大气颗粒物是悬浮在大气中的固体和液体微粒共同组成的多相体系。大气颗粒物空气动力学直径多在0.001~100 μm之间。由于颗粒物对人体健康、能见度以及大气辐射平衡有重要的影响，颗粒物研究受到越来越多的关注[1- 3]。近年来，随着国内城市群的迅速发展，城市大气颗粒物污染日益严重[4]。国家也相继出台了《环境空气质量标准》（GB 3095- 2012）、《环境空气质量指数AQI）技术规定》（HJ 633- 2012）。新标准的修订不但增设了PM2.5 平均浓度限值，也收紧了PM10 等污染物的浓度限值，政府加大大气颗粒物监测能力势在必行。目前国内已开展了PM10 颗粒物采样器比对[5]、自制颗粒物监测仪器比对的相关科学研究[6]，但对各城市环境监测站中广泛应用的颗粒物采集仪器比对分析还鲜有报道。本研究利用广州市环境保护科学研究院区域大气站作为颗粒物采样器比对实验观测点，于2011 年12 月15 日~ 12 月21 日进行连续的手动和自动观测获得了第一手的比对观测数据，并分析讨论了武汉天虹TH- 16A 型四通道大气颗粒物采样器、美国赛默飞TEOM1405 型在线颗粒物监测仪、美国Andersen 240型双通道采样器、北京地质仪器厂PM2.5- 2 型颗粒物采样器、武汉天虹TH- 150A 型中流量采样器PM2.5和PM10 监测结果的相关性，希望能为政府开展城市相关的大气环境监测工作提供科学依据。1 实验与方法1.1 实验仪器本次实验所选用的仪器是具有广泛应用且技术较为成熟PM2.5 和PM10 采样器，分别为武汉天虹TH- 16A 型四通道大气颗粒物采样器1 台，美国赛默飞TEOM1405 型在线颗粒物监测仪2 台（1 套PM2.5切割头），美国Andersen 240 型双通道采样器2 台，北京地质厂PM2.5- 2 型颗粒物采样器2 台，武汉天H- 150A 型中流量采样器2 台，共9 台。武汉天虹TH- 16A 型四通道大气颗粒物采样器：该采样器各通道的气溶胶切割粒径可根据工作需要灵活搭配，能同时采集TSP、PM10 或PM5、PM2.5等颗粒物，流量恒流：16.7 L/min±0.25 L/min。本研究中，四通道（CH- 1、CH- 2、CH- 3、CH- 4）依次分别采集了PM2.5、PM10、PM10、PM2.5，所采用滤膜为武汉天虹自带的玻璃纤维滤膜（Ф 47 mm）。美国赛默飞TEOM1405 型在线颗粒物监测仪：该仪器的原理采用微量振荡天平法，其独特的锥形元件振荡微天平传感器和动态滤膜测量系统，确了实验数据的准确可靠，也可通过更换切割头的切割粒径进行PM10 和PM2.5 的测量。本研究中，利用2 台EOM1405 型在线颗粒物监测仪对PM2.5 和PM10 进几种PM2.5 和PM10 颗粒物采样器比对测试研究张涛张展毅曾凡进吴春龙张治明（广州市环境保护科学研究院，广州510600）摘要于2011 年12 月15 日～12 月21 日，利用武汉天虹TH- 16A 型四通道大气颗粒物采样器、美国赛默飞TEOM1405 型在线颗粒物监测仪、美国Andersen 240 型双通道采样器、北京地质仪器厂PM2.5- 2 型颗粒物采样器、武汉天虹TH- 150A型中流量采样器PM2.5和PM10进行连续的手动和自动观测。结果表明：TH- 16A、PM2.5- 2 与Andersen 240 型PM2.采样器平行样之间有良好的相关性，R2 值分别为0.973 5、0.914 4、0.885；PM10的采样器中，TH- 150A 的平行样相关性最高，达到了0.997。Andersen 240 的PM2.5、PM10监测数据均高于TEOM1405，这可能是因为TEOM天平室的高温环境（50 ℃），导致了颗粒物中部分有机物组分的挥发。PM2.5 采样器中，PM2.5- 2 监测结果与TEOM1405 最为接近，二者相关性最高。PM10 采样器中，TH-150A 与TEOM1405 的监测结果偏差最小，相关性最高，达到0.974。关键字PM2.5 PM10 颗粒物采样器比对相关性收稿日期：2011- 12- 14，修改稿收到日期：2011- 12- 29第行实时观测，总采样流量为16.7 L/min，其中主流量为1 L/min，辅流量15.7 L/min，所用滤膜为美国ALL Pallflex TX40 石英滤膜（Ф13 mm）。美国Andersen 240 型双通道采样器：该采样器采用双通道设计，首先由采样总管进行PM10 切割，之后一路接到PM2.5 滤膜，另一路接到PM（2.5- 10）滤膜。本研究中，该仪器应用于PM2.5 和PM（2.5- 10）的采集，两路流量分别为15.03 L/min、1.67 L/min，所用滤膜为美国PALL 生产的聚四氟乙烯滤膜（Ф37 mm）。北京地质仪器厂PM2.5- 2 型颗粒物采样器：该仪器由北京地质仪器厂生产。本研究中，采集PM2.5 的过程中，流量控制在80 L/min，所用滤膜为河北故城环境监测器材厂生产的玻璃纤维滤膜（Ф90 mm）武汉天虹TH- 150A 型中流量采样器：本仪器利用文丘里管智能流量计来测量（PM10）采样气体流量，并通过微机控制抽气泵的抽气量保证设定的流量稳定，准确度100 L/min 时，当电压198~242 V 波动，阻力在3~8 kPa 变化，流量相对误差小于2%。该仪器应用于本研究的PM10 采集，设定流量为100 L/min，所用滤膜为玻璃纤维滤膜（Ф90 mm）。仪器性能、切割粒径及所用滤膜的相关参数等见表1。1.2 采样地点本研究采样地点设在广州市环境保护科学研究院区域大气站楼房顶（23°08′N，113°19′E），距离地面约30 m，采样点周围是广州市中心城区商住混合区，2 km 范围内无明显大气污染源，周围无建筑物遮挡视野比较开阔，观测数据在一定程度上代表广州城市区域大气污染水平。在比对试验过程中，尽可能使进行比对的各种仪器设备的采样头高度位于同一水平线上，且各采样器的采样头水平距离均大于2.5 m。为了保证数据的准确有效性，每个样品均进行平行采集，包括TH- 16A（CH- 1&CH- 4—PM2.5、CH- 2&CH- 3—PM10 ） 、PM2.5- 2 型（站房楼顶&天台）、Andersen240 型（站房楼顶& 天台）、TH- 150A（站房楼顶& 天台）。本研究于2011 年12 月16 日至2011 年12 月22 日进行连续观测，每日12 时开始，次日9 时结束，连续采集21 h，手动采集各种滤膜共84 张。1.3 实验方法根据《环境空气PM10 和PM2.5 的测定重量法》的要求，将滤膜放在恒温恒湿箱（室）中平衡24 h，平衡条件为：温度取15~30 ℃中任何一点，相对湿度控制在45%~55%范围内，记录平衡温度与湿度。在上述平衡条件下，用感量为0.1 mg 的分析天平称量滤膜，记录滤膜重量。同一滤膜在恒温恒湿箱（室）中相同条件下再平衡1 h 后称重。对于PM10 和PM2.5 颗粒物样品滤膜，两次重量之差分别小于0.4 mg 为满足恒重要求。1.4 质量控制（1）采样器每次使用前需进行流量校准。校准方法按《环境空气PM10 和PM2.5 的测定重量法》（HJ 618-2011）附录A 执行。（2）滤膜使用前均需进行检查，不得有针孔或任何缺陷。滤膜称量时要消除静电的影响。颗粒物采样器PM2.5 80 北京地质仪器厂玻璃纤维90 河北故城TH- 150A 型中流量大气采样器PM10 100 武汉天虹玻璃纤维90 河北故城26卷 4期 几种 PM2.5和 PM10颗粒物采样器比对测试研究 39广 州 环 境 科 学 26卷 4期3）若标准滤膜称出的重量在原始质量±0.5 m（中流量和小流量）范围内，则认为该批样品滤膜称量合格，数据可用。否则应检查称量条件是否符合要求并重新称量该批样品滤膜。4）要经常检查采样头是否漏气。当滤膜安放正确，采样系统无漏气时，采样后滤膜上颗粒物与四周白边之间界限应清晰，如出现界线模糊时，则表明应更换滤膜密封垫。（5）采样前后，滤膜称量应使用同一台分析天平。（6）恒温恒湿室内空气温度控制在（25±1）℃，相对湿度应控制在（50±5）%，称量过程在相同条件下进行。2 结果与讨论2.1 不同采样器平行比对根据PM2.5 和PM10 的手动监测数据，得出TH- 16A、PM2.5- 2、Andersen 240、TH- 150A 4 台仪平行样之间的相关性比较，见图1。分析结果表明，TH- 16A、PM2.5- 2 与Andersen 240型PM2.5 采样器平行样之间有良好的相关性，R2 值分别为0.973 5、0.914 4、0.885，曲线斜率分别为1.031、0.875、0.86。PM10 的采样器中，TH- 150A 的平行样相关性最高，达到了0.997，曲线斜率为1.023 1，TH- 16A 的平行样相关性较低，为0.944，曲线斜率为0.771 6。由平行样比对实验可以得出，各仪器监测期内相对标准偏差见表2。由表2 可以发现，平行样相对标准偏差SD）均小于5%，这表明了本次观测数据准确可靠。2.2 PM2.5 和PM10 监测数据比对为了解参与比对试验的各种仪器对PM2.5 和PM10的监测结果，由监测数据可得表3 和表4。由表3、表4 可知，PM2.5 的采样器中，北京地质器厂的PM2.5- 2 采样器与TEOM1405 最为接近，偏差仅为- 1.1%，美国Andersen 240 采样器的偏差最大，达到16.2%。在PM10 的仪器比对试验中，TH- 150A的监测数据较为理想，与TEOM1405 偏差最小，而TH- 16A 的偏差较大，为- 23.2%，这可能与TH- 16A自带的CH- 2、CH- 3 膜托太紧导致滤膜周边脱落有关。Andersen 240 的PM2.5、PM10 监测数据均高于TEOM1405 16%以上，这可能是因为TEOM1405 天平室50 ℃的高温环境，导致了颗粒物中部分有机物