“暗战”20亿市场 PM2.5监测设备采购玄机

　　本报记者  王尔德  北京报道

　　随着新晋空气监测指标PM2.5纳入新国标，原本沉寂的PM2.5监测行业成为众所注目的“蓝海”。

　　本报获悉，中国环境监测总站已调集了国内外主要PM2.5监测厂商的产品，着手进行PM2.5自动监测方法适用性比对测试工作，对不同厂家、不同原理的环境空气自动监测仪进行单机比对测试，以全面了解PM2.5监测中各种自动监测方法与手工标准监测方法之间的差异。

　　“比对的结果将成为未来PM2.5监测技术路线确定、监测技术规范编制的重要参考。”一位地方环保官员对本报表示，而不同监测技术路线背后的不同产业，也正在紧张地进行着博弈，以期在未来占据更大的市场份额。

　　根据环保部初步估算，全国388个地级以上城市在PM2.5监测设备上的总投入需20多亿元。在此背景下，日前媒体的一则报道特别引人注目。该报道指出，振荡天平法监测结果较β射线法偏低15%-17%，这也是去年北京环保局比美国大使馆监测数据低的原因之一(北京市环保局监测仪器采用振荡天平法，美国大使馆监测仪器采用β射线法)。

　　显然，过亿的“污染生意”即将开启，但PM2.5监测数据的“打架”，势必倒逼国内监测设备采购标准出台。这也将影响到采取不同技术路线的企业商业利益。

　　本报获悉，环保部正在起草有关PM2.5监测仪器的采购和使用指导意见，并有望于3月发布。

　　1.数字玄机背后的技术路径争议

　　PM2.5事件的持续升温，让原本复杂的PM2.5监测技术进入公众视野。

　　PM2.5的自动监测方法，环保部环境监测司副司长朱建平曾公开表示，从专业角度来说，有三种国际认可的方法，一个是振荡天平法，一个是β射线法，还有一个是光谱法(又称光散射法)。

　　“第三种方法是主要测量PM2.5的数量浓度，关注的是M2.5的个数，因此主要用于气象部门的能见度监测研究。”中国科学院大气物理研究所研究员、中国生态系统研究网络(CERN)大气科学分中心主任王跃思对本报记者表示，而如果将数量浓度转化为环保部门所需的质量浓度，其准确度将会大幅下降。因此，环保部门很少采用这种方法，而主要采用前两种方法。

　　资料显示，所谓振荡天平法，又称微量石英振荡天平法。该方法是在质量传感器内使用一个石英空心锥形管，在空心锥形管振荡端上安放可更换的滤膜，振荡频率取决于石英锥形管特性和它的质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜质量变化导致振荡频率变化，通过测量振荡频率的变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据采样流量、采样现场环境温度和气压计算出该时段的颗粒物标态质量浓度。

　　“这种技术的优点是定量关系明确，缺点是目前的技术无法解决样品加热后挥发性和半挥发性物质的损失，导致测定结果被认为偏低，也正因为如此该技术需要加装膜动态测量系统(Filter Dynamic Measurement System，以下简称FDMS)对偏低的结果进行校准。”王跃思对本报记者分析。

　　在振荡天平法之外，另一种称之为β射线法，其基本原理是利用堆积在石英滤膜上的颗粒物对碳-14释放的β射线衰减量的变化检测大气颗粒物质量的变化。环境空气由采样泵经切割器吸入采样管，经过滤膜后排出。颗粒物沉淀在条状石英滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，β射线强度发生衰减，通过对衰减量的测定计算出颗粒物的浓度。

　　“这一方法是基于两个假设，其一是仪器的石英采样滤膜条带均一，其二是采集下来的PM2.5粒子物理特性均一，对β射线强度衰减率相同。而上述两个在现实条件下，假设往往并不成立，因此测定数据一般被认为也存在偏差。”王跃思表示，这种检测方法在相对干净和干燥的地区故障率低，在潮湿高温区域故障率也很高。

　　对此，中国气象科学研究院的一个专家对本报指出，无论是振荡天平法还是β射线法在实践中都各有优劣，其使用必须与标准称重法(又称滤膜称重法)进行校准。

　　根据王跃思的介绍，所谓标准称重法只需要一个PM2.5切割头、一台泵和膜架及其滤膜，采集24小时样品后，取下滤膜称重即可，必要时可以平行采集3个样品，经恒温恒湿后再称重。

　　“从科学的角度讲，这种方法也有缺点，气流长时间不断通过采样滤膜，滤膜上采集到的物质随着气流和温度的变化也会造成挥发性和半挥发性物质的损失，同时一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜造成结果偏低；相反，气态物质也可能被滤膜吸附，造成结果偏高。”王跃思指出，但这种方法经济成本低，容易实施。

　　2.β射线法PK振荡天平法？

　　尽管专家称上述两种监测方法各有所长，但是一则关于两种方法PK的消息在舆论界传得沸沸扬扬。

　　中国环境监测总站网站显示，2011年12月14日，在“关于贯彻温总理指示精神抓紧筹划PM2.5监测讨论会”上，监测总站介绍了国内外开展的PM2.5监测方法的比对研究工作时提到，监测总站和上海市环境监测中心开展的研究表明，振荡天平法监测结果较β射线法偏低15%-17%。

　　正是基于这则消息，有媒体称，这正是美国大使馆与北京市环保局监测结果不同的原因之一，因为美国大使馆使用的是美国METONE生产的β射线法仪器，而北京市环保局使用的则是赛默飞世尔(也被翻译为美国热电公司)生产的振荡天平法仪器。

　　“从科学原理的角度来看，某项研究结果只能说明当时研究时使用的某些监测仪厂家的某一个型号的产品的情况，其监测结果也与周围的气候环境、操作人员对设备的质量控制和使用规范有关，而不能简单地由此得出不同监测方法之间的比较结论。”中国环境监测总站大气室主任王瑞斌对本报记者解释。

　　对此，王跃思认为， 振荡天平法与β射线法之间的监测结果比对意义不大，其科学原理和使用规范不同，又各自有自己的缺陷，“如果要进行比对，应该拿两种自动仪器的观测结果与标准称重法进行比对，看有多少误差，相关性有多高。”

　　上海市环境监测中心总工程师伏晴艳表示，上海刚刚开展PM2.5监测数据的比对，至今还未对外发布相关数据。

　　“即便真的存在振荡天平法监测结果较β射线法偏低15%-17%这种说法，我们也必须对此做准确理解。”王跃思解释，这个说法并非是一个普遍的结论，因为无论是振荡天平法还是β射线法其不同型号的仪器，在不同季节或者不同地点，其监测结果可能差别较大。

　　3.缺乏“加装设备”的争论

　　无论是业内人士还是专家，对于振荡天平法都有一个共识的看法：监测结果较低的一个原因，在于其技术无法解决样品加热后挥发性和半挥发性物质的损失。

　　这一点也为英国环境食品农业事务部及其下属机构委托BUREAU VERITAS 的2006年的一项研究结果所证明。该研究指出，赛默飞世尔需在基于振荡天平法的PM2.5分析仪基础上增加FDMS(主要用于校正振荡天平法监测仪因半挥发性颗粒物的质量损失引起的测量结果偏差而研发的系统)，数据才较为准确。

　　资料显示，FDMS的工作原理为：气样通过FDMS的进样管干燥后进入监测仪，大气样品中的颗粒物沉积在监测仪的滤膜上，并测定一段时间后滤膜上的颗粒物重量，计算出颗粒物的质量浓度；之后通过FDMS的

　　切换阀，气样进入FDMS的冷凝器，大气中的颗粒物和有机物等组分被冷凝并被滤膜截留，通过冷凝器之后的纯净气流再进入监测仪测量，由于此时气样不含颗粒物，因此滤膜不会增重，反而因滤膜上的半挥发性颗粒物的持续挥发，而造成滤膜减轻重量，减轻的重量即是半挥发性颗粒物损失的质量；假设在两次相同时间的测量过程中，监测仪滤膜上损失的质量相等，将第一次测得的颗粒物质量浓度加上第二次测得的半挥发性颗粒物的损失量，即得到校正后的颗粒物浓度。

　　“FDMS在理论上是完美的，我称之为自恋程序，其设计非常完美，但在产品技术上尚未成熟。”王跃思指出，FDMS对环境的要求也较高，适合在干燥和干净的环境下运行。