PM_2.5是什么？

如果是初次接觸，“PM_2.5”這一串字符也許會(huì)讓你看得云里霧里，不知所云。其實(shí)它有一個(gè)容易理解的中文名——細(xì)顆粒物，是對(duì)空氣中直徑小于或等于2.5微米的固體顆?；蛞旱蔚目偡Q。這些顆粒如此細(xì)小，肉眼是看不到的，它們可以在空氣中漂浮數(shù)天。人類纖細(xì)的頭發(fā)直徑大約是70微米，這就比最大的PM_2.5還大了近三十倍。

PM是英文particulate matter（顆粒物）的首字母縮寫。準(zhǔn)確的PM_2.5定義要在“直徑”之前加一個(gè)修飾 語(yǔ)“空氣動(dòng)力學(xué)”，這可不是故作高深。空氣中的顆粒物并非是規(guī)則的球形，那怎么定義又怎么測(cè)量其直徑呢？在實(shí)際操作中，如果顆粒物在通過(guò)檢測(cè)儀器時(shí)所表現(xiàn) 出的空氣動(dòng)力學(xué)特征與直徑小于或等于2.5微米且密度為1克/立方厘米的球形顆粒一致，那就稱其為PM_2.5。這樣的定義也就決定了在測(cè)定PM_2.5時(shí)，需要利用空氣動(dòng)力學(xué)原理把PM_2.5與更大的顆粒物分開(kāi)，而不是用孔徑為2.5微米的濾膜來(lái)分離。

知道了PM_2.5的定義，就很容易得出PM₁₀的定義了——將定義中的2.5換成10即可，PM₁₀也被稱為可吸入顆粒物。在PM₁₀中，直徑在2.5至10微米之間的顆粒物被稱為粗顆粒物，與細(xì)顆粒物相對(duì)。

PM_2.5的成分？

雖然自然過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生PM_2.5，但其主要來(lái)源還是人為排放。人類既直接排放PM_2.5，也排放某些氣體污染物，在空氣中轉(zhuǎn)變成PM_2.5。直接排放主要來(lái)自燃燒過(guò)程，比如化石燃料（煤、汽油、柴油）的燃燒、生物質(zhì)（秸稈、木柴）的燃燒、垃圾焚燒。在空氣中轉(zhuǎn)化成PM_2.5的氣體污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨氣、揮發(fā)性有機(jī)物。其它的人為來(lái)源包括：道路揚(yáng)塵、建筑施工揚(yáng)塵、工業(yè)粉塵、廚房煙氣。自然來(lái)源則包括：風(fēng)揚(yáng)塵土、火山灰、森林火災(zāi)、漂浮的海鹽、花粉、真菌孢子、細(xì)菌。

PM_2.5的來(lái)源復(fù)雜，成分自然也很復(fù)雜。主要成分是元素碳、有機(jī)碳化合物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽。其它的常見(jiàn)的成分包括各種金屬元素，既有鈉、鎂、鈣、鋁、鐵等地殼中含量豐富的元素，也有鉛、鋅、砷、鎘、銅等主要源自人類污染的重金屬元素。

2000年有研究人員測(cè)定了北京的PM_2.5來(lái)源：塵土占20%；由氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化而來(lái)的硫酸鹽、硝酸鹽、氨鹽各占17%、 10%、6%；燒煤產(chǎn)生7%；使用柴油、汽油而排放的廢氣貢獻(xiàn)7%；農(nóng)作物等生物質(zhì)貢獻(xiàn)6%；植物碎屑貢獻(xiàn)1%。有趣的是，吸煙也貢獻(xiàn)了1%，不過(guò)這只是 個(gè)粗略的科學(xué)估算，并不一定準(zhǔn)確[1]。該研究中也測(cè)定了北京PM_2.5的成分：含碳的顆粒物，硫酸根，硝酸根，銨根加在一起占了重量了69% 。類似地，1999年測(cè)定的上海PM_2.5中有41.6%是硫酸銨、硝酸銨，41.4%是含碳的物質(zhì)[2]。

PM_2.5對(duì)健康的危害？

PM_2.5主要對(duì)呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成傷害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困難、降低肺功能、加重哮喘、導(dǎo)致慢性支氣管炎、心律失常、非致命性的心臟病、心肺病患者的過(guò)早死[3]。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM_2.5污染的敏感人群。嚴(yán)重的是產(chǎn)生顆粒肺部沉積
如果空氣中PM_2.5的濃度長(zhǎng)期高于10微克/立方米，死亡風(fēng)險(xiǎn)就開(kāi)始上升。濃度每增加10微克/立方米，總的死亡風(fēng)險(xiǎn)就上升4%，得心肺疾病的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升6%，得肺癌的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升8%[4-5]。 PM2.5的危害固然不可忽視，但仍不可與吸煙相比。對(duì)于煙民而言，千萬(wàn)不要有“反正空氣污染，抽不抽煙一個(gè)樣”的心理。吸煙可使男性得肺癌死亡的 風(fēng)險(xiǎn)上升22倍（也就是上升2200%），女性的風(fēng)險(xiǎn)上升12倍（1200%）；使中年人得心臟病死亡的風(fēng)險(xiǎn)上升2倍（200%）

PM_2.5的標(biāo)準(zhǔn)

自從美國(guó)于1997年率先制定PM_2.5的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，許多國(guó)家都陸續(xù)跟進(jìn)將PM_2.5納入監(jiān) 測(cè)指標(biāo)。如果單純從保護(hù)人類健康的目的出發(fā)，各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)理應(yīng)一樣，因?yàn)橹贫?biāo)準(zhǔn)所依據(jù)的是相同的科學(xué)研究結(jié)果。然而，標(biāo)準(zhǔn)的制定還需考慮各國(guó)的污染現(xiàn)狀和 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，在一個(gè)空氣污染嚴(yán)重的發(fā)展中國(guó)家制定極為嚴(yán)格的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)只能成為一個(gè)華麗的擺設(shè)，沒(méi)有實(shí)際意義。根據(jù)美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)和哈佛大學(xué)的研究結(jié) 果，世界衛(wèi)生組織（WHO）于2005年制定了PM_2.5的準(zhǔn)則值。高于這個(gè)值，死亡風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)顯著上升。WHO同時(shí)還設(shè)立了三個(gè)過(guò)渡期目標(biāo)值，為目前還無(wú)法一步到位的地區(qū)提供了階段性目標(biāo)，其中目標(biāo)-1的標(biāo)準(zhǔn)最為寬松，目標(biāo)-3最嚴(yán)格[5]。

下表列舉了WHO以及幾個(gè)有代表性的國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)擬實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)與WHO過(guò)渡期目標(biāo)-1相同。美國(guó)和日本的標(biāo)準(zhǔn)一樣，與目標(biāo)-3基本一致。歐盟的 標(biāo)準(zhǔn)略微寬松，與目標(biāo)-2一致，澳大利亞的標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格，年均標(biāo)準(zhǔn)比WHO的準(zhǔn)則值還低。標(biāo)準(zhǔn)的寬嚴(yán)程度基本反映了各國(guó)的空氣質(zhì)量情況，空氣質(zhì)量越好的國(guó) 家就越有能力制定和實(shí)施更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

測(cè)定PM_2.5

空氣中漂浮著各種大小的顆粒物，PM_2.5是其中較細(xì)小的那部分（定義見(jiàn)問(wèn)答1）。不難想到，測(cè)定PM_2.5的濃度需要分兩步走：（1）把PM_2.5與較大的顆粒物分離；（2）測(cè)定分離出來(lái)的PM_2.5的重量。目前，各國(guó)環(huán)保部門廣泛采用的PM_2.5測(cè)定方法有三種：重量法、β射線吸收法和微量振蕩天平法。這三種方法的第一步是一樣的，區(qū)別在于第二步。

將PM_2.5直接截留到濾膜上，然后用天平稱重，這就是重量法。值得一提的是，濾膜并不能把所有的PM_2.5都收集到，一些極細(xì)小的顆粒還是能穿過(guò)濾膜。只要濾膜對(duì)于0.3微米以上的顆粒有大于99%的截留效率，就算是合格的[19]。損失部分極細(xì)小的顆粒物對(duì)結(jié)果影響并不大，因?yàn)槟遣糠诸w粒對(duì)PM_2.5的重量貢獻(xiàn)很小。

重量法是最直接、最可靠的方法，是驗(yàn)證其它方法是否準(zhǔn)確的標(biāo)桿。然而重量法需人工稱重，程序繁瑣費(fèi)時(shí)。如果要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，就需要用到另外兩種方法。

β射線吸收法：將PM_2.5收集到濾紙上，然后照射一束beta射線，射線穿過(guò)濾紙和顆粒物時(shí)由于被散射而衰減，衰減的程度和PM_2.5的重量成正比。根據(jù)射線的衰減就可以計(jì)算出PM_2.5的重量[20]。美國(guó)大使館那臺(tái)知名度很高的儀器依據(jù)的就是此原理。

微量振蕩天平法：一頭粗一頭細(xì)的空心玻璃管，粗頭固定，細(xì)頭裝有濾芯。空氣從粗頭進(jìn)，細(xì)頭出，PM_2.5就被截留在濾芯上。在電場(chǎng)的作用下，細(xì)頭以一定頻率振蕩，該頻率和細(xì)頭重量的平方根成反比。于是，根據(jù)振蕩頻率的變化，就可以算出收集到的PM_2.5的重量[20]。

將PM_2.5分離出來(lái)的切割器又是怎么工作的呢？在抽氣泵的作用下，空氣以一定的流速流過(guò)切割器時(shí)，那些較大的顆粒因?yàn)閼T性大，一頭撞在涂了油的部件上而被截留，慣性較小的PM_2.5則能絕大部分隨著空氣順利通過(guò)。也許你已經(jīng)覺(jué)察到，這和發(fā)生在我們呼吸道里的情形是非常相似的：大顆粒易被鼻腔、咽喉、氣管截留，而細(xì)顆粒則更容易到達(dá)肺的深處，從而產(chǎn)生更大的健康風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于PM_2.5的切割器來(lái)說(shuō)，2.5微米是一個(gè)踩在邊線上的尺寸。直徑恰好為2.5微米的顆粒有50%的概率能通過(guò)切割器。大于2.5微米的顆粒并非全被截留，而小于2.5微米的顆粒也不是全都能通過(guò)。例如，按照《環(huán)境空氣PM₁₀和PM_2.5的測(cè)定 重量法》的要求，3.0微米以上顆粒的通過(guò)率需小于16%，而2.1微米以下顆粒的通過(guò)率要大于84%[21]。

特殊的結(jié)構(gòu)加上特定的空氣流速共同決定了切割器對(duì)顆粒物的分離效果，這兩者稍有變化，就會(huì)對(duì)測(cè)定產(chǎn)生很大影響，而使結(jié)果失去可比性。因此，美國(guó)環(huán)保局在1997年制定世界上第一個(gè)PM_2.5標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，一并規(guī)定了切割器的具體結(jié)構(gòu)[16]。于是，雖然 PM_2.5的測(cè)定儀器有不少品牌，它們外觀卻極為相似。

霧霾與PM_2.5

雖然肉眼看不見(jiàn)空氣中的顆粒物，但是顆粒物卻能降低空氣的能見(jiàn)度，使藍(lán)天消失，天空變成灰蒙蒙的一片，這種天氣就是灰霾天。根據(jù)《2010年灰霾試點(diǎn)監(jiān)測(cè)報(bào)告》，在灰霾天，PM_2.5的濃度明顯比平時(shí)高，PM_2.5的濃度越高，能見(jiàn)度就越低[23]。

雖然空氣中不同大小的顆粒物均能降低能見(jiàn)度，不過(guò)相比于粗顆粒物，更為細(xì)小的PM_2.5降低能見(jiàn)度的能力更強(qiáng)。能見(jiàn)度的降低其本質(zhì)上是可見(jiàn)光的傳播受到阻礙。當(dāng)顆粒物的直徑和可見(jiàn)光的波長(zhǎng)接近的時(shí)候，顆粒對(duì)光的散射消光能力最強(qiáng)?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)在0.4-0.7微米之間，而粒徑在這個(gè)尺寸附近的顆粒物正是PM_2.5的主要組成部分。理論計(jì)算的數(shù)據(jù)也清楚地表明這一點(diǎn)：粗顆粒的消光系數(shù)約為0.6平方米/克，而PM_2.5的消光系數(shù)則要大得多，在1.25-10平方米/克之間，其中PM_2.5的主要成分硫酸銨、硝酸銨和有機(jī)顆粒物的消光系數(shù)都在3左右，是粗顆粒的5倍[24]。所以，PM_2.5是灰霾天能見(jiàn)度降低的主要原因。

值得一提的是，灰霾天是顆粒物污染導(dǎo)致的，而霧天則是自然的天氣現(xiàn)象，和人為污染沒(méi)有必然聯(lián)系。兩者的主要區(qū)別在于空氣濕度，通常在濕度大于90%時(shí)稱之為霧，而濕度小于80%時(shí)稱之為霾，濕度在80-90%之間則為霧霾的混合體[25]。