采样器安装、开始采样和采样结束等步骤。

在操作颗粒物采样器时，需要注意流量和时间等参数的设定与检查，以确保采样结果的准确性。

在采样点的布置上，需要注意采样器的高度和周围环境的情况，以确保采样结果的代表性和准确性。

基于环境监测中大气采样技术分析随着城市化进程的加快和工业化程度的不断提高，大气污染已成为一个严重的环境问题。

为了及时监测大气中的污染物浓度，及早采取有效的治理措施，环境监测中的大气采样技术显得尤为重要。

本文将对基于环境监测中大气采样技术进行分析，探讨其技术原理、应用场景及发展趋势。

一、技术原理环境监测中大气采样技术的主要原理是通过采集大气中的气体和颗粒物样品，再对样品进行分析，得出大气中污染物的浓度和成分。

大气采样技术可以分为主动采样和被动采样两种方式。

主动采样是指利用气泵等设备主动抽取大气中的气体或颗粒物样品，将其导入到分析装置中进行分析。

主动采样的优点是采样过程可控，可以获取高质量的样品，但缺点是需要设备和能源支持，成本较高。

被动采样则是利用化学反应或生物过程 passively 收集大气样品，无需外界能源，成本较低，但样品质量和采样时间较难控制。

常见的大气采样技术包括气体采样和颗粒物采样。

气体采样通常采用气体采样瓶或吸附管进行，通过控制气体流速和采样时间来获取目标气体的浓度。

颗粒物采样则可以利用滤膜或电静力系等技术，将大气中的颗粒物捕获到滤膜上或通过电场效应捕获颗粒物。

二、应用场景大气采样技术在环境监测中有着广泛的应用场景。

大气采样技术可用于监测大气中的污染物浓度，包括二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机化合物等。

这些污染物是大气污染的主要来源，监测其浓度可以帮助政府和企业了解大气环境质量状况，及时制定相应的减排政策。

大气采样技术还可以用于监测大气中的微生物和颗粒物等。

微生物是大气中的重要组成部分，对于疾病的传播和大气生物地球化学过程有着重要影响。

颗粒物则是大气中的悬浮颗粒物，也是人为和自然源污染物的主要载体，监测其浓度和成分可以为大气重金属和有机物的来源提供参考。

三、发展趋势随着环境监测技术的不断发展，大气采样技术也在不断更新和完善。

未来，随着传感器技术的发展，无人机和卫星遥感技术的应用，大气采样技术将实现自动化和远程监测，大幅提高监测效率和准确性。

环保行业中大气颗粒物监测技术的使用方法随着现代工业化的快速发展，大气污染已经成为全球环境面临的重大问题之一。

其中，大气颗粒物是空气污染最主要的组成部分之一。

因此，对于环保行业来说，准确监测和控制大气颗粒物的浓度至关重要。

本文将重点介绍环保行业中大气颗粒物监测技术的使用方法。

首先，了解大气颗粒物监测技术的基本原理和分类。

大气颗粒物监测技术主要分为直接监测方法和间接监测方法两种。

直接监测方法主要通过采样仪器直接收集和测量空气中的颗粒物，包括质量浓度法、数量浓度法和直径分布法等。

而间接监测方法则是通过测量与颗粒物污染相关的气体浓度或其他物理参数来间接推断颗粒物浓度。

其次，关注大气颗粒物监测技术的应用领域。

大气颗粒物监测技术在环保行业中的广泛应用，主要涉及以下几个方面。

首先是环境监测和评估。

通过监测大气颗粒物的浓度和成分，可以评估环境中的空气质量，为环境规划和保护提供科学依据。

其次是工业排放监测。

通过监测工业生产过程中产生的颗粒物排放浓度，可以控制工业源污染，减少对环境的影响。

此外，大气颗粒物监测技术还广泛应用于健康影响评估、气象预报、科学研究等领域。

接下来，介绍大气颗粒物监测技术的具体使用方法。

首先是采样方法。

根据监测目的和需求，可以选择不同的采样方法。

常见的采样方法包括高体积采样法、低体积采样法和连续监测法。

高体积采样法适用于精确测量大气颗粒物的质量浓度；低体积采样法则适用于长时间监测和快速检测；连续监测法则可提供更准确的数据。

其次是分析方法。

采样到的颗粒物样品需要进行分析，以确定颗粒物的成分和浓度。

分析方法主要包括物理方法、化学方法和生物方法。

物理方法适用于颗粒物的形状和大小分析；化学方法则可以确定颗粒物的化学成分；生物方法主要通过生物标志物进行颗粒物来源和健康风险评估。

最后是数据处理和解释。

大气颗粒物监测所得的数据需要经过处理和解释，以便更好地理解和利用这些数据。

常用的数据处理方法包括数据清洗、数据校准、数据筛选和数据可视化等。

空气中总悬浮颗粒物样品的采集与测定——滤膜采集：重量法姓名：班级：环工091 组别：第1组指导教师：郭送军1.实验概述1.实验意义和目的总悬浮颗粒物（Total Suspended particulates,简称TSP）是指在一定空气体积中，被空气悬浮的全部颗粒物。

粒径范围0.01um—100um。

常用单位体积内颗粒物总量或总数来表示。

空气中悬浮颗粒物不仅是严重危害人体健康的主要污染物，而且也是气态、液态污染物的载体，其成分复杂，并具有特殊的理化特性，是空气污染监测的重要项目之一。

测定方法有滤膜捕集—重量法、β射线法、振荡天平法等。

清洁的空气是人类和生物赖以生存的环境要素之一，随着工业及交通运输等事业的迅速发展，特别是煤和石油的大量使用，将产生的大量有害物质排放到空气中，当其浓度超过环境所能允许的极限并持续一定时间后，就会改变空气的正常组成，破坏自然的物理、化学和生态平衡体系，从而危害人们的生活、工作和健康，损害自然资源及财产、物品等。

因此，对空气污染进行监测是十分必要的。

在这里我们选做了TSP的采集与测定实验，希望能够掌握大气中悬浮颗粒物的测定原理及测定方法，掌握中流量TSP采样器基本技术及采样方法。

2.实验原理通过具有一定切割特性的采样器，以恒速抽取定量体积的空气，使空气汇总粒径小于100um的悬浮颗粒被阻留在已恒重的滤膜上。

根据采样前、后滤膜重量之差及采集的气体体积，即可计算TSP的质量浓度（mg/m3）。

检测限为0.001 mg/m3。

实验注意事项1.滤膜上积尘较多或电源电压变化时，采样流量会有波动，应随时注意检查和调节流量2.抽气动力和排气口应放在滤膜采样夹的下风口，必要时将排气口垫高，以避免排气将地面尘土扬起。

3.称量不带衬纸的过氯乙烯滤膜时，在取放滤膜时，用金属镊子触一下天平盘，以消除静电的影响。

4.实验仪器（1）大流量或中流量采样器（带切割器）（2）大流量孔口流量计（3）滤膜：超细玻璃纤维滤膜（4）滤膜保存盒：用于存放、运输滤膜，保证滤膜在采样前处于平展状态（5）滤膜袋：用于存放采样后对折的滤膜（6）恒温恒湿箱：控温精度±1℃，相对湿度控制在（50±5）％（7）X光看片机：用于检查滤膜有无损坏（8）分析天平2.实验内容5.实验步骤（1）滤膜准备每张滤膜在采样前均需用X光看片机进行检查，不得有针孔或任何缺陷。

颗粒粒径检测技术应用研究进展张宇萌㊀陈显莹㊀张㊀洋㊀王岩磊㊀王㊀博∗(兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室甘肃省细颗粒物污染控制技术与装备工程研究中心,兰州730000)摘要:颗粒态物质的尺寸测量研究在环境㊁能源㊁材料㊁化工等领域中变得越来越重要,相关的技术和仪器正在不断地开发和改进,以满足当前研究和工业应用对精度和其它方面的要求㊂将粒径测量技术分为采样法和非采样法两种,重点调研了目前广泛应用的非取样法检测技术,包括单颗粒光散射粒径测量法㊁激光干涉成像法㊁激光粒度法㊁激光空气动力学法㊁超声法㊁激光相位多普勒法和图像法㊂全面总结比较了原理组成㊁量程㊁优劣势等特点,同时也回顾了在研究和实际应用中发挥的作用,并分析了在环境监测和细颗粒物研究领域的应用潜力㊂关键词:细颗粒;气溶胶;粒径检测;非采样法;环境监测REVIEW OF METHODS AND APPLICATIONS OF THE PARTICLE SIZEMEASUREMENT TECHNOLOGIESZhang Yumeng㊀Chen Xianying㊀Zhang Yang㊀Wang Yanlei㊀Wang Bo ∗(Gansu Engineering Center of Technology and Equipment for Fine Particles Pollution Control,Key Laboratory ofWestern China s Environmental Systems,Ministry of Education,College of Earth and Environmental Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China)Abstract :Particle size measurement technology is becoming more and more significant in the fields of environment,energy,materials,chemical industry and so on.Consequently,technologies and instruments are constantly developed and improved tomeet the requirements of current research and industrial application on precision and other aspects.In this paper,the particlesize measurement technologies were divided into sampling method and non-sampling method,in addition the widely used non-sampling method was mainly investigated,including single-particle light-scattering method,laser interference imaging method,laser particle size method,laser aerodynamic method,ultrasonic method,laser phase doppler technology and image method.Furthermore,a comprehensive summary which compared their principle composition,measurement range,advantages were presented,as well their applications in research and industrial fields.These measurement technologies would play an essential role in the future research of fine particle control and environmental protection.Keywords :fine particle;aerosol;size measurement;non-sampling method;environment monitoring㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2020-03-10基金项目:甘肃省重点研发项目(18YF1GA103-2018);中央高校基本科研业务费项目(lzujbky-2019-it29)㊂第一作者:张宇萌(1993-),男,博士,主要研究方向为大气颗粒物治理技术㊂zhangym2015@∗通信作者:王博(1978-),男,博士,教授,主要研究方向为大气污染控制以及旋流分离工程㊂wangbo@0㊀引㊀言颗粒状的物质在人们生活生产中随处可见,固相颗粒包括自然界中的沙土㊁灰尘㊁气溶胶以及生产的药物㊁催化剂等各种各样的粉末颗粒,液相颗粒如雨滴㊁喷雾等,气相颗粒如空穴㊁气泡等㊂颗粒在环境㊁能源㊁材料㊁化工等领域中的作用至关重要,对其检测的研究也受到了众多学者的关注㊂颗粒相的测量参数主要有3类,1)颗粒粒径㊁位置㊁形貌等几何参数;2)速度㊁加速度等运动参数;3)温度㊁浓度等热力学参数[1]㊂其中,颗粒粒径是最为关键的参数之一[2,3]㊂至今已经有很多粒径测量方法被提出㊂按照测量方式,可以将其分为取样法以及非取样法两大类,具体分类及技术如图1所示㊂取样法需要将颗粒物采样后再进行粒度检测,这些方法都存在需要先行收集颗粒的缺点,这无疑破坏了颗粒的流动状态,可能存在误差,而且不能用于液滴㊁气泡等颗粒状物质的粒度检测㊂相比之下,非采样法可以在环境中直接检测颗粒㊂本文就主流的非采样粒度检测法进行介绍,包括原理㊁应用以及近些年的发展和研究,总结对比其优势及局限性,并展望粒度检测设备发展的方向和前景㊂图1㊀颗粒粒度检测技术分类1㊀技术介绍1.1㊀单颗粒光散射粒径测量方法1)测量原理㊂单颗粒光散射粒径测量法利用光散射原理,通过测量颗粒物受光照射后所发出的散射光信号大小来测量颗粒的粒径分布和浓度,其组成和工作原理如图2所示㊂由于具有测量速度快㊁重复性好及适于在线测量等优点而被广泛应用㊂目前使用较广泛的产品有国产OPC-06㊁美国TSI 公司OPC 9500㊁美国TSI 公司OPS 3330等,这些设备都是采用激光作为光源,保证信号强度和灵敏度㊂图2㊀单颗粒光散射粒径测量法的组成和原理2)应用研究进展㊂最早的光散射法光学颗粒计数器,由白光照明可针对低浓度颗粒物进行数量和尺寸分布的测量[4]㊂随着激光等技术的进步,发展出了光学粒径谱仪等仪器,除了颗粒计数㊁粒径分布测量功能外,还能得出质量浓度㊂目前使用这些仪器的应用包括:海洋大气气溶胶粒子数浓度时空分布和粒径谱特征[5];空气中颗粒污染物粒径分布[6];洁净室洁净度级别评价[7];衡量除尘器的去除效率[8];激光烧蚀过程中粒径分布的演变[9]等㊂单颗粒光散射测量法可以方便㊁快速㊁准确的得到测量区域的粒径分布和数量浓度,但其粒径测量范围多在0.1~25μm,在上述研究中该仪器也常与其它不同量程的粒度分布测量方法联用㊂3)单颗粒光散射粒径测量法优势在于:①测量重复性好,对标准颗粒的测量重现性偏差可以限制在1%~2%;②测量速度快,一次测量可以在1min 内完成,实时性好㊂③智能化程度高,操作简单,且体积小,便于携带㊂劣势在于:①粒径检测量程小,一般为0.1~25μm;②需要对仪器进行周期性标定;③受环境湿度影响较大㊂1.2㊀激光干涉成像方法1)测量原理㊂激光干涉成像测量法是利用散射光的干涉图像,从中提取粒子信息,其装置和原理如图3所示㊂由于干涉测量主要依靠干涉粒子条纹图的频谱信息,而条纹数与照明光强无关,因此干涉测量方法要比基于强度的测量方法具有更高的测量精度㊂除此之外,激光干涉成像测量所用到的信息提取技术对图像处理速度较快,该技术对于颗粒的在线测量方面具有很大潜力㊂图3㊀激光干涉成像测量原理2)应用研究进展㊂激光干涉成像测量技术由于具有不干扰粒子场㊁测量精度高等特点,在粒子场的尺寸和速度测量领域得到了广泛的关注,包括平面Mie 散射干涉仪㊁干涉激光粒子尺寸成像技术㊁Mie 散射成像技术和平面粒子图像分析等㊂近些年来,利用其开展的研究领域主要包括对喷雾液滴[10]㊁气泡[11]㊁冰核[12]以及单个液滴蒸发[13]的测量㊂为了进一步实现粒子测量过程的优化,针对高浓度场测量等场景也开展了进一步的研究[14,15]㊂3)激光干涉成像测量技术优势在于:①可以直观地反映两相流流场的粒径在不同区域的分布规律;②能够精确到纳米;③具有在线测量潜力㊂劣势在于:①对传感器摆放角度有较高的要求;②图像信息提取的准确度会对高浓度粒子场的测量产生影响㊂因此,通过改进粒子信息提取算法来提高其测量精度是它在粒子场的粒径及分布的测量研究关键的技术问题之一㊂1.3㊀激光粒度法1)测试原理㊂激光衍射/散射测量技术也称为小角激光光散射测量技术,其原理是平行光照射到待测粒子群发生衍射现象,衍射散射光的强度分布与测量区域中被照射的粒子直径和粒子数有关,探测器接收散射光强度信号并传送给计算机,进而解出被测粒子的平均粒径及尺寸分布㊂激光粒度分析仪[16]就是根据该原理开发出来的㊂其基本结构如图4所示㊂图4㊀激光粒度分析仪的结构原理2)应用研究进展㊂激光粒度仪以激光作为探测光源,具有测量范围宽㊁测量速度快㊁非接触在线测量㊁重复性好等一系列优点,其中一些已经被商业仪器所采用,广泛应用于化工㊁制药㊁建筑㊁冶金㊁水文㊁地质等各个领域㊂激光粒度仪的国外厂商主要包括英国Malvern㊁德国Sympatec㊁美国Microtrac 以及英国XOPTIX 公司等㊂近几年,中国丹东百特㊁济南微纳㊁珠海欧美克,英国Malvern 和XOPTIX,美国PPS,德国Sympatec 等激光粒度仪厂家都推出了粉体在线激光粒度分析仪㊂3)激光粒度仪优势在于:①可实现从亚纳米到微米测量范围;②操作简便且测试速度快;③测量结果重复性和真实性好㊂劣势在于:①分辨率低;②校准困难㊂表1总结了目前使用较多的激光粒度仪型号和应用领域㊂未来激光粒度仪的发展趋势:一方面是提高测量准确度以及增强复杂信号的处理能力,另一方面则是提升仪器的智能化和模块化水平㊂1.4㊀激光空气动力学粒径检测法1)测试原理㊂在混有气溶胶颗粒的加速气流中,由于不同粒径颗粒的惯性不同,会产生不同的加速度㊂每个颗粒通过加速气流后进入已知间距的两束激光会产生两个连续的散射光信号,之后转换为电㊀㊀表1㊀国内外激光粒度分析仪对比品牌型号/系统测试范围/μm 测量方式应用领域英国Malvern MS20000.02~2000离线水文泥沙㊁地质土壤英国Malvern MS30000.01~3500丹东百特BT30000.01~3500英国XOPTIX TRUEWAY-XOPTIX 0.1~1100在线水泥㊁石油㊁化工㊁建材德国Sympatec MYTOS&TWISTE 0.25~3500在线工业粉尘㊁医药生产美国PPS 780online0.15~2500在线分散体在线粒径检测和监控济南微纳Winner73030.1~300在线水泥粉磨㊁分级生产过程丹东百特BT-online 0.1~1000在线食品㊁粉体㊁水泥㊁精细化工英国Malvern Insitec 0.5~1000在线制药㊁水泥㊁矿物㊁粉末涂料㊁金属粉末英国Malvern Spraytec 0.1~2500在线液体喷雾珠海欧美克DP-021~1500在线液体喷雾脉冲信号,这两个连续的电脉冲信号间隔即为颗粒的飞行时间㊂基于不同粒径的颗粒的飞行时间不同,可以得到每个颗粒的空气动力学粒径㊂激光空气动力学粒径检测法测量原理如图5所示,其可测粒径范围为0.5~20μm(空气动力学直径),0.37~20μm(光散射直径)㊂2)应用研究进展㊂目前具有代表性的空气动力学粒径谱仪为美国TSI 公司生产的APS 3321型空气动力学粒径谱仪㊂应用空气动力学粒径谱仪的研究主要包括气溶胶测量㊁环境毒理学以及便携式采样器图5㊀激光空气动力学粒径检测法组成和原理的研发,在气溶胶测量方面,空气动力学粒径谱仪受颗粒物的折射系和密度影响较小,相较于其他方法,可得到较为真实的粒子粒径分布和浓度[17]㊂在环境毒理学方面,对于如今广泛使用的工程纳米材料,研究其对于人体健康的影响[18],以及吸烟对于人体气管支气管的影响[19]㊂空气动力学粒径谱仪可以对于微小粒子做到有效的收集分析,得到精确数据,进而确定背景值以及实测值㊂3)空气动力学粒径谱仪优势在于:①测量结果受颗粒物折射率㊁密度㊁形状等因素较小;②粒径测量范围的高分辨率;③避免了米式震荡带来的干扰㊂劣势在于:①重叠事件干扰;②得到的是空气动力学直径,会影响得到的粒径数据准确性;③测量量测较小㊂1.5㊀超声法1)测试原理㊂声波在介质中传播时,其强度随传播距离的增加而逐渐减弱,这种现象被称为声衰减㊂超声波在传播过程中的能量损失主要包括吸收㊁热损失㊁粘性损失和声散射四种,超声法正是利用检测这些能量损失来测量颗粒性质,测量流程包括理论模型建立㊁衰减谱测量以及数据反演三个过程,示意如图6㊂范围为10nm~3000μm,可测最高浓度达70%㊂图6㊀超声法工作原理及声衰减主要机制2)应用研究进展㊂具有代表性的理论模型包括U.Riebel类比Beer-Lambert模型[20]和A.S.Dukhin 提出的耦合相模型[21]等㊂目前商用仪器主要包括英国Malvern-Ultrasizer,德国Sympatec-OPUS和美国Dispersion Technologies-DT100至DT500系列仪器㊂应用超声法的研究主要包括结晶过程监测㊁高浓度矿浆测试㊁纳米物质测试以及气溶胶测量等[22]㊂在测量高浓度两相流时,超声信号会随着尺寸㊁浓度和密度的变化而有很大衰减,为了获得更精确的测量结果,可以对声衰减理论模型进行修正[23]或者采用多次回波信号分析测量[24]等方式㊂此外,超声法粒径检测对于纳米物质的测量具有很好的适用性,可以检测粒径为10nm的颗粒物[25]㊂3)超声法优势在于:①可以实现高浓度颗粒的在线测量;②无需对样品稀释,避免了由此带来的团聚㊁污染等问题;③削弱颗粒形状对测量的影响;④可测粒径范围宽,无需标定㊂其劣势在于:①单次测量随机性比较大;②易受到噪声以及气泡的影响㊂③所采用的超高频宽带换能器制作困难,价格也比较昂贵㊂1.6㊀激光相位多普勒技术1)测试原理㊂激光相位多普勒粒子分析仪(PDPA)可以同时测量颗粒速度和粒径㊂测速通过检测差动多普勒频率,粒径测量则是根据米氏散射理论,采用相位差法,即把多个检测器采用不对称方法放置,将各检测器产生的信号进行比较,各检测器信号间呈现相位差,相位差与粒子直径成线性关系㊂PDPA的组成和工作原理如图7所示㊂测速范围是-100~600m/s,可测粒径范围是1~1000μm,此范围还可通过更换发射镜头加以扩大㊂图7㊀PDPA的组成和工作原理2)应用研究进展㊂PDPA仪器的发展已经比较完善,主要包括美国TSI和丹麦DANTEC公司生产的PDPA系统㊂利用PDPA开展相关研究的领域包括喷雾㊁旋转分离装置㊁鼓泡塔以及风洞风沙研究等㊂其中喷雾研究占比最多,包括喷嘴开发和效率测试[26],内燃机喷雾燃烧[27],闪蒸喷雾[28]等,这些喷雾颗粒由于组成不同,折射率等光学参数也不同,但PDPA都表现出良好的测试精度㊂在旋转分离装置方面,包括常见的旋风分离器[29]和水力旋流器[30],主要测试内部不同位置的流场和颗粒粒径大小㊂而且,PDPA也被用于测试实心颗粒的粒径大小[31]㊂3)PDPA优势在于:①多普勒频率信号和粒径㊁速度等待测参数是线性关系,和温度㊁压力没有关系;②对流场没有干扰;③测量量程大;④可以同时测量粒子粒径和速度,甚至颗粒的密度和体积流量㊂劣势在于:①购买成本高;②目前还只能被用于固体浓度较低的环境中,体积浓度<1%的流动;③单点测量;④对于球形粒子的测量精度更好㊂1.7㊀图像法1)测试原理㊂图像法即采用相机记录颗粒图像,然后经过处理后读取颗粒粒径等相关参数,传统的图像法采用CCD 或CMOS 两种主流的图像传感器记录,测量量程可以达到微米级别[32,33]㊂目前,关于图像法受到学者最多关注的是激光数字全息技术㊂数字全息(Digital Holography,DH)[34]采用数字记录与数值重建,能够方便地对全息图进行记录㊁传输㊁保存㊁重建及后处理,示意如图8所示㊂近年来,数字全息技术与同样相干光源的PIV㊁PTV 等技术结合,发展出了可以测量三维速度的数字全息粒子图像测速和数字全息粒子跟踪测速等颗粒检测技术㊂图8㊀激光数字全息技术的组成和工作原理2)应用研究进展㊂数字全息技术作为一种新兴的测量技术,由于本身具有较为复杂的设备搭建㊁算法处理等流程,目前还有围绕它的大量的理论㊁实验研究进行[35],主要包括颗粒全息噪声抑制和处理[36]㊁㊀㊀数字全息装置布置[37]㊁颗粒图像重建和信息提取算法[38]㊁实验应用验证[39]㊁重叠粒子处理[40]等㊂在应用方面,该技术主要被使用于获得流场中颗粒的粒径大小㊁三维位置等信息,研究领域包括喷雾液滴及气泡[41]㊁固体颗粒[42]㊁燃烧颗粒[43]㊁纳米颗粒[44]㊁气溶胶粒子[45]甚至是细胞㊁微生物等生物颗粒[46]㊂利用数字全息技术可以得到拍摄视野内整个流场中颗粒的大小㊁位置分布㊁形貌等信息㊂与PIV 和PTV 技术结合后的HDPIV /HDPTV 技术可以进一步获得颗粒的三维速度,其应用也集中于气固两相流[47]㊁喷雾[48]㊁液滴气泡形成破碎[49]等研究,粒径测量可以达到纳米级别,速度测量也可以达到千米每秒以上㊂3)数字全息技术优势在于:①直观观察,可以同时监控颗粒的动态;②测量量程大,可以根据需求自行设计;③可以针对整个颗粒场进行测量㊂劣势在于:①平台搭建复杂,降噪㊁图像重建算法都需要开发;②对使用者的光学基础要求较高;③花费较大㊂2㊀结㊀论颗粒态物质的研究和检测在环境㊁能源㊁材料㊁化工等学科领域中有着重要意义,粒径作为颗粒的重要参数之一,显著影响到燃烧㊁分离㊁输送㊁大气传输等过程㊂因此,颗粒粒径检测技术也取得了迅速的发展和进步㊂将这些检测技术按照检测方式,分为采样法和非采样法,重点介绍了较为先进的非采样法技术,调研了研究进展㊁应用领域㊁优劣势等,总结如表2㊂表2㊀颗粒粒径检测技术总结检测方法仪器检测范围优势劣势单颗粒光散射粒径测量方法光学颗粒计数器㊁光学粒径谱仪0.1~25μm技术成熟㊁设备操作简单㊁体积小㊁测量速度快量程小㊁需要标定㊁湿度影响大激光干涉成像法激光发生器㊁CCD 自组装范围大同时测量尺寸分布三维位置设备搭建和粒子图像信息的提取算法复杂激光粒度仪法激光粒度仪0.02~3500μm操作简单㊁范围宽分辨率低㊁校准困难激光空气动力学粒径检测法空气动力学粒径谱仪0.5~20μm (空气动力直径)0.37~20μm(光散射直径)分辨率高㊁稳定性好㊁操作方便浓度不能过高㊁会受到颗粒重叠干扰㊁空气动力学直径㊁量程小超声法基于超声散射衰减谱的颗粒粒径分析仪0.005~1000μm高浓度㊁无需稀释㊁可测范围大需多次测量㊁易受影响㊁造价高激光相位多普勒技术PDPA粒径1μm ~1000μm 速度-100~600m /s可以同时测量速度和粒径㊁范围广㊁结果可靠单点测量㊁浓度不能过高㊁花费大图像法激光发生器㊁CCD㊁镜头㊁图像处理器自组装范围大直观㊁自行装配㊁量程大㊁整个颗粒场检测搭建和算法复杂㊁光学要求高㊁花费大㊀㊀这些技术都是针对某些需求研发,每个技术的特点和优势不同,检测目标和和精度也都有所差距㊂激光相位多普勒和激光数字全息等技术,使用限值条件多,操作复杂,成本高,更多应用于实验室科学研究,这些仪器非常精密,但要承担一部分设备和算法的研发工作㊂而光学颗粒计数器㊁空气动力学粒径谱仪等仪器使用简单,操作方便,已经广泛应用于环境监测等领域㊂为一项研究或应用选择合适的测量系统,取决于待测样本的性质㊁应用环境㊁实际测量或实验室应用㊁精度要求以及价格㊂例如,在稀疏气固两相流单点的粒径和流场测量方面,激光相位多普勒技术是比较合适的㊂如果是整个流场的测量,则可以选择使用激光数字全息㊂空气动力学粒径谱仪㊁光学颗粒计数器适合于大气颗粒物的检测,激光粒度仪法在低浓度㊁大范围的颗粒粒径测量有优势,而超声法则更适合处理高浓度颗粒㊂本文讨论的许多用于颗粒尺寸测量的技术将继续在诸多领域发挥日益重要的作用,包括燃烧㊁液滴和颗粒测量㊁喷嘴特性㊁粉末制造技术㊁工业过程控制㊁大气污染和环境监测㊂对于未来的发展方向,也可以分别对学术用途较多的方法和实际应用于工业过程的方法分别提出㊂对于科研使用粒度仪的发展在于精度的提升以及拓展应用,而实际应用中由于恶劣多尘的环境㊁不稳定的速度和不均匀的颗粒分布则更加复杂,一方面要探索实验室技术转化为可应用技术的方案,另一方面也要进一步注重智能化㊁简单化设计㊂参考文献[1]㊀吴迎春.数字颗粒全息三维测量技术及其应用[D].杭州:浙江大学,2014.[2]㊀杜勇乐,刘鹤欣,谭厚章,等.燃煤水泥窑尾颗粒物粒径分布及污染特征[J].环境工程,2019,37(9):113-118.[3]㊀叶荣民,王洪涛,董敏丽,等.舟山市大气细颗粒物组分特征及其污染来源解析[J].环境工程,37(5):125-131. 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大气环境分析与监测中的常用仪器分析1. 介绍大气环境分析与监测是环境科学中重要的研究领域，通过监测大气中的污染物浓度、气象要素等参数，可以有效评估和预防大气污染问题。

在大气环境分析与监测中，常用的仪器主要包括气体分析仪、颗粒物采样器、气象传感器等。

本文将介绍这些常用仪器的原理、工作方式和应用。

2. 气体分析仪气体分析仪是用于监测大气中各种气体污染物浓度的关键仪器。

常用的气体分析仪包括气相色谱仪、质谱仪、红外吸收光谱仪等。

这些仪器通过不同的原理来分析大气中的气体成分，可以实时监测气体浓度并提供准确的数据。

3. 颗粒物采样器颗粒物是大气污染中的主要组成部分之一，颗粒物采样器用于采集大气中的颗粒物样本，并进行分析检测。

常见的颗粒物采样器包括高体积采样器、低体积采样器等。

这些仪器可以采集不同粒径范围的颗粒物，并能够对颗粒物的成分和浓度进行准确测量。

4. 气象传感器气象传感器用于监测大气环境中的气象要素，如温度、湿度、风速、风向等参数。

这些数据对于研究大气污染的扩散规律和影响因素至关重要。

常见的气象传感器包括温湿度传感器、风速传感器、辐射传感器等。

这些传感器可以实时监测大气环境的气象条件，并提供准确的数据支持大气环境分析与监测工作。

5. 应用案例以上介绍的气体分析仪、颗粒物采样器和气象传感器在大气环境分析与监测领域有广泛的应用案例。

例如，通过气体分析仪监测大气中的二氧化硫、一氧化碳等有害气体浓度，可以评估大气污染程度；颗粒物采样器可以用于监测细颗粒物和可吸入颗粒物的浓度，帮助确定空气质量指数；气象传感器可以用于监测台风、雾霾等极端气象事件，提供准确的气象数据支持灾害预警和防范工作。

6. 结论大气环境分析与监测是环境保护和气候变化领域的热点问题，常用的气体分析仪、颗粒物采样器和气象传感器在这一领域发挥着重要作用。

通过对这些仪器的合理选择和使用，可以实现对大气环境的有效监测和分析，为保护环境和人类健康提供有力支持。