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

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

一.     引言

經典測塵方法—濾膜稱重法是測定可吸入顆粒物質量濃度的基本方法。關于基本測塵方法早在八十年代中期制定的國家標準：BG5748—85《作業(yè)場所空氣中粉塵測定方法》以及GB6921—86《大氣飄塵濃度測定方法》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定粉塵質量濃度時，必須以本方法為基準?！边@一表述一方面確定了濾膜稱重法作為基準方法的地位，同時也為其他測塵技術，特別是便攜式快速測塵方法的采用提供了可能。

在公共場所等室內環(huán)境中，空氣中的粉塵濃度比作業(yè)場所要低很多，在實際工作中，濾膜采樣要達到0.5mg～1mg以上的增重往往需要采樣2—4小時，再加上采樣以后的濾膜干燥、恒重、計算等步驟，使濾膜稱重法在實際應用中存在操作繁瑣、費時、以及不能及時得到現場測定結果等缺點,而無法滿足實際工作的需要。

二十世紀七十年代發(fā)展起來的光散射法所形成的便攜式快速測塵儀具有快速、靈敏、體積小、重量輕、噪聲小、操作簡便、能現場直接讀數等優(yōu)點。這一方法和儀器的發(fā)展，為空氣中可吸入顆粒物現場檢測提供了新的途徑。特別是衛(wèi)生部行業(yè)標準WS/T206-2001《公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測定方法 光散射法》發(fā)布實施以后，使便攜式快速測塵儀器在公共場所及室內衛(wèi)生檢測中的應用有了法律依據。目前，光散射法測塵儀器如P-5L2C型便攜式微電腦數字粉塵儀以及LD-3C型袖珍式微電腦激光粉塵儀已在國內各地得到廣泛的應用。在這里我們就光散射法應用于室內環(huán)境空氣可吸入顆粒物PM10檢測的科學性、可行性、法律依據以及光散射測塵儀的*新成果━LD-5C型微電腦激光粉塵儀作一介紹。

二.     光散射測塵法應用的科學性、可行性

國家標準規(guī)定濾膜稱重法為顆粒物檢測的基準方法, 光散射測塵法在環(huán)境可吸入顆粒物PM10檢測中應用必須解決兩種方法測量數據的轉換問題。為此在預防醫(yī)科院環(huán)監(jiān)所（目前為中國CDC環(huán)境與健康相關產品**所）組織下,成立了國內光散射測塵儀質量濃度轉換系數(K值) 研究協(xié)作組。協(xié)作組選擇P-5L2便攜式數字粉塵儀(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,并對儀器的精密度和準確度進行了測定。在確定儀器總不確定度（Relative overall uncertainty，ROU）達到國家標準要求后,在國內各地進行了K值測定,得出了公共場所光散射測塵儀K值経驗值,為衛(wèi)生部行業(yè)標準WS/T206-2001《公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測定方法 光散射法》的制定提供了科學依據。

1． 總不確定度（亦可稱為總準確度OSA）評價方法及標準要求

在“公共場所可吸入顆粒物（PM10）檢驗標準方法­—光散射法”標準中規(guī)定：在測定范圍內，光散射法與濾膜采樣—稱重法相比較，測定總不確定度，在95%置信水平，相對誤差應小于或等于25%?？偛淮_定度ROU計算公式如下：

 ROU = [|b|+2|MRSD|] （%）          (1)

式中：b（準確度）—兩個方法對比測定相對誤差的算術平均值（%）；

      MRSD（精密度）—光散射法測定相對標準差的幾何平均值（%）。

2．光散射測塵儀精密度、準確度及總不確定度實測結果

中國預防醫(yī)科院環(huán)工所 對P5-L2數字粉塵儀和LD-1(H)激光粉塵儀的精密度和準確度進行了測定,結果列于表1、表2及表3、表4。

2．1可見光光散射測塵儀（P5-L2數字粉塵儀）測定結果（見表1、表2）：

表 1   P-5L2精密度測量結果（mg/m3）

表 2  P-5L2準確度測量結果（mg/m3）

根據公式（1），計算出P5-L2數字粉塵儀的總不確定度為：

ROU = (3.3%+2×6.0%)=15.3%

2．2  激光光散射測塵儀（LD-1（H）激光粉塵儀）測定結果（見表3、表4）：

表3  LD-1（H）精密度測量結果（mg/m3）

表4   LD-1（H）準確度測量結果（mg/m3）

根據公式（1），計算出LD-1（H）激光粉塵儀的總不確定度為：

ROU =(10.1%+2×1.0%)=12.1%

上述結果表明P5-L2數字粉塵儀和LD-1激光粉塵儀的總不確定度(ROU)分別為15.3%及12.1%，均達到標準中規(guī)定的在95%置信水平，相對誤差小于等于25%的要求。

三.  光散射測塵儀在室內PM10檢測中應用的法律依據

1．為了適時有效地對公共場所空氣中的可吸入顆粒物進行檢測，衛(wèi)生部行業(yè)標準WS/T206-2001《公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測定方法 光散射法》于2001年11月14日發(fā)布,2002年5月1日正式實施。

該標準規(guī)定采用光散射式數字粉塵儀測定公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度。標準同時還規(guī)定了光散射式粉塵儀的質量控制要求。到目前為止，除濾膜稱重法作為基準方法外，光散射測塵法是各種快速測塵方法中**進入標準的方法。

2．標準附錄B，作為標準的附錄給出了光散射測塵儀器公共場所的質量濃度轉換系數K值（見表5）

表5質量濃度轉換系數K值

3．在衛(wèi)生部標準WS/T206-2001中對標準的適用范圍作了如下規(guī)定：

“本標準適用于公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度的快速測定，也適用于其他室內空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度的快速測定。”因此，在公共場所以外的其他室內采用光散射式粉塵儀測定空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度是有法律依據的。

4．衛(wèi)生部衛(wèi)監(jiān)督發(fā) [2006] 58號文件發(fā)布實施的《公共場所集中空調通風系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》附錄C規(guī)定中央空調送風中可吸入顆粒物（PM10）濃度測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指標與規(guī)范要求的各項指標完全一致，特別是LD-5C型儀器采用了強力抽氣泵，使其更適合需配備長采樣管的中央空調排氣口PM10可吸入顆粒物濃度的檢測。

四、 光散射式測塵儀器*新進展

1． 新世紀測塵儀器發(fā)展方向

1．1為研究不同粒徑顆粒物對人體健康的危害，設計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（微細粒子研究）。

1．2實現快速、適時、連續(xù)檢測

1．3 配置在線濾膜采樣器

1．4 提高儀器的測量精度

1．5 確保儀器的重現性、穩(wěn)定性、可靠性

1．6擴展數據處理功能，直度讀質量濃度（mg/m3）,計算*大值、平均植、TWA及STEL；

1．7 人性化的人機界面：大屏幕顯示、漢字提示和各種菜單；

1．8 實現與PC機雙向通訊，增強數據處理功能；

1．9 小型化、輕便化;

1．10 根據國際通用標準及我國國家標準的要求進行設計。

2．新世紀測塵儀器概況

表1是當今國際、國內*新研制**的測粉塵儀器的主要技術指標對比。

 表1

 3．光散射測塵儀器的*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)測粉塵濃度的同時, 可收集到顆粒物,以便對其成份進行分析，并求出質量濃度轉換系數K值?？芍弊x粉塵質量濃度（mg/m3）, 具有PM10、PM5、PM2.5切割器供選擇. 儀器采用了強力抽氣泵,使其更適合需配備較長采樣管的中央空調排氣口PM10可吸入顆粒物濃度的檢測。

儀器符合衛(wèi)生部WS/T206-2001《公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測定法-光散射法》、勞動部LD98-1996《空氣中粉塵濃度的光散射式測定法》、鐵道部TB/T2323-92《鐵路作業(yè)場所空氣中粉塵測定相對質量濃度與質量濃度的轉換方法》以及國家職業(yè)衛(wèi)生標準  GBZ2-2002《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》及GBZ 159－2004《工作場所空氣中有害物質監(jiān)測的采樣規(guī)范》等國家標準及行業(yè)標準。

3．1儀器原理

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

C ＝（R－B）k                           (2)

式中：  R ——儀器計數值，CPM；

B ——基底值（儀器檢查表記載值）, CPM；

              K ——質量濃度轉換系數mg／CPM×m3

3．2儀器設計的技術**

 3.2.1 設計了可更換的粒子切割器，實現了PM10、PM5、PM2. 5多種粒子分離切割器兼容。

3.2.2 設計了在線濾膜采樣器，實現了連續(xù)監(jiān)測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所的質量濃度轉換系數K值。

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

3.2.4 設計了恒流控制器，實現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 設計了具有發(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，實現了高靈敏度、高穩(wěn)定性，檢測靈敏度達到0.001mg/m3。

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

3.2.7 通過計算機軟件實現儀器零點的自動調節(jié)，提高了儀器測量精度，方便了用戶使用。

3.2.8 儀器的小型化，輕便化以及具有數據存貯及回放功能，即回到實驗室儀器可將所存貯的數據導入PC機進行處理之功能，從而使其更適合公共場所及勞動作業(yè)場所的流動性的粉塵現場測定

3.2.9 儀器設計了定時采樣機構，可根據設定時間定時采樣，定時啟動及關閉，所得數據可通過微型打印機記錄或導入PC機進行數據處理，而使儀器適合于大氣環(huán)境可吸入顆粒物連續(xù)監(jiān)測。

3.2.10 儀器可設定粉塵濃度超標報警閾值，粉塵超標時自動聲光報警，或將信號傳輸到控制中心進行監(jiān)控。

3.2.11 儀器設計了遙測接口，可對空氣凈化器進行評價，繪制凈化效率評價曲線。

3.2.12 除適合公共場所粉塵監(jiān)測的一般測量和適合大氣環(huán)境監(jiān)測的定時采樣外，新增加了勞動衛(wèi)生模式，在此模式下，根據工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標準（GBZ1-2002）和工作場所有害因素接觸限值（GBZ2-2002）標準，計算出時間加權平均值（TWA）以及短時間接觸容許濃度（STEL）。

3.2.13 采用大屏幕液晶顯示器，并實現了漢字菜單提示。

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

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

五.小結

可吸入顆粒物PM10檢測是室內衛(wèi)生檢測的重要組成部分，濾膜采樣稱重法是可吸入顆粒物PM10檢測的基準方法。為了提高公共場所衛(wèi)生檢測中PM10的檢測效率，衛(wèi)生部2002年5月發(fā)布實施了WS/T206-2001《公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測定方法  光散射法》，標準給出了光散射法在公共場所使用的質量濃度轉換系數K植，使光散射法的儀器讀數與基準方法——濾膜稱重法一致，從而解決了光散射法應用的關鍵問題。該標準在適用范圍中規(guī)定:“標準適用于公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度的快速測定，也適用于其他室內空氣中可吸入顆粒物（PM10）濃度的快速測定”,從而為光散射快速測塵儀器在室內衛(wèi)生檢測中應用提供了法律依據。

目前，快速測定技術有了很大的進展，連續(xù)適時檢測與濾膜采樣相結合，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)定性是當前快速測塵儀器的發(fā)展方向。LD-5C型微電腦激光粉塵儀正是根據國際測塵技術*新思路設計的**測塵儀器,在室內衛(wèi)生檢測, 勞動作業(yè)場所衛(wèi)生檢測以及大氣環(huán)境監(jiān)測等領域有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1] WS/T 206-2001 《公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測定方法  光散射法》中華人民共和國衛(wèi)生部 2001-11-14發(fā)布,2002-05-01實施.；

[2] GB/T 17095-1997 《室內空氣中可吸入顆粒物衛(wèi)生標準》國家技術監(jiān)督局, 中華人民共和國衛(wèi)生部  1997-11-11發(fā)布,1998-12-01實施.；

[3] 衛(wèi)生部衛(wèi)監(jiān)督發(fā) [2006] 58號文件：《公共場所集中空調通風系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》附錄C，2006.2.16；

[4] 劉凡等,《P-5L2, LD-1(H) 粉塵儀 測試報告》,中國預防醫(yī)學科學院環(huán)境衛(wèi)生與環(huán)境工程研究所, 1999.11.5.

[5] 朱一川 張 晶,《公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）監(jiān)測之質量濃度轉換系數（K）經驗值的確定》, 中國環(huán)境衛(wèi)生, 第3卷 第3,4期  2000.11.1.

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.