光学颗粒物粒径谱仪原理

2012年5月新推出GRIMM EDM系列气溶胶粒径谱仪/在线环境颗粒物监测仪（德国GRIMM气溶胶技术公司研制生产）。该系列监测仪采用激光散射原理，可同时获得环境大气中PM10、PM2.5、PM1的质量浓度值，并可下载0.25 ~ 32 um范围的31个粒径通道数浓度值。EDM180型在线环境颗粒物/气溶胶粒径谱仪，符合欧洲标准EN 12341 (PM10) 和EN 14907 (PM2.5)，并获得美国EPA认证(PM2.5，认证号：EQPM-0311-195)。EDM180型粒径谱仪是目前唯一通过按重量参考认证的光学系统的环境颗粒物监测仪（PM10和PM2.5）。并成为仅有的一款通过认证的能够同时在线监测PM10和PM2.5的分析仪。

2021年，生态环境部发布《“十四五”全国细颗粒物与臭氧协同控制监测网络能力建设方案》（环办监测函[2021]218号），该方案强调：“十四五”期间将按照“国家负责统一规范和联网、地方负责建设和运维”的模式，进一步加强细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）协同控制监测能力建设。同时，方案中特别提到，要“以交通、工业园区和排污单位为重点开展污染源专项监测，组建和完善全国协同控制监测网络，掌握PM2.5与O3的主要来源、浓度水平、生成机理、传输规律等，更好支撑多污染物协同控制和区域协同治理。”可以说，对颗粒物进行全天候、全方位、全粒径的监测溯源是后续精准治理必不可少的步骤。仪器信息网获悉，河北先河环保科技股份有限公司（以下简称：先河环保）推出颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统，该系统可有效支撑颗粒物与臭氧协同控制。本次第二十一届中国国际环保展览会（CIEPEC2023）上，先河环保携颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统亮相。展会期间，先河环保总裁助理、生态环境物联网与大数据应用技术国家地方联合工程研究中心主任潘本锋接受了仪器信息网的独家采访。先河环保总裁助理、生态环境物联网与大数据应用技术国家地方联合工程研究中心主任潘本锋仪器信息网：从2022年各地区陆续发布“十四五”时期生态环境保护规划中几乎都提到：要加强协同控制PM2.5和臭氧污染。针对该热点，先河环保在产品层面有的解决方案？潘本锋：目前，颗粒物和臭氧是影响大气环境质量的主要污染物，也是目前大气环境治理的重点与难点。而国家提出的加强细颗粒物和臭氧协同控制具体来说，就是要落实“问题、时间、区域、对象、措施”五个精准要求，进而实现污染物的精准监测及溯源解析，为制定城市大气污染控制对策提供必要的科学依据。因此，围绕大气颗粒物污染的精准溯源、科学研判、依法治理，先河环保推出了颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统，该系统可有效支撑颗粒物与臭氧协同控制。图解颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统仪器信息网：该产品（颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统）与传统的空气监测类产品有何不同？在研发设计与技术创新上，有何亮点和突破？潘本锋：颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统是对颗粒物进行全天候、全方位、全粒径的颗粒物监测溯源。这套系统基于颗粒物监测数据，结合源解析算法，对颗粒物分粒径进行实时源解析、及时预警和精准溯源，实现数据的统一收集、统一展示和统一分析。也就是说，这套系统能够协助我们快速确定颗粒物的来源，比如颗粒物是来自于机动车？还是工地扬尘？或是来自于生活源或工业源？类似这样的粒径溯源会为我们下一步的治理提供信息，指导各地开展精细化管控，实现精准治污、科学治污、依法治污，为国家提供可靠和技术与数据支撑。系统采取“一张网、一中心、四应用”的总体架构，布局科学合理，让人一目了然。其中，“一张网”统筹粒径监测、走航监测等各种基础数据；“一中心”集成各源各类大气环境数据资源，实现数据采集汇聚、数据计算研发、数据存储共享、数据资产管理，为数据应用提供服务；“四应用”囊括了实时监测、粒径分析、颗粒物来源解析以及粒径与空气质量关联分析四大模块，实现精准溯源，助力颗粒物污染高效、并持续地改善。目前，这套平台系统已取得软件著作权。仪器信息网：依托这套系统，先河环保能够为各地的颗粒物污染管控带来哪些具体的帮助？潘本锋：依托这一系统，可以为各地大气颗粒物污染管控提供三方面的帮助：一是帮助各地政府构建颗粒物粒径监测网。这套系统通过高精度粒径监测站与微型站的组合方式，以粒径移动监测作为固定站补充，帮助各地政府全面掌握各区域粒径分布与污染来源。粒径监测网可以覆盖环境空气质量评价点、区域预警、道路、工业园区等，实现对区域颗粒物数据的全天候、全方位、全粒径的动态立体监测与评估，为环境颗粒物监管提供数据支撑。环保展上展出高精度粒径监测站与微型站二是协助建设颗粒物粒径监测与溯源决策支持平台。通过建设智慧平台，可实时展示各监测设备状态及监测浓度，并对粒径段数据、粒径分布及变化趋势、粒径浓度变化规律进行统计分析，这便于我们掌握道路扬尘、施工扬尘、固定燃烧源、机动车和工艺过程源等对本地颗粒物污染的贡献，实现对PM10和PM2.5的实时源解析溯源。三是实现颗粒物粒径溯源分析研判服务。依托颗粒物粒径监测与溯源决策支持平台，融合大气环境监测数据及其他专业数据资源，我们提供的颗粒物粒径数据溯源分析研判服务可为政府部门提供准确、及时的数据信息和科学、高效的管控建议，以实现颗粒物污染精准溯源。仪器信息网：目前该系统是否已经进入市场应用阶段，效果怎样？潘本锋：目前，颗粒物粒径监测与溯源决策支持系统已经推向市场，特别是在扬尘精细化治理领域取得了较好的管控效果。目前，先河环保已在河南、河北、山西等区域安排了试点。比如在河北某试点，我们利用粒径谱监测仪、颗粒物粒径溯源解析车等对当地PM10进行来源解析，结果显示，这座城市的扬尘源（道路尘、施工尘）为第一大贡献源，且夜间4μm—10μm大粒径段颗粒物浓度显著高于白天。为此，先河环保专家组协助政府开展常态化、高标准的扬尘源针对性管控，同时狠抓重点时段，强化夜间粗颗粒管控，提出了许多管控建议。比如，进一步强化施工工地治理、采取道路清洗湿扫、严格重点运输车辆扬尘管控等措施。经过几天的综合整治，该试点扬尘污染控制效果明显，扬尘污染数据及大粒径段污染占比下降明显。仪器信息网：立足十四五，展望未来，先河环保将在哪些领域进一步加强布局？潘本锋：步入十四五以来，先河环保紧抓“高质量发展与技术创新”，并积极布局下一步的技术创新和产业规划。我们力争将科技创新有效转变为产品创新、模式创新、应用创新，驱动公司技术和高质量发展共同进步。当前，“双碳”是各地政府关注的重点，先河环保围绕国家降碳、减污、扩绿等目标，持续推动生态环境和“双碳”全产业链业务，并将整合生态环境监测、监管和治理全产业链的创新资源，紧扣以生态大脑为核心的生态环境大数据分析、环境治理体系，加快构建生态环境的产业创新。我们将持续构建高效、精准、专业的现代化治理体系，不断推进源头治理、系统治理、综合治理业务的创新与深耕，协助区域生态环境质量持续改善和区域经济协调绿色发展，进而推动整个生态环境产业做大做强。先河环保展台后记：本次，先河环保还带来了水生态、污水治理、交通污染监测、温室气体监测等众多明星产品，覆盖了多个领域。潘本锋特别介绍到，随着大家对“双碳”愈发加大关注，先河环保在未来还会在温室气体方面加强与相关科研机构的合作，并推出新的产品。比如本次带来的XHCRDS100P高精度温室气体在线监测系统可以对大气环境中的温室气体(CO2，CO，H2O，CH4)进行精准实时监测。预知该系统详情，请持续关注仪器信息网有关环保展温室气体监测领域的后续报道。

水是生命之源。我们日常看到的纯净水、矿泉水、自来水、井水、河水等各种各样的不同的水。那么，它们是不是真的干净，能不能直接饮用呢？肉眼很难分辨。其实，关于水质检测有严格的标准，其中很重要的一项就是水中不溶性颗粒物的检测。让我们用Bettersize C400来检测一下。右图. BettersizeC400光学颗粒计数器BettersizeC400采用国际先进的光阻与角散射结合技术，配合高灵敏度检测器和高速信号采集与传输系统，可准确的检测出0.5-400μm的颗粒数量和粒度分布。当水从毛细管测量区流过时，如果水中有颗粒，激光会因为颗粒的遮挡和散射产生瞬间变化信号，这个信号的大小与颗粒大小成正比，通过传感器将这些信号收集起来，再用专门的软件处理，就能得到颗粒个数和粒度分布信息。我们用Bettersize C400对某地河水样品进行不溶性颗粒测试，结果如下表和下图所示。从上表和图中可以看到，看起来与瓶装水没有什么差异的河水，每毫升居然有超过3000个不溶性颗粒，这些颗粒有泥沙、金属氧化物、盐类、矿物质、胶体、有机物、微生物等，它们有的对人体有益，有的对人体有害，有的对人体影响不大，但从饮用水安全角度看，即使看上去是清清的河水，也不宜直接饮用。在万不得已时要饮用河水，最好先用净水器去除其中的颗粒物。从上表和图中可以看出，经过过滤后的河水颗粒物去除率超过90%，安全性将大大提升。我们再用Bettersize C400分别对5种常见品牌的纯净水进行不溶性颗粒物含量测试，结果如下：从上表和图可以看出，市面上5种常见品牌的纯净水中，每毫升中所含的不溶性颗粒物很少，而且大于10微米的颗粒物几乎没有，与河水相比简直是天壤之别。可见，常见品牌的纯净水可以放心饮用。但纯净水中缺少微量元素，因此它不能替代最常用的自来水。通过上述试验可知，Bettersize C400光学颗粒计数分析仪能“看”到水中粒径很小、数量又很少的不溶性颗粒物，在水质检测方面将发挥着重要作用。