J200激光光谱元素分析系统在PM2.5研究中的应用

撰稿人: 日期:2018-11-27 点击次数:139

        细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中,其在空气中含量浓度越高,就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比,PM2.5粒径小,面积大,活性强,易附带有毒、有害物质(例如,重金属、微生物等),且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。这样的粒径被吸入人体后会直接进入支气管,干扰肺部的气体交换,引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病,况且这些微粒中还会含有其他有毒有害物质可对人健康造成危害。国家将PM2.5纳入空气质量评价体系,对环境状况进行常规监测,进而有效评估、研究成因,并根据成因,研究和采取有效的治理措施,最终减少或消除污染,保障国民健康及国家的可持续发展,因此具有重要的社会意义和长远的经济意义。

 
        目前主要监测和研究PM2.5的手段是重量法,微量振荡天平法和β射线法。重量法原理是分别通过一定切割特征的采样器,以恒速抽取定量体积空气,使环境空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上,根据采样前后滤膜的质量差和采样体积,计算出PM2.5和PM10的浓度。微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管,在其振荡端安装可更换的滤膜,振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当采样气流通过滤膜,其中的颗粒物沉积在滤膜上,滤膜的质量变化导致振荡频率的变化,通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量,再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志的质量浓度。β射线法是利用β射线发生源产生β射线透过采集有灰尘的滤膜,以PM2.5颗粒物对β射线的吸收程度来测定颗粒物的浓度。
        现在我们还可以利用激光光谱法测量PM2.5的组分,分类和元素分布。当激光作用于样品表面时,在极短时间内诱导产生含有样品物质的等离子体,等离子体产生的过程中,发射出带有样品元素信息的发射光谱,通过检测这些发射光谱,得到样品的元素信息。这种技术被称为激光诱导击穿光谱技术LIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy),俗称激光光谱元素分析技术,检测限可达ppm级;随着等离子的冷却,凝结的样品颗粒可输送到ICP-MS,可测量样品中的微量、痕量元素或同位素,检测限可达ppb级。 测量的元素可覆盖元素周期表中的大部分元素,高达100多种。
 

        激光光谱元素测量实验采用滤纸收集的PM2.5颗粒物测量其主要元素组成,元素分布及不同成分的PM2.5来源分析。


上图为颗粒物主要元素组成




不同颗粒物的来源分析

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