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关于重量法和β射线吸收原理测量可吸入颗粒物（PM10）的研究

摘要：通过对重量法和β射线吸收法测量可吸入颗粒物PM10的原理、使用优缺点和适用范围的分析，以及

β射线吸收原理PM10自动监测仪与重量法大流量采样器的对比实验和β射线吸收原理自动监测仪在测量沙

尘暴中的数据分析，说明β射线吸收原理PM10自动监测仪在测量空气中污染物PM10的先进性。

关键词：PM10；β射线吸收原理；重量法

1.引言

PM10又称胸部颗粒物，指可吸入颗粒物中能够穿过咽喉进入人体肺部的气管、支气管区和肺泡的那部分

颗粒物，它并不是表示空气动力学直径小于10μm的可吸入颗粒物，而是表示具有D50=10μm，空气动力

学直径小于30μm以下的可吸入颗粒物。其中空气动力学直径指在通常的温度、压力和相对湿度的情况下，

在静止的空气中，与实际颗粒物具有相同重力加速度的密度为1g/cm3的球体直径，实际上是一种假想的球

体颗粒直径；而D50是指在一定的颗粒物体系中，即空气动力学直径范围一定时，颗粒物的累积质量占到总

颗粒物质量一半（50%）时所对应的空气动力学直径，它代表了可吸入颗粒物体系的几何平均空气动力学直

径。

大气中PM10来源广泛，且颗粒物形态各异、成分复杂，对环境和人体健康造成巨大危害，主要表现：

（1）使空气能见度降低，影响人们的正常生活。（2）吸入人体后沉积在呼吸道和肺部，引起呼吸道和肺部

病变。（3）颗粒物中的部分化学物质可降低人体免疫力，并具有潜在的致癌性。（4）落在物体表面，弄脏

或腐蚀物体，造成资源损失。（5）影响其它动植物的正常生长，破坏生态平衡。PM10的污染已引起全世界

的普遍关注，所以加强PM10污染监测至关重要。

2.监测方法简介

2.1重量法

重量法测量PM10浓度普遍采用大流量采样器，原理为采样泵抽取一定体积的空气进入切割器，将空气

动力学直径小于30μm的颗粒物切割分离，PM10颗粒随着气流经切割器的出口被阻留在已称重的滤膜上。

根据采样前后滤膜的质量差及采样体积，计算出PM10的浓度。计算公式为：

式中：C——PM10的质量浓度，mg/m3；

W2——采样后滤膜质量，mg；

W1——采样前滤膜质量，mg；

F——换算成标准状况下的采样流量，L/min；

t——采样时间，min。

2.2β射线吸收原理

β射线吸收原理：原子核在发生β衰变时,放出β粒子。β粒子实际上是一种快速带电粒子，它的穿透能

力较强，当它穿过一定厚度的吸收物质时，其强度随吸收层厚度增加而逐渐减弱的现象叫做β吸收。当吸收

物质的厚度比β粒子的射程小很多时，β射线在物质中的吸收，近似为：

式中：

I0——滤纸没有吸附吸收物质时的β粒子记数值；

I——是β射线穿过吸收物质厚度为tm的滤纸的β粒子记数值；

μm——称为质量吸收系数或质量衰减系数，单位为cm2/mg，对于同一吸收物质，μm与放射能量有

关；

tm——称为质量厚度，单位为mg/cm2。

β射线源采用放射源14C，放射能量在100μCi以下，半衰期为5730年，安全可靠。

β射线吸收原理测量PM10普遍采用国际上流行的β射线吸收原理自动监测仪，仪器利用抽气泵对大气

进行恒流采样，经PM10切割器切割后，大气中的PM10颗粒物吸附在β源和盖革计数管之间的滤纸表面，

采样前后盖革计数管计数值的变化反映了滤纸上吸附灰尘的质量变化，由此可以得到采样空气中PM10的浓

度。

首先，盖革计数管电路记录下β射线通过空白滤纸时的强度I1，由式（2）得：

第二步：恒流抽气系统通过PM10切割器抽入一定体积的样气，PM10颗粒被阻留在仪器滤纸表面上；

第三步：探测器记录下此时β射线的强度，设为I2，由式