大氣顆粒物( PM) 是指分散在空氣中的空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑( dp ) 為 0. 001 ～ 100 μm 的固體或液體微粒［1-2］。大氣顆粒物通過(guò)呼吸進(jìn)入到人體，對(duì)人體造成嚴(yán)重的影響和危害［2-4］。特別是dp≤2. 5 μm 的細(xì)顆粒物( PM2. 5 ) 可沉積于小氣道與肺泡中，直接或間接地危害人體健康根據(jù)研究目的不同，顆粒物的采集手段可以簡(jiǎn)［5］。因此，大氣顆粒物已成為環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)指標(biāo)之一。單分為 2 種: 一種是用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的采樣手段，另一種則是屬于非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的采樣手段。大氣顆粒物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可及時(shí)地提供顆粒物濃度、粒徑以及某些化學(xué)成分的信息［6］。但這些儀器價(jià)格昂貴，而且很難提供顆粒物的全面理化性質(zhì)信息。大氣顆粒物的非實(shí)時(shí)性碰撞、截留、重力沉降、靜電吸引、熱力或擴(kuò)散等原理將顆粒物從環(huán)境空氣中分離出來(lái)，并收集在濾監(jiān)測(cè)的采樣手段一般是通過(guò)膜上［7-8］。這些方法簡(jiǎn)單易行、技術(shù)靈活、設(shè)備經(jīng)濟(jì)，且所采得的樣品可用多種手段進(jìn)行化學(xué)成分的慣分布綜合分析。因此，膜采樣法具有不可替代性。以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家，相繼開(kāi)發(fā)出了一些大氣顆粒物非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采樣技術(shù)設(shè)備，并集的分析技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)相對(duì)缺少中低流量顆粒物采樣器，特別是雙通道或多通道采樣器。雙通道或多通道采樣器不僅可以分別控制每個(gè)通道的采樣流量，收集用于不同分析目的的采樣量，而且每個(gè)成了一些相關(guān)通道可選用不同采樣膜，用于不同組的采樣誤差，方便數(shù)據(jù)的相關(guān)分析。因此，研制體積較小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好的大氣顆粒物雙通道分的分析。同時(shí)，雙通道或多通道采樣器十分必要。盡管?chē)?guó)內(nèi)已經(jīng)有一些課題組或企業(yè)研制了采樣器［9-12］，但仍不能完全滿或多通道采樣器足現(xiàn)階段監(jiān)測(cè)和科研需求。因此，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)聯(lián)合有關(guān)單位自主開(kāi)發(fā)了雙通道大氣顆粒物采樣會(huì)減少因不同儀器造大氣顆粒物采樣器的原理如圖 1 所示。在真空泵的作用下，環(huán)境空氣經(jīng)由粒徑切割器進(jìn)入采成器，可實(shí)現(xiàn)大氣總懸浮顆粒物( TSP) 、可吸樣器，后被分成 2 個(gè)通道，再經(jīng)過(guò)濾膜、流量傳感器、比例閥，最后由泵排出。粒徑切割器是根據(jù)重力沉降、離心分離或沖擊分離等原理分選粒徑的裝置，即較大粒徑的顆粒物被切割器分離去除，而所需粒徑的顆粒物可透過(guò)切割器被濾膜收集得到大氣顆粒物樣品。選用不同的粒徑切割器( 美國(guó)環(huán)保局認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)粒徑切割器) ，可分別收，即入顆粒集大氣性，通常為了保證采如圖 2 所示，控制單元的設(shè)計(jì)主要包括控制系統(tǒng)( 單片機(jī)) 、人機(jī)交互系統(tǒng)( 鍵盤(pán)和顯示屏) 、流量控制單元和各種傳感器。控制系統(tǒng)為自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的單片機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集、采樣器運(yùn)行參數(shù)設(shè)定、流量控制以及數(shù)據(jù)等功能。不僅如此，控制系統(tǒng)還通過(guò)控制繼電器，可定時(shí)或手動(dòng)開(kāi)關(guān)真空泵，達(dá)到智能采樣。流量控制單元由流量控制板、比例閥和流量傳感器組成，用以設(shè)定和精確控制采樣流量。讀寫(xiě)和存儲(chǔ)集樣品具有代表性，采樣時(shí)間 TSP、PM2.5粒計(jì)、加工的，不同的粒徑切割器都有相對(duì)應(yīng)的額定采樣流量( 一般都為體積流量) ，因而其分離性能徑切割器一般都是根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理設(shè)為保證采樣過(guò)程中流量的穩(wěn)定，該采樣器由控制系統(tǒng)和流量控制單元來(lái)精確控制每個(gè)通道的體積流量，具體實(shí)現(xiàn)方法: 控制系統(tǒng)對(duì)每個(gè)通道的體積流量值進(jìn)行預(yù)設(shè)，并把預(yù)設(shè)信號(hào)指令傳送給流量控制板，流量控制板同時(shí)收到流量傳感器傳回的每個(gè)通道的實(shí)測(cè)體積流量信號(hào)，當(dāng)信號(hào)不一致時(shí)，流量控制板會(huì)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)比例閥的大小，直到流量傳感器實(shí)測(cè)體積流量值與預(yù)設(shè)流量值相當(dāng)。在實(shí)際采樣中，隨著采樣時(shí)間的推進(jìn)，每個(gè)通道都會(huì)因采樣膜的阻力增大而導(dǎo)致體積流量減小，而流量傳感器、比例閥和流量控制板組成的閉合回路系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)校正因采樣膜阻力改變所引觀測(cè)結(jié)果的比對(duì)，其中 02-A 是自制采樣器編號(hào)為02 的 A 通道樣品測(cè)量結(jié)果( A 通道流量設(shè)定值為28 L /min) ，03-A 和 03-B 分別是自制采樣器編號(hào)為 03 的 A、B 通道樣品測(cè)量結(jié)果( A、B 通道流量設(shè)定值均為 21 L /min) 。在同一采樣點(diǎn)對(duì) 2 臺(tái)自制采集器進(jìn)行了平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。圖 3 是采用 2 臺(tái)自制采樣器( A 和 B)觀測(cè) PM2. 5的結(jié)果。由圖 3 可知 2 臺(tái)自制采樣器測(cè)定大氣 PM2. 5 質(zhì)量濃度( μg /m3 ) 的函數(shù)關(guān)系式為 y = 1. 069 3x( r = 0. 999 2) ，結(jié)果表明 2 臺(tái)自制采樣器具有很高的一致性和穩(wěn)定性。觀測(cè)結(jié)果的比對(duì)，其中 02-A 是自制采樣器編號(hào)為02 的 A 通道樣品測(cè)量結(jié)果( A 通道流量設(shè)定值為28 L /min) ，03-A 和 03-B 分別是自制采樣器編號(hào)為 03 的 A、B 通道樣品測(cè)量結(jié)果( A、B 通道流量設(shè)定值均為 21 L /min) 。在 2011 年深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)( 簡(jiǎn)稱大運(yùn)會(huì)) 期間( 8 月 12—23 日) 和大運(yùn)會(huì)后( 8 月 24 日至 9 月 4 日) 利用自制的采樣器進(jìn)行了為期 24 d野外觀測(cè)。共 2 個(gè)采樣點(diǎn)，一個(gè)位于南山區(qū)北京大學(xué)深圳研究生院( 環(huán)境能源樓 4 樓頂，簡(jiǎn)稱北大) ，另一個(gè)位于龍崗區(qū)大運(yùn)會(huì)田徑場(chǎng)館東約 500 m 的 31 層樓頂( 簡(jiǎn)稱龍崗) 。2 個(gè)采樣點(diǎn)相距約45 km，每個(gè)采樣點(diǎn)安置自制采樣器 2 臺(tái)，得到了3 組 PM2. 5質(zhì)量濃度的數(shù)據(jù)( 均選用 UＲG 公司生產(chǎn)的 PM2. 5切割頭，進(jìn)樣口額定體積流量值為 42 L /min) 。樣品的采集濾膜使用 Waterman 公司生產(chǎn)的直徑為 47 mm 的聚四氟乙烯濾膜，樣品采集前后放置在溫度( 20 ± 1) ℃ 和相對(duì)濕度 40% ± 5% 的恒溫恒濕間 24 h，然后使用天平( 10 － 5 g) 精確稱量，依次稱量 3 次，取平均值，得到膜在采樣前后的質(zhì)量，從而獲得大氣 PM2. 5 樣品的采集質(zhì)量。大運(yùn)會(huì)期間和大運(yùn)會(huì)后 PM2. 5 的質(zhì)量濃度( n = 3) 見(jiàn)圖 5。