中國計量院為空氣污染物研究提供精準測量

測測一根絨毛的重量

中國計量院為空氣污染物研究提供精準測量

　　 “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……”相信您對這樣的空氣質量報告并不陌生。如今，在不少城市，空氣污染都有進一步加劇的趨勢，越來越多的城市居民開始關心與他們的健康息息相關的大氣環境。空氣質量報告就像天氣預報一樣，走進我們的日常生活。但是，你知道環境監測人員又是如何測得空氣中污染物的具體數據的嗎？

　　 “在有關空氣污染物的研究中，特別是針對可吸入顆粒物的研究中，我們計量科技發揮了精準測量的重要作用。”中國計量科學研究院質量密度實驗室主任王健告訴記者。

　　 我國規定，目前空氣質量判斷必須依據的污染物有三項：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，產生毒害作用，因此在空氣質量預報中有著重要的意義。

　　 王健介紹，清華大學、中國環境科學研究院等都在進行有關大氣細顆粒物污染特征的研究。研究中通常使用一種專門的濾紙對空氣中的可吸入顆粒物進行采樣，采樣前后同一片濾紙的質量之差即為樣本中可吸入顆粒物的質量。再根據濾紙的面積，計算出采樣環境中可吸入顆粒物的濃度。也就是說，濾紙采樣前后質量測量的精準程度是計算可吸入顆粒物濃度的關鍵。

　　 “計量的任務就是對采樣前后的濾紙進行精確的質量測量。”可是，王健所說的“質量測量”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小的物質，甚至無法用肉眼識別。因此，采樣前后濾紙質量的變化也非常小，為了精準測量濾紙的質量，測量精度必須達到微克數量級。王健用了一個形象的比喻來說明“微克”到底有多重。“掃地的時候，我們經常會看到空氣中漂浮著一些細小的絨毛，一根絨毛的質量大約就為15微克。”

　　 為了使測量準確度達到要求，實驗對測量的設備、環境、人員都有非常苛刻的要求。由于濾紙的質量受周圍環境的溫度、濕度及存放時間的影響，因此測量前需要將濾紙在室溫條件下、40%~60%相對濕度條件下嚴格保持24小時后才能進行測量。“作為國家級的計量院，我們擁有先進的恒溫實驗室，可以保證溫度長期穩定在20攝氏度，正負偏差只有0.5攝氏度，相對濕度可以控制在40%~60%，完全可以滿足濾紙質量測量的環境要求和存放條件。”王健說。

　　 實驗環境符合要求只是滿足了精準測量的一個條件，對于精度要求達到微克級的測量，測量方法的改進也是一個關鍵。“對于如此高精度的測量，我們無法采用平常的直接測量方式，因為設備很難滿足這種精度的要求，所以必須在測量方式上進行改進。”王健介紹，配量比較法是專門針對精度要求極高的測量而研究出來的方法。“這種方法的主要特點是用多個高精確度的質量標準砝碼組合接近到各個濾紙的質量值，然后通過質量比較儀得到各濾紙的質量。”例如，如果濾紙的質量約為125毫克，就采用1個100毫克、1個20毫克、1個5毫克的質量標準砝碼組合起來，與濾紙在讀數能力為1微克的質量比較儀上進行比較，然后通過計算得到濾紙的質量。“這種方法可以測得濾紙的質量準確度達到1微克的數量級，滿足了測量的要求。”