摘要:    本文論述了光散射法應(yīng)用于室內(nèi)空氣中可吸入顆粒物PM10檢測(cè)的科學(xué)性、可行性及法律依據(jù)，并介紹了光散射測(cè)塵儀器的*新成果━帶有PM10、PM5、PM2. 5多種粒子分離切割器，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)監(jiān)測(cè)粉塵濃度與濾膜采樣兼容的LD-5C型微電腦激光粉塵儀。

關(guān)鍵詞:  環(huán)境監(jiān)測(cè)  可吸入顆粒物檢測(cè)  光散射法  粉塵儀

一.     引言

經(jīng)典測(cè)塵方法—濾膜稱重法是測(cè)定可吸入顆粒物質(zhì)量濃度的基本方法。關(guān)于基本測(cè)塵方法早在八十年代中期制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：BG5748—85《作業(yè)場(chǎng)所空氣中粉塵測(cè)定方法》以及GB6921—86《大氣飄塵濃度測(cè)定方法》中均作了明確的規(guī)定。在GB5748-85第“3.5節(jié)”特別指出：“本方法為基本方法。如果使用其他儀器或方法測(cè)定粉塵質(zhì)量濃度時(shí)，必須以本方法為基準(zhǔn)?！边@一表述一方面確定了濾膜稱重法作為基準(zhǔn)方法的地位，同時(shí)也為其他測(cè)塵技術(shù)，特別是便攜式快速測(cè)塵方法的采用提供了可能。

在公共場(chǎng)所等室內(nèi)環(huán)境中，空氣中的粉塵濃度比作業(yè)場(chǎng)所要低很多，在實(shí)際工作中，濾膜采樣要達(dá)到0.5mg～1mg以上的增重往往需要采樣2—4小時(shí)，再加上采樣以后的濾膜干燥、恒重、計(jì)算等步驟，使濾膜稱重法在實(shí)際應(yīng)用中存在操作繁瑣、費(fèi)時(shí)、以及不能及時(shí)得到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果等缺點(diǎn),而無法滿足實(shí)際工作的需要。

二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的光散射法所形成的便攜式快速測(cè)塵儀具有快速、靈敏、體積小、重量輕、噪聲小、操作簡(jiǎn)便、能現(xiàn)場(chǎng)直接讀數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。這一方法和儀器的發(fā)展，為空氣中可吸入顆粒物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)提供了新的途徑。特別是衛(wèi)生部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS/T206-2001《公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測(cè)定方法 光散射法》發(fā)布實(shí)施以后，使便攜式快速測(cè)塵儀器在公共場(chǎng)所及室內(nèi)衛(wèi)生檢測(cè)中的應(yīng)用有了法律依據(jù)。目前，光散射法測(cè)塵儀器如P-5L2C型便攜式微電腦數(shù)字粉塵儀以及LD-3C型袖珍式微電腦激光粉塵儀已在國(guó)內(nèi)各地得到廣泛的應(yīng)用。在這里我們就光散射法應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境空氣可吸入顆粒物PM10檢測(cè)的科學(xué)性、可行性、法律依據(jù)以及光散射測(cè)塵儀的*新成果━LD-5C型微電腦激光粉塵儀作一介紹。

二.     光散射測(cè)塵法應(yīng)用的科學(xué)性、可行性

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濾膜稱重法為顆粒物檢測(cè)的基準(zhǔn)方法, 光散射測(cè)塵法在環(huán)境可吸入顆粒物PM10檢測(cè)中應(yīng)用必須解決兩種方法測(cè)量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換問題。為此在預(yù)防醫(yī)科院環(huán)監(jiān)所（目前為中國(guó)CDC環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品**所）組織下,成立了國(guó)內(nèi)光散射測(cè)塵儀質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)(K值) 研究協(xié)作組。協(xié)作組選擇P-5L2便攜式數(shù)字粉塵儀(可見光光散射型)及LD-1激光粉塵儀(激光光散射型)作為K值研究的儀器,并對(duì)儀器的精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行了測(cè)定。在確定儀器總不確定度（Relative overall uncertainty，ROU）達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求后,在國(guó)內(nèi)各地進(jìn)行了K值測(cè)定,得出了公共場(chǎng)所光散射測(cè)塵儀K值経驗(yàn)值,為衛(wèi)生部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS/T206-2001《公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測(cè)定方法 光散射法》的制定提供了科學(xué)依據(jù)。

1． 總不確定度（亦可稱為總準(zhǔn)確度OSA）評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)要求

在“公共場(chǎng)所可吸入顆粒物（PM10）檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法­—光散射法”標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：在測(cè)定范圍內(nèi)，光散射法與濾膜采樣—稱重法相比較，測(cè)定總不確定度，在95%置信水平，相對(duì)誤差應(yīng)小于或等于25%?？偛淮_定度ROU計(jì)算公式如下：

 ROU = [|b|+2|MRSD|] （%）          (1)

式中：b（準(zhǔn)確度）—兩個(gè)方法對(duì)比測(cè)定相對(duì)誤差的算術(shù)平均值（%）；

      MRSD（精密度）—光散射法測(cè)定相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差的幾何平均值（%）。

2．光散射測(cè)塵儀精密度、準(zhǔn)確度及總不確定度實(shí)測(cè)結(jié)果

中國(guó)預(yù)防醫(yī)科院環(huán)工所 對(duì)P5-L2數(shù)字粉塵儀和LD-1(H)激光粉塵儀的精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果列于表1、表2及表3、表4。

2．1可見光光散射測(cè)塵儀（P5-L2數(shù)字粉塵儀）測(cè)定結(jié)果（見表1、表2）：

表 1   P-5L2精密度測(cè)量結(jié)果（mg/m3）

表 2  P-5L2準(zhǔn)確度測(cè)量結(jié)果（mg/m3）

根據(jù)公式（1），計(jì)算出P5-L2數(shù)字粉塵儀的總不確定度為：

ROU = (3.3%+2×6.0%)=15.3%

2．2  激光光散射測(cè)塵儀（LD-1（H）激光粉塵儀）測(cè)定結(jié)果（見表3、表4）：

表3  LD-1（H）精密度測(cè)量結(jié)果（mg/m3）

表4   LD-1（H）準(zhǔn)確度測(cè)量結(jié)果（mg/m3）

根據(jù)公式（1），計(jì)算出LD-1（H）激光粉塵儀的總不確定度為：

ROU =(10.1%+2×1.0%)=12.1%

上述結(jié)果表明P5-L2數(shù)字粉塵儀和LD-1激光粉塵儀的總不確定度(ROU)分別為15.3%及12.1%，均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的在95%置信水平，相對(duì)誤差小于等于25%的要求。

三.  光散射測(cè)塵儀在室內(nèi)PM10檢測(cè)中應(yīng)用的法律依據(jù)

1．為了適時(shí)有效地對(duì)公共場(chǎng)所空氣中的可吸入顆粒物進(jìn)行檢測(cè)，衛(wèi)生部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS/T206-2001《公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測(cè)定方法 光散射法》于2001年11月14日發(fā)布,2002年5月1日正式實(shí)施。

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用光散射式數(shù)字粉塵儀測(cè)定公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度。標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)還規(guī)定了光散射式粉塵儀的質(zhì)量控制要求。到目前為止，除濾膜稱重法作為基準(zhǔn)方法外，光散射測(cè)塵法是各種快速測(cè)塵方法中**進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)的方法。

2．標(biāo)準(zhǔn)附錄B，作為標(biāo)準(zhǔn)的附錄給出了光散射測(cè)塵儀器公共場(chǎng)所的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值（見表5）

表5質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值

3．在衛(wèi)生部標(biāo)準(zhǔn)WS/T206-2001中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍作了如下規(guī)定：

“本標(biāo)準(zhǔn)適用于公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度的快速測(cè)定，也適用于其他室內(nèi)空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度的快速測(cè)定。”因此，在公共場(chǎng)所以外的其他室內(nèi)采用光散射式粉塵儀測(cè)定空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度是有法律依據(jù)的。

4．衛(wèi)生部衛(wèi)監(jiān)督發(fā) [2006] 58號(hào)文件發(fā)布實(shí)施的《公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》附錄C規(guī)定中央空調(diào)送風(fēng)中可吸入顆粒物（PM10）濃度測(cè)定儀器為便攜式直讀儀器，光散射式粉塵儀如LD-3C以及***的LD-5C微電腦激光粉塵儀的技術(shù)指標(biāo)與規(guī)范要求的各項(xiàng)指標(biāo)完全一致，特別是LD-5C型儀器采用了強(qiáng)力抽氣泵，使其更適合需配備長(zhǎng)采樣管的中央空調(diào)排氣口PM10可吸入顆粒物濃度的檢測(cè)。

四、 光散射式測(cè)塵儀器*新進(jìn)展

1． 新世紀(jì)測(cè)塵儀器發(fā)展方向

1．1為研究不同粒徑顆粒物對(duì)人體健康的危害，設(shè)計(jì)不同的捕集特性的切割器：

PM10   D50 =10μm   可吸入顆粒物（可吸入胸部氣管的部分）；

PM5    D50 =5μm    呼吸性粉塵（可吸入肺泡的部分）；

PM2.5  D50 =2.5μm  微粒（微細(xì)粒子研究）。

1．2實(shí)現(xiàn)快速、適時(shí)、連續(xù)檢測(cè)

1．3 配置在線濾膜采樣器

1．4 提高儀器的測(cè)量精度

1．5 確保儀器的重現(xiàn)性、穩(wěn)定性、可靠性

1．6擴(kuò)展數(shù)據(jù)處理功能，直度讀質(zhì)量濃度（mg/m3）,計(jì)算*大值、平均植、TWA及STEL；

1．7 人性化的人機(jī)界面：大屏幕顯示、漢字提示和各種菜單；

1．8 實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)雙向通訊，增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理功能；

1．9 小型化、輕便化;

1．10 根據(jù)國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)及我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2．新世紀(jì)測(cè)塵儀器概況

表1是當(dāng)今國(guó)際、國(guó)內(nèi)*新研制**的測(cè)粉塵儀器的主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比。

 表1

 3．光散射測(cè)塵儀器的*新成果―LD-5C型微電腦激光粉塵儀

帶濾膜在線采樣器的**微電腦激光粉塵儀, 在連續(xù)監(jiān)測(cè)粉塵濃度的同時(shí), 可收集到顆粒物,以便對(duì)其成份進(jìn)行分析，并求出質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值?？芍弊x粉塵質(zhì)量濃度（mg/m3）, 具有PM10、PM5、PM2.5切割器供選擇. 儀器采用了強(qiáng)力抽氣泵,使其更適合需配備較長(zhǎng)采樣管的中央空調(diào)排氣口PM10可吸入顆粒物濃度的檢測(cè)。

儀器符合衛(wèi)生部WS/T206-2001《公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測(cè)定法-光散射法》、勞動(dòng)部LD98-1996《空氣中粉塵濃度的光散射式測(cè)定法》、鐵道部TB/T2323-92《鐵路作業(yè)場(chǎng)所空氣中粉塵測(cè)定相對(duì)質(zhì)量濃度與質(zhì)量濃度的轉(zhuǎn)換方法》以及國(guó)家職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)  GBZ2-2002《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》及GBZ 159－2004《工作場(chǎng)所空氣中有害物質(zhì)監(jiān)測(cè)的采樣規(guī)范》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3．1儀器原理

LD-5C型儀器是根據(jù)光散射原理設(shè)計(jì)的帶濾膜在線采樣器的微電腦激光粉儀。儀器以半導(dǎo)體激光器為光源，光電二級(jí)管做接受部件，含塵空氣由采樣口吸入，經(jīng)可更換切割器(PM10、PM5、或PM2.5)分離，除去粗大粒子，進(jìn)入檢測(cè)器暗室，暗室中的粉塵在激光照射下產(chǎn)生散射光，經(jīng)前向接受并轉(zhuǎn)換成與散射光強(qiáng)度及粉塵濃度成正比的的每分鐘脈沖計(jì)數(shù)，*后通過儀器的微處理器計(jì)算出粉塵質(zhì)量濃度C（mg/m3）:

C ＝（R－B）k                           (2)

式中：  R ——儀器計(jì)數(shù)值，CPM；

B ——基底值（儀器檢查表記載值）, CPM；

              K ——質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)mg／CPM×m3

3．2儀器設(shè)計(jì)的技術(shù)**

 3.2.1 設(shè)計(jì)了可更換的粒子切割器，實(shí)現(xiàn)了PM10、PM5、PM2. 5多種粒子分離切割器兼容。

3.2.2 設(shè)計(jì)了在線濾膜采樣器，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)監(jiān)測(cè)粉塵濃度與濾膜采樣兼容，可以分析所收集到顆粒物的成份以及求出該場(chǎng)所的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值。

3.2.3 儀器已將衛(wèi)生部標(biāo)準(zhǔn)WS/T206—2001《公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測(cè)定方法—光散射法》附錄B中的K值存入芯片，可直接測(cè)出符合標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量濃度值（mg/m3）。

3.2.4 設(shè)計(jì)了恒流控制器，實(shí)現(xiàn)了吸入空氣流量的閉環(huán)控制，在濾膜采樣使氣流阻力不斷增大的情況下，確保采樣流量的恒定，以保證切割曲線的正確。

3.2.5 設(shè)計(jì)了具有發(fā)射功率自穩(wěn)定系統(tǒng)的超小型激光發(fā)射單元及微型激光接收器，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度、高穩(wěn)定性，檢測(cè)靈敏度達(dá)到0.001mg/m3。

3.2.6 具有光路自清洗系統(tǒng)，避免了粉塵對(duì)儀器核心部件—光學(xué)系統(tǒng)的污染，提高了儀器的可靠性。

3.2.7 通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)儀器零點(diǎn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，提高了儀器測(cè)量精度，方便了用戶使用。

3.2.8 儀器的小型化，輕便化以及具有數(shù)據(jù)存貯及回放功能，即回到實(shí)驗(yàn)室儀器可將所存貯的數(shù)據(jù)導(dǎo)入PC機(jī)進(jìn)行處理之功能，從而使其更適合公共場(chǎng)所及勞動(dòng)作業(yè)場(chǎng)所的流動(dòng)性的粉塵現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定

3.2.9 儀器設(shè)計(jì)了定時(shí)采樣機(jī)構(gòu)，可根據(jù)設(shè)定時(shí)間定時(shí)采樣，定時(shí)啟動(dòng)及關(guān)閉，所得數(shù)據(jù)可通過微型打印機(jī)記錄或?qū)?/span>PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，而使儀器適合于大氣環(huán)境可吸入顆粒物連續(xù)監(jiān)測(cè)。

3.2.10 儀器可設(shè)定粉塵濃度超標(biāo)報(bào)警閾值，粉塵超標(biāo)時(shí)自動(dòng)聲光報(bào)警，或?qū)⑿盘?hào)傳輸?shù)娇刂浦行倪M(jìn)行監(jiān)控。

3.2.11 儀器設(shè)計(jì)了遙測(cè)接口，可對(duì)空氣凈化器進(jìn)行評(píng)價(jià)，繪制凈化效率評(píng)價(jià)曲線。

3.2.12 除適合公共場(chǎng)所粉塵監(jiān)測(cè)的一般測(cè)量和適合大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的定時(shí)采樣外，新增加了勞動(dòng)衛(wèi)生模式，在此模式下，根據(jù)工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GBZ1-2002）和工作場(chǎng)所有害因素接觸限值（GBZ2-2002）標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出時(shí)間加權(quán)平均值（TWA）以及短時(shí)間接觸容許濃度（STEL）。

3.2.13 采用大屏幕液晶顯示器，并實(shí)現(xiàn)了漢字菜單提示。

3.2.14 采用紅外激光為發(fā)射光源，具有良好的單色性，減小了質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)的變化范圍。

3.2.15 **儀器形成一個(gè)系列，通過配備不同流量的抽氣泵和不同的粒子切割器，以滿足公共場(chǎng)所顆粒物檢測(cè)、勞動(dòng)衛(wèi)生粉塵測(cè)定以大氣環(huán)境粉塵監(jiān)測(cè)的不同需要。

五.小結(jié)

可吸入顆粒物PM10檢測(cè)是室內(nèi)衛(wèi)生檢測(cè)的重要組成部分，濾膜采樣稱重法是可吸入顆粒物PM10檢測(cè)的基準(zhǔn)方法。為了提高公共場(chǎng)所衛(wèi)生檢測(cè)中PM10的檢測(cè)效率，衛(wèi)生部2002年5月發(fā)布實(shí)施了WS/T206-2001《公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測(cè)定方法  光散射法》，標(biāo)準(zhǔn)給出了光散射法在公共場(chǎng)所使用的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K植，使光散射法的儀器讀數(shù)與基準(zhǔn)方法——濾膜稱重法一致，從而解決了光散射法應(yīng)用的關(guān)鍵問題。該標(biāo)準(zhǔn)在適用范圍中規(guī)定:“標(biāo)準(zhǔn)適用于公共場(chǎng)所空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度的快速測(cè)定，也適用于其他室內(nèi)空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度的快速測(cè)定”,從而為光散射快速測(cè)塵儀器在室內(nèi)衛(wèi)生檢測(cè)中應(yīng)用提供了法律依據(jù)。

目前，快速測(cè)定技術(shù)有了很大的進(jìn)展，連續(xù)適時(shí)檢測(cè)與濾膜采樣相結(jié)合，PM10，PM5，PM2.5等多種切割頭兼容以及不斷提高儀器的靈敏度、可靠性、穩(wěn)定性是當(dāng)前快速測(cè)塵儀器的發(fā)展方向。LD-5C型微電腦激光粉塵儀正是根據(jù)國(guó)際測(cè)塵技術(shù)*新思路設(shè)計(jì)的**測(cè)塵儀器,在室內(nèi)衛(wèi)生檢測(cè), 勞動(dòng)作業(yè)場(chǎng)所衛(wèi)生檢測(cè)以及大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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Application of Light Scattering in the Indoor Environment Detection of PM10

and Latest Developments of Dust Monitor

               Yichuan Zhu, Jing Zhang, Wengang Zhou and Xin Bi

(Beijing BINTA Green Technology Co., Ltd. Beijing 100035)

Abstract:  This paper discusses the light scattering method for indoor air inhalable particulate matter (PM10) detection of scientific、feasibility and legal basis ,and introduces dust-light scattering measurement equipment with the latest results – LD-5C Microcomputer laser dust monitor with the various cutters 0f PM10, PM5, PM2.5 and a continuous monitoring of dust concentration and membrane sampling .

Key word:  environmental monitoring;  air inhalable particulate matter monitoring;  light scattering;  dust monitor.