PM2.5標(biao)準(zhun)品(pin)（空(kong)氣細粉塵(chen)）

1、背(bei)景

空氣中的(de)顆(ke)粒物 (PM) 是世界上(shang)許多(duo)人(ren)口(kou)稠密地(di)區的主要問題(ti)。這(zhe)種(zhong)汙(wu)染物是(shi)來(lai)自(zi)不同來源(yuan)的(de)不同大(da)小(xiao)和(he)成分的顆(ke)粒混(hun)合(he)物。這(zhe)些(xie)顆(ke)粒中最細小(xiao)的(de)部(bu)分，即所(suo)謂(wei)的PM2.5顆(ke)粒物（細粉塵(chen)） 非(fei)常危險(xian)，因為它可(ke)以深入肺(fei)部並(bing)可(ke)能進(jin)入血(xue)液(ye)，導致呼吸系統(tong)問題(ti)和過早死(si)亡(wang) [7,8]。因此(ci)，世界許多(duo)地(di)方都對空氣中的(de) PM 濃度(du)進(jin)行(xing)了(le)規(gui)定(ding)。在歐盟(meng)，環(huan)境(jing)空氣質量(liang)指(zhi)令 2008/50/EC 通過強(qiang)制監(jian)測(ce)和設置 PM10 和 PM2.5 [9] 的(de)限值(zhi)來(lai)解決(jue)這(zhe)個問題(ti)。根據 EN 12341，這(zhe)些(xie)顆(ke)粒物部分被(bei)定義(yi)為通(tong)過尺(chi)寸(cun)選擇入口(kou)的(de) PM，在 2.5 µm (PM2.5) 或(huo) 10 µm (PM10) [10] 由(you)於不同的來(lai)源(yuan)，截斷(duan)效(xiao)率(lv)為(wei) 50%對於 PM，立法(fa)還(hai)允(yun)許從(cong)總(zong)顆(ke)粒負(fu)荷中減(jian)去(qu)源自天(tian)然來(lai)源(yuan)的(de) PM 的(de)貢(gong)獻。這(zhe)是(shi)通過測(ce)量(liang)和(he)監(jian)測(ce)在農(nong)村背(bei)景地(di)點(dian)收(shou)集的 PM2.5樣(yang)本(ben)中有(you)機碳、元(yuan)素(su)碳和某(mou)些(xie)離子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Cl-、NO3- 和(he) SO42-）的(de)質量(liang)分數來(lai)完(wan)成的。因(yin)此(ci)，為了(le)支(zhi)持(chi)該歐洲(zhou)環(huan)境(jing)空氣質量(liang)指(zhi)令，開發了(le)壹種新(xin)的認(ren)證參(can)考(kao)材(cai)料(liao) (CRM)-PM2.5標(biao)準(zhun)品(pin)。

2、 材(cai)料(liao)的(de)選(xuan)擇

對於PM2.5標準(zhun)品(pin)（空(kong)氣細粉塵(chen)），理(li)想(xiang)情況(kuang)下(xia)，材(cai)料(liao)應(ying)該是(shi)真實的空(kong)氣采樣(yang) PM2.5顆(ke)粒物。然而(er)，從(cong)空(kong)氣中直(zhi)接采(cai)樣(yang)足(zu)量(liang)的(de) PM2,5 以制備PM2.5標(biao)準(zhun)品(pin)被(bei)認(ren)為(wei)非(fei)常耗時(shi)且(qie)不切實際 [14]。此(ci)外，PM2.5 沒有(you)明確(que)或(huo)固定的化(hua)學(xue)成分，因為(wei)這(zhe)會隨著時(shi)間(jian)、天(tian)氣條(tiao)件和季節而變(bian)化。因(yin)此(ci)，需(xu)要在獲取足夠數量(liang)的(de)材(cai)料(liao)、其(qi)性(xing)質、大(da)小(xiao)和(he)組(zu)成方面(mian)做(zuo)出妥協。如 Charoud-Got 等人(ren)所(suo)述，測(ce)試了三種方(fang)法以(yi)將(jiang)顆(ke)粒尺寸進(jin)壹步減小(xiao)至(zhi)類(lei)似(si) PM2.5 的尺寸(cun)。所(suo)選(xuan)的(de)壹種在第(di) 3.2 段中(zhong)描述，其(qi)中顆(ke)粒懸浮(fu)在水溶液(ye)中，通(tong)過沈(chen)澱(dian)分離，在(zai)液(ye)氮(dan)中(zhong)冷凍並(bing)冷凍幹燥(zao)。為了(le)獲得與比利時(shi)安(an)特衛普(pu)地(di)區收集的真實 PM2.5 環(huan)境(jing)樣(yang)本(ben)中相(xiang)同水平的 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Cl-、NO3- 和 SO42- 。

3、 PM2.5標準品(pin)（空(kong)氣細粉塵(chen)）項(xiang)目(mu)的(de)設(she)計

為了(le)確定 ERM-CZ110 PM2.5標準(zhun)品(pin) （空(kong)氣細粉塵(chen)）中(zhong)離(li)子的(de)質(zhi)量(liang)分數，使(shi)用(yong)獨(du)立(li)實驗室(shi)的(de)結果進(jin)行(xing)了(le)實驗室(shi)間(jian)比較，這(zhe)些(xie)實驗室(shi)因(yin)其(qi)在測(ce)量(liang)空(kong)氣顆(ke)粒物或(huo)類(lei)似(si)樣(yang)品(pin)方(fang)面(mian)的(de)專(zhuan)業知(zhi)識(shi)而(er)選(xuan)擇。經認(ren)證的(de)離(li)子質(zhi)量(liang)分數是(shi)可(ke)接受(shou)數據(ju)集均(jun)值的(de)未加權(quan)平均(jun)值，每(mei)組(zu)數據(ju)均(jun)在不同實驗室(shi)通(tong)過應(ying)用 CEN/TR 16269:2011 或(huo) EN 16913:2017 方(fang)法(fa)測(ce)量(liang)陰離(li)子和(he)陽(yang)離(li)子獲得在 PM2,5 [16,17] 中。認(ren)證值(zhi)及(ji)其(qi)不確定度(du)可(ke)追溯到國際單(dan)位(wei)制 (SI)。

圖(tu) 1：ERM-CZ110 PM2.5標準(zhun)品(pin) （空(kong)氣細粉塵(chen)）加工的壹些步驟(zhou)：

a) 摻入(ru) PM 材(cai)料(liao)懸浮(fu)液(ye)的均(jun)質化(hua)，

b) 冰(bing)粒的產生(sheng)，

c) 冷凍幹燥(zao)盤中(zhong)的(de)冰(bing)粒，

d) 冷凍幹燥(zao)循環(huan)後(hou)的(de)材(cai)料(liao) ,

e) ERM-CZ110 小(xiao)瓶(ping)的填充(chong)。

圖(tu) 2：ERM-CZ110 裝置(zhi)示例(li)：將(jiang)兩個小(xiao)瓶(ping)放入(ru)鋁袋之前(qian)（左(zuo)）和壹個小(xiao)瓶(ping)在熱(re)密封(feng)鋁(lv)袋中（右）

過程(cheng)控制

使用(yong)Helos KR系(xi)統(tong)(Sympatec)通(tong)過激(ji)光衍射(she)確定(ding)粒度(du)分布(bu)。在整(zheng)個過程(cheng)中進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)，以(yi)驗證材(cai)料(liao)粒(li)徑(jing)是(shi)否滿(man)足(zu) PM2.5 的定(ding)義(yi) [10]。對(dui)在(zai)五個冷凍幹燥(zao)循環(huan)中(zhong)的(de)每個循(xun)環(huan)中(zhong)獲得的最終(zhong)材(cai)料(liao)進(jin)行(xing)的(de)測(ce)量(liang)表(biao)明，50% 的累(lei)積(ji)體積(ji)分布(bu)的粒(li)徑小(xiao)於 2.5 µm (2.47 ± 0.17 µm)，並且(qie)數量(liang)分布(bu)中 95% 的(de)顆(ke)粒小(xiao)於 2微米 (1.92 微(wei)米)。在(zai)圖(tu) 3 中報(bao)告了(le)顆(ke)粒體積(ji)大(da)小(xiao)和(he)數量(liang)分布(bu)。

圖(tu) 3：ERM-CZ110 的顆(ke)粒體積(ji)分布(bu)（上(shang)）和顆(ke)粒數分布(bu)（下(xia)）

然而(er)，正(zheng)如(ru)預(yu)期的(de)那(na)樣(yang)，顆(ke)粒具有(you)不規(gui)則(ze)形狀，如通過電(dian)子顯(xian)微(wei)鏡 FESEM JEOL JSM7800F 獲得的 ERM CZ110 樣(yang)品(pin)圖(tu)像(xiang)所(suo)示(shi)（圖(tu) 4）。主要元(yuan)素(su)的(de)存(cun)在是(shi)通過使(shi)用(yong) AZTEC EDS 軟件對每(mei)個冷凍幹燥(zao)循環(huan)後(hou)獲得的小(xiao)部(bu)分 ERM-CZ110 進(jin)行(xing) EDX 分析來(lai)檢(jian)查(zha)的，如表(biao) 1 所(suo)示(shi)。盡(jin)管這(zhe)些(xie)值只(zhi)能(neng)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)非(fei)常粗略的指示性(xing)（它們(men)是從(cong)ERM-CZ110 樣(yang)品(pin)的(de)極(ji)小(xiao)部(bu)分，因此(ci)它們(men)不能代(dai)表(biao)整個樣(yang)品(pin)），EDX 分析顯(xian)示(shi)元(yuan)素(su)如(ru)氧(yang)、矽、鈣、硫(liu)和(he)鈉(na)的(de)存(cun)在按(an)降序排列，這(zhe)可(ke)能對(dui)應(ying)於鈣的(de)存(cun)在含(han)矽酸(suan)鹽(yan)和壹些硫(liu)酸(suan)鹽(yan)。

圖(tu) 4：ERM-CZ110 的電(dian)子顯(xian)微(wei)鏡圖(tu)像(xiang)。 紅(hong)線方(fang)塊(kuai)表(biao)示(shi)後(hou)續(xu)圖(tu)像(xiang)中(zhong)出現的區域。 白色(se)部(bu)分在 a) 中(zhong)為(wei) 10 μm，在(zai) b)、c) 和 d) 中為(wei) 1 μm。

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