中國計量院為空氣污染物研究提供精準測量

“今天本市空氣的主要污染物為可吸入顆粒物……上月本市空氣主要污染物可吸入顆粒物的日均濃度為0.106毫克每立方米……”相信您對這樣的空氣質(zhì)量報告并不陌生。如今，在不少城市，空氣污染都有進一步加劇的趨勢，越來越多的城市居民開始關(guān)心與他們的健康息息相關(guān)的大氣環(huán)境。空氣質(zhì)量報告就像天氣預報一樣，走進我們的日常生活。但是，你知道環(huán)境監(jiān)測人員又是如何測得空氣中污染物的具體數(shù)據(jù)的嗎？
　　“在有關(guān)空氣污染物的研究中，特別是針對可吸入顆粒物的研究中，我們計量科技發(fā)揮了精準測量的重要作用。”中國計量科學研究院質(zhì)量密度實驗室主任王健告訴記者。
　　我國規(guī)定，目前空氣質(zhì)量判斷必須依據(jù)的污染物有三項：二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物。其中，可吸入顆粒物能隨人體呼吸作用深入肺部，產(chǎn)生毒害作用，因此在空氣質(zhì)量預報中有著重要的意義。
　　王健介紹，清華大學、中國環(huán)境科學研究院等都在進行有關(guān)大氣細顆粒物污染特征的研究。研究中通常使用一種專門的濾紙對空氣中的可吸入顆粒物進行采樣，采樣前后同一片濾紙的質(zhì)量之差即為樣本中可吸入顆粒物的質(zhì)量。再根據(jù)濾紙的面積，計算出采樣環(huán)境中可吸入顆粒物的濃度。也就是說，濾紙采樣前后質(zhì)量測量的精準程度是計算可吸入顆粒物濃度的關(guān)鍵。
　　“計量的任務就是對采樣前后的濾紙進行精確的質(zhì)量測量。”可是，王健所說的“質(zhì)量測量”卻與人們想象中的“稱重”概念完全不同。科研使用的濾紙包括特富龍膜和石英膜，通常為直徑3厘米左右的小圓片。可吸入顆粒物是非常細小的物質(zhì)，甚至無法用肉眼識別。因此，采樣前后濾紙質(zhì)量的變化也非常小，為了精準測量濾紙的質(zhì)量，測量精度必須達到微克數(shù)量級。王健用了一個形象的比喻來說明“微克”到底有多重。“掃地的時候，我們經(jīng)常會看到空氣中漂浮著一些細小的絨毛，一根絨毛的質(zhì)量大約就為15微克。”
　　為了使測量準確度達到要求，實驗對測量的設備、環(huán)境、人員都有非常苛刻的要求。由于濾紙的質(zhì)量受周圍環(huán)境的溫度、濕度及存放時間的影響，因此測量前需要將濾紙在室溫條件下、40%~60%相對濕度條件下嚴格保持24小時后才能進行測量。“作為國家級的計量院，我們擁有先進的恒溫實驗室，可以保證溫度長期穩(wěn)定在20攝氏度，正負偏差只有0.5攝氏度，相對濕度可以控制在40%~60%，完全可以滿足濾紙質(zhì)量測量的環(huán)境要求和存放條件。”王健說。
　　實驗環(huán)境符合要求只是滿足了精準測量的一個條件，對于精度要求達到微克級的測量，測量方法的改進也是一個關(guān)鍵。“對于如此高精度的測量，我們無法采用平常的直接測量方式，因為設備很難滿足這種精度的要求，所以必須在測量方式上進行改進。”王健介紹，配量比較法是專門針對精度要求極高的測量而研究出來的方法。“這種方法的主要特點是用多個高精確度的質(zhì)量標準砝碼組合接近到各個濾紙的質(zhì)量值，然后通過質(zhì)量比較儀得到各濾紙的質(zhì)量。”例如，如果濾紙的質(zhì)量約為125毫克，就采用1個100毫克、1個20毫克、1個5毫克的質(zhì)量標準砝碼組合起來，與濾紙在讀數(shù)能力為1微克的質(zhì)量比較儀上進行比較，然后通過計算得到濾紙的質(zhì)量。“這種方法可以測得濾紙的質(zhì)量準確度達到1微克的數(shù)量級，滿足了測量的要求。”《中國質(zhì)量報》