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[宁波材料所]显微红外成像技术在PM2.5检测中的应用

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  细颗粒物,也就是最近几年常提到的PM2.5,它主要是指大气中直径小于2.5微米的颗粒物,其在空气中含量浓度越高,就代表空气污染越严重。我国的东北地区、华北等多地多次出现PM2.5值“爆表”的现象,PM2.5是导致雾霾天的“罪魁祸首”之一,雾、霾均属于悬浮于近地面气层中常见的视程障碍现象。雾霾是雾和霾的合称,常常相伴而生,常见于城市。

  为什么人们会谈霾色变?主要是细颗粒物的化学成分比较复杂,它包括有毒有机物质、硝酸盐、碳酸盐等细小物质,具有易携带有毒有害物质、在大气中停留时间较长,输送时间远等特点,从而对人体健康和环境质量有很大的危害和影响。研究表明,颗粒物越小对人体健康的危害越大,细颗粒物飘到较远的地方,影响范围越大。雾霾在多个方面对人类有很大的危害,比如会引发呼吸道疾病,霾能直接进入并粘附在人体呼吸道和肺泡中,会引发哮喘、支气管炎等疾病,严重还会诱发肺癌;对心血管系统也有很大的影响。雾霾天气空气中污染物多,空气含氧量少,气压低,会使心脏跳动加速,使人胸闷,气短,血压升高,容易诱发心血管疾病;雾霾天气也会影响儿童的生长发育,导致近地层紫外线减弱,使空气中的传染性病菌活性增强,细菌病毒微生物快速繁殖,传染病增多;由于雾天日照减少,儿童紫外线照射不足,体内维生素D生成不足,对钙的吸收大大减少,严重的会引起婴儿佝偻病。另外雾霾对身心健康、出行安全等方面也会有很大的影响。

  什么原因造成雾霾天气呢?对于雾霾的主要根源,目前学术界还有很大的争议,究其原因,主要来源于工业排放、汽车尾气、道路运输(燃料排放物)、化石燃料燃烧和垃圾焚烧。同时也有自然来源,如火山爆发、沙尘暴等。为了更好的找到原因,大量的学者采用各种手段对PM2.5的组份进行了研究,其中一种较好的手段是采用显微红外成像技术。

  有学者利用红外光谱技术对PM2.5的成分进行了分析,表明PM2.5主要成分包含硫酸盐、硝酸盐等无机盐及芳烃、烯烃等有机物组成,成分相对复杂,很难直观的观察颗粒物的分布情况。而显微红外成像技术是将显微镜技术应用到红外光谱仪中,结合了红外光谱对化学成分的定性定量和成像技术的直接观测结果的优势,可以对收集在过滤器上的PM2.5进行成分和分布的剖析。研究者利用显微红外光谱成像技术对我国北方某城市、韩国首尔、日本东京三个城市PM2.5的研究情况进行了对比,结果表明中国某城市的空气污染比较严重,而且硝酸根与芳香烃的含量较高;韩国首尔与中国某城市相比,污染程度差不多,污染物也主要是硝酸根与芳香烃;与中国和韩国城市相比,日本东京污染较轻,三种物质的含量也较少。

显微红外成像技术对各城市PM2.5研究情况

  从上面的表征结果看,显微红外成像技术在对PM2.5的检测方面有自己独特的优势,可对剖析区域PM2.5的成分和成因分析提供有利的帮助,从而可以为有针对性地治理雾霾提供依据。宁波材料所测试中心也于2015年下半年购置了显微红外光谱仪,目前正在调试中,下步也可以开展这方面的分析研究工作,为地方环境治理提供技术支持。