求PM2.5是什么？？

【專家解說】：

PM2.5是什么

它有一個容易理解的中文名——超細顆粒物，是對空氣中直徑小于或等于2.5微米的固體顆?；蛞旱蔚目偡Q。這些顆粒如此細小，肉眼是看不到的，它們可以在空氣中漂浮數(shù)天。人類纖細的頭發(fā)直徑大約是70微米，這就比最大的PM2.5還大了近三十倍。PM100 總懸浮顆粒物100微米以下，PM10，小于10微米，可吸入顆粒物，人體可以通過呼吸吸入的部分，PM2.5可入肺顆粒物，可進入肺泡。

PM是英文particulate matter（顆粒物）的首字母縮寫。準確的PM2.5定義要在“直徑”之前加一個修飾語“空氣動力學”，這可不是故作高深?？諝庵械念w粒物并非是規(guī)則的球形，那怎么定義又怎么測量其直徑呢？在實際操作中，如果顆粒物在通過檢測儀器時所表現(xiàn)出的空氣動力學特征與直徑小于或等于2.5微米且密度為1克/立方厘米的球形顆粒一致，那就稱其為PM2.5。這樣的定義也就決定了在測定PM2.5時，需要利用空氣動力學原理把PM2.5與更大的顆粒物分開，而不是用孔徑為2.5微米的濾膜來分離。

知道了PM2.5的定義，就很容易得出PM10的定義了——將定義中的2.5換成10即可，PM10也被稱為可吸入顆粒物。在PM10中，直徑在2.5至10微米之間的顆粒物被稱為粗顆粒物，與細顆粒物相對。

PM2.5從哪兒來

雖然自然過程也會產(chǎn)生PM2.5，但其主要來源還是人為排放。人類既直接排放PM2.5，也排放某些氣體污染物，在空氣中轉變成PM2.5。直接排放主要來*過程，比如化石燃料（煤、汽油、柴油）的燃燒、生物質(zhì)（秸稈、木柴）的燃燒、垃圾焚燒，工業(yè)粉塵。在空氣中轉化成PM2.5的氣體污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨氣、揮發(fā)性有機物。其它的人為來源包括：道路揚塵、建筑施工揚塵、工業(yè)粉塵、廚房煙氣。自然來源則包括：風揚塵土、火山灰、森林火災、漂浮的海鹽、花粉、真菌孢子、細菌。

城市里最多來源于汽車怠速，三元催化器低于290度，分解效果不好，催化劑的最佳工作問題是400度。PM2.5的來源復雜，成分自然也很復雜。主要成分是元素碳、有機碳化合物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽。其它的常見的成分包括各種金屬元素，既有鈉、鎂、鈣、鋁、鐵等地殼中含量豐富的元素，也有鉛、鋅、砷、鎘、銅等主要源自人類污染的重金屬元素。

2000年有研究人員測定了北京的PM2.5來源：塵土占20%；由氣態(tài)污染物轉化而來的硫酸鹽、硝酸鹽、氨鹽各占17%、10%、6%；燒煤產(chǎn)生7%；使用柴油、汽油而排放的廢氣貢獻7%；農(nóng)作物等生物質(zhì)貢獻6%；植物碎屑貢獻1%。有趣的是，吸煙也貢獻了1%，不過這只是個粗略的科學估算，并不一定準確[1]。該研究中也測定了北京PM2.5的成分：含碳的顆粒物，硫酸根，硝酸根，銨根加在一起占了重量了69% 。類似地，1999年測定的上海PM2.5中有41.6%是硫酸銨、硝酸銨，41.4%是含碳的物質(zhì)。

PM2.5的危害

一般來說，直徑大于10微米的顆粒通常不會進入人體的肺部，因為我們的呼吸器官可以對他們進行有效的過濾和阻攔，它們只會對我們的眼睛，鼻子和嗓子造成潛在威脅。

　　人體的生理結構決定了對PM2.5沒有任何過濾、阻攔能力，而PM2.5對人類健康的危害卻隨著醫(yī)學技術的進步，逐步暴露出其恐怖的一面。

　　現(xiàn)代醫(yī)院證明，含有高濃度超細顆粒（PM2.5）和大顆粒(PM10)的空氣會對人體會產(chǎn)生一系列嚴重的健康傷害，例如可以加重呼吸系統(tǒng)疾病，甚至引起充血性心力衰竭和冠狀動脈硬化等心臟疾病。

　　而人類最近的多項醫(yī)學研究表明，直徑小于2.5微米的顆粒對人體的損傷最為劇烈。因為10微米到2.5微米之間的顆粒中一部分會隨著呼吸作用被呼出，一部分被支氣管和肺部組織吸附；而小于2.5微米（PM2.5）的微粒，會直接進入肺部的氣體交換區(qū)（肺泡），并存留在肺的深處。PM2.5除了本身對人體呼吸系統(tǒng)具有直接的刺激作用、致敏作用，同時它還可能作為攜帶細菌微生物、病毒和致癌物的載體侵入人體肺部，嚴重危害人體健康。

如果空氣中PM2.5的濃度長期高于10微克/立方米，死亡風險就開始上升。濃度每增加10微克/立方米，總的死亡風險就上升4%，得心肺疾病的死亡風險上升6%，得肺癌的死亡風險上升8%。這意味著多大的風險呢？我們可以拿吸煙做個比較。吸煙可使男性得肺癌死亡的風險上升21倍（也就是上升2100%），女性的風險上升11倍（1100%）；使中年人得心臟病死亡的風險上升2倍（200%）。和吸煙一比，PM2.5的危害就顯得非常小了。如果吸煙都沒有讓你感到恐懼，那你就不用擔心眼下PM2.5超標對健康的影響了。

但是，從全社會的角度出發(fā)，降低這些看似不大的風險，收益卻是很大的。美國環(huán)保局在2003年做了一個估算：“如果PM2.5達標，全美國每年可以避免數(shù)萬人早死、數(shù)萬人上醫(yī)院就診、上百萬次的誤工、上百萬兒童得呼吸系統(tǒng)疾病”。

上述關于PM2.5死亡風險的數(shù)據(jù)源自2002年發(fā)表于《美國醫(yī)學會雜志》的一篇論文。這篇論文分析了一項長期研究中參與者的死亡率和空氣污染之間的關系，發(fā)現(xiàn)死亡率升高與PM2.5和二氧化硫的污染有關聯(lián)，而與粗顆粒物污染沒有可靠的關聯(lián)。該項在美國進行的前瞻性研究始于1982年，當時招募了120萬的參與者。論文的結論是基于長達16年的隨訪數(shù)據(jù)，是目前關于PM2.5污染增加死亡風險最可靠的證據(jù)。

正常是怎么樣的

即使沒有人為污染，空氣中也有一定濃度的PM2.5，這個濃度被稱為背景濃度。在美國和西歐，背景濃度大約為3-5微克/立方米，澳大利亞的背景濃度也在5微克/立方米左右。中國的背景濃度有多高？目前尚無公開的數(shù)據(jù)，但應該不會和其他國家相差太大。

中國尚未開展大范圍的PM2.5監(jiān)測，公開的PM2.5數(shù)據(jù)非常有限。位于廣州的環(huán)保部華南環(huán)境科學研究所從2011年從6月13日開始每日發(fā)布PM2.5監(jiān)測值，截至11月20日，濃度范圍在0.6至99 微克/立方米之間，平均值為38微克/立方米。從近十幾年來發(fā)表的科學論文中，可以查到中國一些大城市某一區(qū)域某一階段的PM2.5的測定值。例如，2000年在北京的5個監(jiān)測點測得的PM2.5年均值為101微克/立方米；2008北京奧運會的17天中，在北大測得的PM2.5最低28.2，最高147.4微克/立方米， 平均64.7微克/立方米。1999年，在上海兩個監(jiān)測點測定的PM2.5年均值為57.9和61.4 微克/立方米。這些年均值都遠高于擬發(fā)布的年均標準（35微克/立方米）。

我們可以根據(jù)PM10的數(shù)據(jù)估算一下PM2.5的濃度。按照中國現(xiàn)行的空氣質(zhì)量標準，PM10是常規(guī)監(jiān)測指標，全國性監(jiān)測已開展了十幾年。從2001年至2009年，全國主要城市PM10的平均值從125降到了90微克/立方米。PM2.5和PM10之間的比例通常在0.5-0.8之間，我們?nèi)?.8做一個極端估算可得：2009年全國主要城市的PM2.5平均值為72微克/立方米，是即將發(fā)布的新標準的2.1倍（35微克/立方米）。和美國的空氣質(zhì)量相比，這差多少呢？2009年，全美國年均PM2.5為9.9微克/立方米，在724個監(jiān)測點中有90%以上的監(jiān)測點年均值低于12.6微克/立方米。

全國的年均值只是用來反映我國顆粒物污染的總體現(xiàn)狀，對于評價我們所在城市的空氣質(zhì)量意義并不大。我們更需要關注的是離我們生活、工作最近的監(jiān)測點的數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)哪里有呢？可以參考美國大使館，他的監(jiān)測儀器是專業(yè)的，但是大使館畢竟不是環(huán)境監(jiān)測部門，沒有證據(jù)表明他們的工作人員具備相應的專業(yè)知識，而且他們測出的PM2.5數(shù)值經(jīng)常比環(huán)保部門以及第三方測定的PM10還高，這是不正常的。所以，美國大使館的數(shù)據(jù)也只能“僅供參考”。

然而，我們不在美國大使館附近，那我們該看哪里的數(shù)據(jù)呢？全國主要城市的實時PM10數(shù)據(jù)可以在環(huán)境監(jiān)測總站的網(wǎng)站上查到，每個城市都有數(shù)個監(jiān)測點，我們可以選離得最近的那個點作參考。如果你很樂觀，那么可以估算PM2.5=PM10 × 0.5，如果你很悲觀，那么就估算PM2.5=PM10 × 0.8。

PM2.5有標準嗎

自從美國于1997年率先制定PM2.5的空氣質(zhì)量標準以來，許多國家都陸續(xù)跟進將PM2.5納入監(jiān)測指標。如果單純從保護人類健康的目的出發(fā)，各國的標準理應一樣。然而，標準的制定還需考慮各國的污染現(xiàn)狀和經(jīng)濟發(fā)展水平，在一個空氣污染嚴重的發(fā)展中國家制定極為嚴格的空氣質(zhì)量標準只能成為一個華麗的擺設，沒有實際意義。根據(jù)美國癌癥協(xié)會和哈佛大學的研究結果，世界衛(wèi)生組織（WHO）于2005年制定了PM2.5的準則值。高于這個值，死亡風險就會顯著上升。WHO同時還設立了三個過渡期目標值，為目前還無法一步到位的地區(qū)提供了階段性目標，其中目標-1的標準最為寬松，目標-3最嚴格。

下表列舉了WHO以及幾個有代表性的國家的標準。中國擬實施的標準與WHO過渡期目標-1相同。美國和日本的標準一樣，與目標-3基本一致。歐盟的標準略微寬松，與目標-2一致，澳大利亞的標準最為嚴格，年均標準比WHO的準則值還低。標準的寬嚴程度基本反映了各國的空氣質(zhì)量情況，空氣質(zhì)量越好的國家就越有能力制定和實施更為嚴格的標準。

中國的PM2.5標準

中國的PM2.5標準擬于2016年生效，雖然比美國落后了一二十年，但和歐盟的2015年生效相比，也不算太晚。如果僅從標準的數(shù)值來看，中國即將發(fā)布的新標準已經(jīng)與WHO過渡期目標-3一致。然而，即使標準值相同，而評判是否達標的方式不同，約束力是有極大差異的。舉個例子，中國現(xiàn)行的空氣質(zhì)量標準制定于1996年，其中PM10的日均標準為150微克/立方米，表面上已和美國現(xiàn)行標準一樣嚴格。但是，按照美國的標準，平均每年最多只能有1天超標，否則就算不達標，超標地區(qū)需要提交改進方案并加以實施。而在中國的標準文件中，沒有類似的規(guī)定。各地區(qū)在執(zhí)行標準時，只是計算每年的“達標天數(shù)”和“達標率”。PM10的標準至今已經(jīng)執(zhí)行了15年，一個86.2%的達標率還可以作為正面消息報道。

在即將發(fā)布的PM2.5新標準中，依然沒有規(guī)定多高的達標率才是可接受的。WHO和其他國家是怎么規(guī)定的呢？WHO要求每年最多有3天超標（99%的達標率），澳大利亞最多5天，而美國和日本要求的達標率為98%。中國PM2.5標準的落后不僅是在標準值，更重要的是在約束力上。

為什么要到2016年實施

對于這個問題，標準制定者是這樣回答的：“考慮到環(huán)境空氣質(zhì)量標準實施是一項復雜的系統(tǒng)工程，以及目前全國的環(huán)境監(jiān)測能力現(xiàn)狀，結合現(xiàn)行標準實施過程中的經(jīng)驗，為保障數(shù)據(jù)準確性和可比性，將全國統(tǒng)一實施本標準的時間定為2016 年1 月1 日，以便為各地區(qū)預留足夠的準備時間，加強標準實施的有關配套工作。”

這么說有道理嗎？我們不妨參考一下其他國家是怎么做的。在美國和澳大利亞環(huán)保部門的網(wǎng)站上，對于PM2.5標準的制定過程有非常詳細的備忘錄，我們就以這兩個國家為例。

美國早在1994年就宣布要增加PM2.5的指標。1994-1996年間，開了多次研討會，在1996年底發(fā)布了征求意見稿。征求意見期間共接了14000個電話，收到4000封電子郵件、50000份書面或口頭意見，而且多次通過聽證會、會議、電視節(jié)目征求意見。經(jīng)過這番誠意十足的意見征求，終于在1997年9月16日發(fā)布了PM2.5的標準。但在那時，尚未展開全國的PM2.5監(jiān)測，直到1999年各州才陸續(xù)開始，2000年PM2.5監(jiān)測常規(guī)化。

澳大利亞在2001年開始考慮，并在2003年制定了PM2.5的非強制標準。制定該標準的目的是收集數(shù)據(jù)，以便檢討這一標準是否合理，并準備于2005年開始考慮制定強制標準。在征求意見的過程中，有反對者認為應該直接設立強制標準，否則缺乏約束力，意義也就不大。澳大利亞環(huán)保委員會（NEPC）認為當時缺乏足夠的PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)，沒法很好地評估不達標會帶來怎樣的影響，堅持了原先的做法。直到2011年，澳大利亞的PM2.5仍然不是強制指標，不過這期間一直在做大量的監(jiān)測和基礎研究工作。

中國的PM2.5強制標準正在征求意見中，并擬于2016年實施，“實施”的含義應該是指開展常規(guī)檢測并公布結果。美國從1997年發(fā)布標準到2000年全國監(jiān)測常規(guī)化花了兩三年的時間。澳大利亞2003年發(fā)布非強制標準，隨后即開展全國監(jiān)測。考慮到中國的國情，延后幾年“實施”有其合理性，但是四五年的時間是否太長了呢？

怎么測PM2.5

空氣中漂浮著各種大小的顆粒物，PM2.5是其中較細小的那部分。不難想到，測定PM2.5的濃度需要分兩步走：（1）把PM2.5與較大的顆粒物分離；（2）測定分離出來的PM2.5的重量。目前，各國環(huán)保部門廣泛采用的PM2.5測定方法有三種：重量法、β射線吸收法和微量振蕩天平法。這三種方法的第一步是一樣的，區(qū)別在于第二步。

將PM2.5直接截留到濾膜上，然后用天平稱重，這就是重量法。值得一提的是，濾膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些極細小的顆粒還是能穿過濾膜。只要濾膜對于0.3微米以上的顆粒有大于99%的截留效率，就算是合格的。損失部分極細小的顆粒物對結果影響并不大，因為那部分顆粒對PM2.5的重量貢獻很小

重量法是最直接、最可靠的方法，是驗證其它方法是否準確的標桿。然而重量法需人工稱重，程序繁瑣。如果要實現(xiàn)自動監(jiān)測，就需要用到另外兩種方法。

β射線吸收法：將PM2.5收集到濾紙上，然后照射一束beta射線，射線穿過濾紙和顆粒物時由于被散射而衰減，衰減的程度和PM2.5的重量成正比。根據(jù)射線的衰減就可以計算出PM2.5的重量。美國大使館那臺知名度很高的儀器依據(jù)的就是此原理。

微量振蕩天平法：一頭粗一頭細的空心玻璃管，粗頭固定，細頭裝有濾芯。空氣從粗頭進，細頭出，PM2.5就被截留在濾芯上。在電場的作用下，細頭以一定頻率振蕩，該頻率和細頭重量的平方根成反比。于是，根據(jù)振蕩頻率的變化，就可以算出收集到的PM2.5的重量。

市面上的儀器能測嗎

和環(huán)保部門采用的標準方法相比，用非專業(yè)儀器測PM2.5顯然是不可靠的，但很難說到底有多不準，只有拿來和標準方法對比一下才知道。測出來的數(shù)據(jù)也許能說明一點問題，比如能分辯出房間里有沒有人吸煙，是不是剛掃過地，可是這些你的鼻子也能做到吧。

市面上的非專業(yè)儀器利用光散射的原理測定顆粒物濃度，這種方法并沒有被各國環(huán)保部門采納為標準方法，但是有依據(jù)此原理制成的專業(yè)儀器，在科研中也有運用?？諝庵械念w粒物濃度越高，對光的散射就越強。光的散射相對容易測，把它測出來，理論上就可以算出顆粒物濃度了。但在實際運用中，事情并沒有這么簡單。光的散射與顆粒物濃度之間的關系是很不確定的，受到諸多因素的影響，例如顆粒物的化學組成、形狀、比重、粒徑分布，而這些都取決于污染源的組成。這意味著光散射和顆粒物濃度之間的換算公式隨時隨地都可能在變，需要儀器使用者不斷地用標準方法進行校正，沒有經(jīng)過科學訓練的業(yè)余人士不大可能辦得到。 有研究者做過理論計算：利用光散射儀測定PM2.5，至少有30-40%的不確定性。這種不確定性是這類儀器固有的，質(zhì)量可靠的專業(yè)儀器尚且如此，更何況市面上儀器的質(zhì)量并不都是理想的呢。

灰霾是PM2.5帶來的嗎

雖然肉眼看不見空氣中的顆粒物，但是顆粒物卻能降低空氣的能見度，使藍天消失，天空變成灰蒙蒙的一片，這種天氣就是灰霾天。根據(jù)《2010年灰霾試點監(jiān)測報告》，在灰霾天，PM2.5的濃度明顯比平時高，PM2.5的濃度越高，能見度就越低。

雖然空氣中不同大小的顆粒物均能降低能見度，不過相比于粗顆粒物，更為細小的PM2.5降低能見度的能力更強。能見度的降低其本質(zhì)上是可見光的傳播受到阻礙。當顆粒物的直徑和可見光的波長接近的時候，顆粒對光的散射消光能力最強?？梢姽獾牟ㄩL在0.4-0.7微米之間，而粒徑在這個尺寸附近的顆粒物正是PM2.5的主要組成部分。理論計算的數(shù)據(jù)也清楚地表明這一點：粗顆粒的消光系數(shù)約為0.6平方米/克，而PM2.5的消光系數(shù)則要大得多，在1.25-10平方米/克之間，其中PM2.5的主要成分硫酸銨、硝酸銨和有機顆粒物的消光系數(shù)都在3左右，是粗顆粒的5倍。所以，PM2.5是灰霾天能見度降低的主要原因。

值得一提的是，灰霾天是顆粒物污染導致的，而霧天則是自然的天氣現(xiàn)象，和人為污染沒有必然聯(lián)系。兩者的主要區(qū)別在于空氣濕度，通常在濕度大于90%時稱之為霧，而濕度小于80%時稱之為霾，濕度在80-90%之間則為霧霾的混合體。