漫话PM2.5

1. 何为PM2.5？

PM2.5的来势凶猛：

 1）它把中国1/7面积都盖了，有的城市每年超过一半的时间超标。

2）相对于以往任何环境污染指标的普及，其速度史无前例。即使与美国使馆的数据播报有点关系，从2012年2月29日新修订的《环境空气质量标准》将PM2.5写入“国标”，纳入各省市强制监测范畴到多个城市报数据，也就一年时间。

3）各地投入很大，达几十个亿。北京和江苏先行一步分别公布了5780万和1150万相关设备采购计划、其他直辖市和省会城市和计划单列市等重点区域的74个城市12年底前开展新增指标PM2.5、CO、O3等监测。

但实际上我们对PM2.5了解多少呢？

PM2.5至少有两个不同含义。

首先，PM2.5有一个科学概念。在空气中所有的颗粒物统称“气溶胶”，直径从纳米到几百微米都可以。为了方便，用PM10表示大气中直径小于或等于10微米的颗粒物；用PM2.5表示大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物；有时还用PM1.0表示小于1微米的。当然由于直径越大，密度越大，在空气中停留的时间短一些，这种气溶胶不一定受到关注。气溶胶指由于形态各异，来源及化学成分复杂，对环境、气候、人体健康有重要影响，越来越受重视，而PM2.5影响最厉害，实际上以后会发现PM1.0对健康、可见度的影响更大。我们看到：PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。是“气溶胶”的一个直径段的部分。

其次，PM2.5有个监测概念，代表我国在《环境空气质量标准》中，要求监测PM2.5的质量浓度（ug/m3），即单位立方米体积的空气中，含有PM2.5的质量。这个数字越大，表示空气中的气溶胶越多。平常所说的PM2.5超标，就是指这个数字太大。

2. 分析PM2.5

对于公众来说，PM2.5有点复杂，“污染这么严重！”，“都看不见了”，感觉到呼吸困难，要戴口罩等，超标了，严重超标，N级预警，爆表了……这些已经足够。什么气溶胶形态、来源、前体物、吸光性、吸湿增长、与成云的关系等等，就关心不到了，甚至，这个ug/m3单位就足够想半天。

但是在国家层面、环保系统、记者、或说在科学网里的朋友，肯定会进行思考，仔细想想，一个质量浓度值，如何能够真实的反映PM2.5的污染情况？为什么不行？问题在哪里？应该怎么理解？或是要用何指标？如何为治理提供一个正确的方案？不然，何谈

3. PM2.5的治理

“治理PM2.5至少20年—30年”。不管这句话有没有语病，因为提到至少，那么应该是一个数，而不是一个阶段。那我们就说至少30年吧。如何治理呢？要治理，就要知道来源，知道治什么，并拥有手段。

如果不知道来源，奥运会期间，把所有的厂都关了，仅一半汽车可以上路，当然好，PM2.5一下就下降了。但能关多久呢？国家还要不要发展呢？

如果关一半的工厂，关哪些工厂呢？按什么类型来关？哪些工厂可以治理呢？

怎么办？出台什么样的政策？

如果治理了，治理好了没有？如何判别？

因此我们发现，其核心是：用什么手段与方法得到基础数据，怎么样让这些数据准确可靠，以致于足够得到相对正确有效的策略，让政府制定有用的可执行方案，分批，分步治理。也就是正确的监测，检测！有效的数据，更深入的数据，更准确的数据，能够直接分析本质的数据。因此，首先要解决的是仪器问题，它是眼睛，发现什么。而后找出治理的方法与手段。

4. PM2.5的检测

检测质量浓度，肯定需要，但远远不够；

比如：直径分析范围，都集中在哪段？它里面有什么化学成分？这些化学成分是怎么分布的？浓度分别多少？各化学成分是在一个个不同气溶胶颗粒中，还是混合的？局部混合的，还是每个气溶胶都一样？还是说，不同大小、不同化学成分的，不同来源，不同时间下的混合形式都不一样？

由于PM2.5来源复杂，需要还要采集大量的不同来源气溶胶的特征。比如：汽车排放的特征，不然你凭什么说，汽车排放占20%？生物质燃烧呢？沙尘暴也有影响，那它的颗粒长什么样子，总不能用眼睛到车顶上看看，它害处多大？从海上吹来的风中有海盐！对，还有建筑工地、工厂排放。那哪个工厂？发电厂？化工厂？水泥厂？它们排出来的气溶胶颗粒又是长什么样子？

这些不同来来源的气溶胶，在空气中停了一会儿后，会发生碰撞，发生化学反应。那怎么反应的？通过检测，还能找得回去不，也就是说，找得到它原来的排放源不？

还要做大量的科学研究，气溶胶在不同温湿度和环境、基质下的反应等等。

能不能到野外采些气溶胶回来做实验？怎么把气溶胶一个个拿回来？需要多快的速度进行检测，以反应气溶胶的变化？

……

大家是不是感觉到，以上所有的所有，都需要依赖一种工具：即能对单个颗粒的气溶胶、进行化学成分、直径、实时在线的、快速检测的仪器？

目前质量浓度只是个没办法的办法，最后一定是要针对：颗粒物的化学组分来制定相应的政策和规则，这肯定比单纯的质量浓度标准更具有可执行性。

5. 举例：为什么治理要从颗粒物化学组成入手？

从人体健康的角度考虑，不同的化学种类对人的健康危害不一样。道路扬尘造成PM2.5质量浓度超标，对人体的健康与每个气溶胶颗粒物均含有重金属铅（Pb）（比如某些工厂边上）相比，后者即使PM2.5质量浓度不超标，仍然会造成“血铅事件”等悲剧。

从对气候影响的角度考虑，不同的化学组成对气候、降水等的影响不一致。有研究表明，黑炭颗粒的粒径非常小，在整个颗粒中的质量比重很少，但黑炭（EC）颗粒对温室效应的影响极大。污染源排放的黑炭(EC)粒子在大气中与硫酸盐发生混合(混合状态)时，又会进一步增强其对太阳光的吸收能力。这些特性与大气能见度降低以及区域灰霾的形成具有重要的关系。如图所示，两种颗粒的吸光能力比较。

图1 不同化学成分的气溶胶吸光能力比较

6. 何为气溶胶的混合状态？

气溶胶中，同时存在多种化学成分，它们的真实情况可能是以图2的方式存在的，各个气溶胶含有不同的化学成分（不同颜色），每个气溶胶大小也不同。

   图2  真实的的颗粒物混合状态

如果用传统的方法去测，比如，传统的离线采集分析法，将颗粒物按照粒径段采集到不同的滤膜上，拿回实验，用气质联用仪、离子色谱等进行测定。这样颗粒物在采样、存贮、运输、预处理过程中，有可能会发生挥发和转化，而且更重要的是这种方法，获取的是颗粒物的平均成分，即认为每个颗粒物的粒径及化学成分是一致，但实际上，这是不可能的。如图3.

图3 平均成分分析认为的颗粒物混合状态

7. 那么有没有办法？.

那就是实时在线的单颗粒气溶胶质谱分析仪。只有两个提供商：美国TSI公司的ATOFMS-3800（2009年停产）以及广州禾信分析仪器有限公司的在线单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)。这类实时在线监测仪器是未来PM2.5研究的主力。

在国家863项目支持下，已经开发出来，成为目前全世界能批量提供的唯一单位。其原理，可以在科技文献上查到，或是下次再谈。

8. 结语

治理30年也好，50也好，基于什么考虑？仅仅是相对于美国的治理时间跨度？大气环境的目的是大气环境的净化，PM2.5监测只是手段，最终是为了人民群众身体健康。要做到这一点，就必须发展PM2.5的研究仪器，有了这些仪器我们才能对PM2.5的成分，分布，来源有深刻认识，为解决当前急需解决的问题，提出和现阶段国情适应的政策和治理方案，有的放矢地研究治理手段。