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中国计量院为空气污染物研究提供精准测量

2010.6.06

测测一根绒毛的重量

中国计量院为空气污染物研究提供精准测量

　　 “今天本市空气的主要污染物为可吸入颗粒物……上月本市空气主要污染物可吸入颗粒物的日均浓度为0.106毫克每立方米……”相信您对这样的空气质量报告并不陌生。如今，在不少城市，空气污染都有进一步加剧的趋势，越来越多的城市居民开始关心与他们的健康息息相关的大气环境。空气质量报告就像天气预报一样，走进我们的日常生活。但是，你知道环境监测人员又是如何测得空气中污染物的具体数据的吗？

　　 “在有关空气污染物的研究中，特别是针对可吸入颗粒物的研究中，我们计量科技发挥了精准测量的重要作用。”中国计量科学研究院质量密度实验室主任王健告诉记者。

　　我国规定，目前空气质量判断必须依据的污染物有三项：二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物。其中，可吸入颗粒物能随人体呼吸作用深入肺部，产生毒害作用，因此在空气质量预报中有着重要的意义。

　　王健介绍，清华大学、中国环境科学研究院等都在进行有关大气细颗粒物污染特征的研究。研究中通常使用一种专门的滤纸对空气中的可吸入颗粒物进行采样，采样前后同一片滤纸的质量之差即为样本中可吸入颗粒物的质量。再根据滤纸的面积，计算出采样环境中可吸入颗粒物的浓度。也就是说，滤纸采样前后质量测量的精准程度是计算可吸入颗粒物浓度的关键。

　　 “计量的任务就是对采样前后的滤纸进行精确的质量测量。”可是，王健所说的“质量测量”却与人们想象中的“称重”概念完全不同。科研使用的滤纸包括特富龙膜和石英膜，通常为直径3厘米左右的小圆片。可吸入颗粒物是非常细小的物质，甚至无法用肉眼识别。因此，采样前后滤纸质量的变化也非常小，为了精准测量滤纸的质量，测量精度必须达到微克数量级。王健用了一个形象的比喻来说明“微克”到底有多重。“扫地的时候，我们经常会看到空气中漂浮着一些细小的绒毛，一根绒毛的质量大约就为15微克。”

　　为了使测量准确度达到要求，实验对测量的设备、环境、人员都有非常苛刻的要求。由于滤纸的质量受周围环境的温度、湿度及存放时间的影响，因此测量前需要将滤纸在室温条件下、40%~60%相对湿度条件下严格保持24小时后才能进行测量。“作为国家级的计量院，我们拥有先进的恒温实验室，可以保证温度长期稳定在20摄氏度，正负偏差只有0.5摄氏度，相对湿度可以控制在40%~60%，完全可以满足滤纸质量测量的环境要求和存放条件。”王健说。

　　实验环境符合要求只是满足了精准测量的一个条件，对于精度要求达到微克级的测量，测量方法的改进也是一个关键。“对于如此高精度的测量，我们无法采用平常的直接测量方式，因为设备很难满足这种精度的要求，所以必须在测量方式上进行改进。”王健介绍，配量比较法是专门针对精度要求极高的测量而研究出来的方法。“这种方法的主要特点是用多个高精确度的质量标准砝码组合接近到各个滤纸的质量值，然后通过质量比较仪得到各滤纸的质量。”例如，如果滤纸的质量约为125毫克，就采用1个100毫克、1个20毫克、1个5毫克的质量标准砝码组合起来，与滤纸在读数能力为1微克的质量比较仪上进行比较，然后通过计算得到滤纸的质量。“这种方法可以测得滤纸的质量准确度达到1微克的数量级，满足了测量的要求。”

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周锦帆