沙尘检测

沙尘检测：守护环境与健康的必要防线

沙尘，尤其是可吸入颗粒物（如PM10、PM2.5），是影响空气质量、危害人体健康（诱发呼吸道和心血管疾病）、降低能见度（影响交通安全）以及对生态环境（如土壤、植被、水体）造成破坏的重要污染物。尤其在干旱、半干旱地区及受沙尘暴影响的区域，其危害尤为显著。开展全面、准确、及时的沙尘检测，对于评估环境质量、预警灾害性天气、制定有效的防护和治理措施、保障公众健康福祉，具有至关重要的意义。它是环境监测体系中的关键环节，为科学决策和精准治理提供不可或缺的数据支持。

核心检测项目

沙尘检测的核心在于对空气中悬浮颗粒物的浓度和组成进行量化分析，主要包括以下项目：

• 总悬浮颗粒物 (TSP)：指能悬浮在空气中、空气动力学当量直径 ≤ 100 μm 的所有颗粒物的总质量浓度。
• 可吸入颗粒物 (PM10)：指可进入人体呼吸系统的、空气动力学当量直径 ≤ 10 μm 的颗粒物质量浓度。这是沙尘天气监测的首要指标。
• 细颗粒物 (PM2.5)：指空气动力学当量直径 ≤ 2.5 μm 的颗粒物质量浓度。虽然沙尘中PM2.5占比通常低于PM10，但其健康危害更大，也需密切关注。
• 颗粒物化学组分分析：分析颗粒物中的元素（如地壳元素Si、Al、Fe、Ca等，用于识别沙尘来源）、水溶性离子（如硫酸盐、硝酸盐、铵盐等，指示二次污染程度）、碳组分（有机碳OC、元素碳EC）等，有助于判断沙尘来源、传输路径及混合污染特征。
• 能见度：沙尘导致的大气消光会显著降低能见度，是沙尘天气强度和影响范围的重要直观指标。
• 降尘量：单位时间内降落到单位面积上的颗粒物质量，反映沉降性沙尘的污染程度。

关键检测仪器

实现精准高效的沙尘检测，依赖于一系列专业仪器：

• 环境空气颗粒物连续自动监测仪：
  • Beta射线衰减法 (Beta Ray Attenuation Monitor, β射线仪)：通过测量颗粒物沉积在滤膜上对β射线（通常用C-14或Kr-85）的衰减程度来计算质量浓度。广泛用于PM10、PM2.5的连续自动监测。
  • 微量振荡天平法 (Tapered Element Oscillating Microbalance, TEOM)：颗粒物沉积在振荡的锥形元件上的滤膜时改变其振荡频率，通过频率变化计算质量浓度。对挥发性组分有一定损失，常需配置滤膜动态测量系统。
  • 激光散射法 (Light Scattering)：利用激光照射颗粒物产生的散射光信号强度与颗粒物浓度（在一定粒径分布和折射率前提下）成比例的原理进行测量。响应速度快，常用于便携式监测或作为辅助参考。
• 颗粒物采样器：
  • 大流量采样器 (High Volume Sampler, Hi-Vol)：用于采集TSP或PM10（配相应切割器）样品进行重量法分析和后续成分分析。
  • 中流量/小流量采样器：用于采集PM10、PM2.5等特定粒径段样品进行重量法分析和化学组分分析。
  • 分级采样器 (如安德森 Cascade Impactor)：按空气动力学粒径大小分级采集颗粒物样品，用于粒径分布研究和分级成分分析。
• 能见度仪 (透射式/散射式)：通过测量大气对光的透射率或散射系数来计算能见度。
• 降尘缸：用于收集和称量自然沉降的颗粒物。
• 实验室分析仪器：如X射线荧光光谱仪 (XRF) 用于元素分析，离子色谱仪 (IC) 用于水溶性离子分析，热/光碳分析仪用于OC/EC分析等。

主要检测方法

沙尘检测综合运用多种方法：

• 自动连续监测：利用β射线仪、TEOM、激光散射仪等实现PM10、PM2.5等浓度的实时、连续、自动监测和传输（通常为1小时平均值），是环境空气质量监测网络的核心。
• 重量法 (Gravimetric Method)：是颗粒物浓度测定的基准方法。使用采样器在恒温恒湿条件下采集一定时间的颗粒物于滤膜上，通过采样前后滤膜的质量差和采样体积计算浓度。用于校准自动监测仪器、发布日均值/年均值以及成分分析的样品采集。
• 化学组分分析法：对采集到的颗粒物滤膜样品进行实验室分析，确定其元素、离子、碳组分等含量。
• 遥感监测：卫星遥感（如MODIS、VIIRS）可大范围监测沙尘气溶胶光学厚度、沙尘暴的发生、移动路径和影响范围；地面激光雷达可垂直探测沙尘的时空分布和传输高度。
• 能见度观测：通过人工目测或能见度仪器进行。
• 降尘量测定：使用降尘缸采集一个月左右的降尘，经处理（蒸发、烘干、剔除杂物）后称重计算。

相关检测标准

沙尘检测活动严格遵循国内外制定的标准规范，确保数据的准确性、可比性和权威性：

• 中国国家标准 (GB):
  • GB 3095-2012《环境空气质量标准》：规定了环境空气中PM10， PM2.5等基本项目的浓度限值。
  • GB/T 15432-1995《环境空气 总悬浮颗粒物的测定 重量法》：TSP重量法标准。
  • HJ 618-2011《环境空气 PM10和PM2.5的测定 重量法》：PM10和PM2.5重量法标准。
  • HJ 653-2013《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统技术要求及检测方法》：规范自动监测系统的性能要求和检测方法。
  • HJ 656-2013《环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范》：详细规定PM2.5手工采样的操作流程和质量控制。
  • HJ 657-2013《空气和废气 颗粒物中铅等金属元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》：元素分析标准之一。
  • GB/T 15265-1994《环境空气 降尘的测定 重量法》：降尘量测定标准。
• 国际/其他标准:
  • 美国环保署 (EPA) 方法：如 Method IO-3.3 (XRF测定环境空气中元素)、Method 201A/202 (PM10/PM2.5采样器性能测试)。
  • 欧盟标准：如 EN 12341:2014 (环境空气 - 悬浮颗粒物PM10或PM2.5重量法测定标准方法)。
  • 世界卫生组织 (WHO) 空气质量指南：提供基于健康影响的PM10、PM2.5指导值（非强制标准，但极具参考价值）。

沙尘检测技术仍在不断发展，高时间分辨率、高精度传感器、在线组分分析、多平台（地面、卫星、雷达）融合监测以及大数据分析等技术的应用，将使我们对沙尘的形成、传输、演变及其影响有更深入、更及时的认识，为有效应对沙尘污染、保护环境和公众健康提供更强大的科技支撑。