中國(guó)計(jì)量院為空氣污染物研究提供精準(zhǔn)測(cè)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(duì)這樣的空氣質(zhì)量報(bào)告并不陌生。如今，在不少城市，空氣污染都有進(jìn)一步加劇的趨勢(shì)，越來(lái)越多的城市居民開(kāi)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(bào)告就像天氣預(yù)報(bào)一樣，走進(jìn)我們的日常生活。但是，你知道環(huán)境監(jiān)測(cè)人員又是如何測(cè)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(duì)可吸入顆粒物的研究中，我們計(jì)量科技發(fā)揮了精準(zhǔn)測(cè)量的重要作用。”中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院質(zhì)量密度實(shí)驗(yàn)室主任王健告訴記者。
　　我國(guó)規(guī)定，目前空氣質(zhì)量判斷必須依據(jù)的污染物有三項(xiàng)：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(yù)報(bào)中有著重要的意義。
　　王健介紹，清華大學(xué)、中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院等都在進(jìn)行有關(guān)大氣細(xì)顆粒物污染特征的研究。研究中通常使用一種專門(mén)的濾紙對(duì)空氣中的可吸入顆粒物進(jìn)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(jì)算出采樣環(huán)境中可吸入顆粒物的濃度。也就是說(shuō)，濾紙采樣前后質(zhì)量測(cè)量的精準(zhǔn)程度是計(jì)算可吸入顆粒物濃度的關(guān)鍵。
　　“計(jì)量的任務(wù)就是對(duì)采樣前后的濾紙進(jìn)行精確的質(zhì)量測(cè)量。”可是，王健所說(shuō)的“質(zhì)量測(cè)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(xì)小的物質(zhì)，甚至無(wú)法用肉眼識(shí)別。因此，采樣前后濾紙質(zhì)量的變化也非常小，為了精準(zhǔn)測(cè)量濾紙的質(zhì)量，測(cè)量精度必須達(dá)到微克數(shù)量級(jí)。王健用了一個(gè)形象的比喻來(lái)說(shuō)明“微克”到底有多重。“掃地的時(shí)候，我們經(jīng)常會(huì)看到空氣中漂浮著一些細(xì)小的絨毛，一根絨毛的質(zhì)量大約就為15微克。”
　　為了使測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到要求，實(shí)驗(yàn)對(duì)測(cè)量的設(shè)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?chē)h(huán)境的溫度、濕度及存放時(shí)間的影響，因此測(cè)量前需要將濾紙?jiān)谑覝貤l件下、40%~60%相對(duì)濕度條件下嚴(yán)格保持24小時(shí)后才能進(jìn)行測(cè)量。“作為國(guó)家級(jí)的計(jì)量院，我們擁有先進(jìn)的恒溫實(shí)驗(yàn)室，可以保證溫度長(zhǎng)期穩(wěn)定在20攝氏度，正負(fù)偏差只有0.5攝氏度，相對(duì)濕度可以控制在40%~60%，完全可以滿足濾紙質(zhì)量測(cè)量的環(huán)境要求和存放條件。”王健說(shuō)。
　　實(shí)驗(yàn)環(huán)境符合要求只是滿足了精準(zhǔn)測(cè)量的一個(gè)條件，對(duì)于精度要求達(dá)到微克級(jí)的測(cè)量，測(cè)量方法的改進(jìn)也是一個(gè)關(guān)鍵。“對(duì)于如此高精度的測(cè)量，我們無(wú)法采用平常的直接測(cè)量方式，因?yàn)樵O(shè)備很難滿足這種精度的要求，所以必須在測(cè)量方式上進(jìn)行改進(jìn)。”王健介紹，配量比較法是專門(mén)針對(duì)精度要求極高的測(cè)量而研究出來(lái)的方法。“這種方法的主要特點(diǎn)是用多個(gè)高精確度的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)砝碼組合接近到各個(gè)濾紙的質(zhì)量值，然后通過(guò)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(gè)100毫克、1個(gè)20毫克、1個(gè)5毫克的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)砝碼組合起來(lái)，與濾紙?jiān)谧x數(shù)能力為1微克的質(zhì)量比較儀上進(jìn)行比較，然后通過(guò)計(jì)算得到濾紙的質(zhì)量。“這種方法可以測(cè)得濾紙的質(zhì)量準(zhǔn)確度達(dá)到1微克的數(shù)量級(jí)，滿足了測(cè)量的要求。”《中國(guó)質(zhì)量報(bào)》