大氣顆粒物通過(guò)吸收和散射太陽(yáng)輻射能、改變云層厚度和反照率，影響地表-大氣系統的能量交換，間接或直接影響氣候變化。同時(shí)，通過(guò)影響大氣能見(jiàn)度及酸沉降分布，PM10和PM2.5對空氣質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。大氣顆粒物濃度越高、成分越復雜，城市大氣能見(jiàn)度越低，空氣質(zhì)量也越差，而生態(tài)環(huán)境也會(huì )不同程度遭受污染。

顆粒物的粒徑越小，巨大的比表面積越可能吸附更多的有害物質(zhì)，而且其化學(xué)成分越復雜，毒性越大，并且有更高的反應和溶解速度。而流行病學(xué)資料顯示，呼吸系統疾病、心血管疾病的發(fā)病率及死亡率與PM2.5密切相關(guān)。一般情況下，大氣顆粒物主要通過(guò)呼吸系統和胃腸道系統對生物機體產(chǎn)生影響，其進(jìn)入人體的途徑主要有呼吸作用、吞食作用、皮膚接觸3種方式。通過(guò)呼吸作用或者皮膚接觸，重金屬元素進(jìn)入并富集在人體內；而重金屬元素還會(huì )隨著(zhù)顆粒物的沉降作用進(jìn)入水體及植物生態(tài)系統，并在食物鏈中逐漸富集，人類(lèi)通過(guò)吞食作用使得部分大氣顆粒物中的重金屬zui終進(jìn)入人體，危害人體器官。不同粒徑的大氣顆粒物在人體呼吸道不同部位的對應沉積和阻留位置見(jiàn)圖5。

顆粒物中的重金屬對人體健康的危害首先取決于其化學(xué)活性，其次才取決于其含量大小，所以顆粒物中不同種類(lèi)、不同含量的重金屬對人體的作用部位和危害程度也不同。以顆粒物中的重金屬元素為例，Pb通過(guò)呼吸、攝取、皮膚接觸及胎盤(pán)傳輸等方式富集在人體的內臟組織、骨路組織等部位，不僅能危害人體正常的新陳代謝，抑制酶的活性，還能導致腦損傷等；Cd主要富集在腎臟皮層、肝臟、胰腺、甲狀腺、膽囊、等部位，容易引起肺氣腫和蛋白尿；Cr不僅能引起嘔吐和持續的腹瀉，還能引起刺激性皮炎、發(fā)鼻穿孔、過(guò)敏性濕瘆、皮膚潰爛等癥狀，3 g的富集量就能對成人致死。As被癌癥研究機構LARC歸為一類(lèi)致癌物，很少量就能引發(fā)皮膚損傷、角化癥、肺癌和膀胱癌等病變，同時(shí)，As對人體也有潛在致畸作用。Zn過(guò)量可能引起急性中毒，發(fā)生嘔吐、腹瀉等胃腸道癥狀，會(huì )破壞人類(lèi)及動(dòng)物的呼吸道等器官。V是一種能被全身吸收的毒性物質(zhì)，能影響胃腸、神經(jīng)系統和心臟，中毒時(shí)腎、脾、腸道出現嚴重的血管痙攣、胃腸蠕動(dòng)亢進(jìn)等癥狀，可引起呼吸系統、神經(jīng)系統、腸胃系統、造血系統的損害及新陳代謝的改變，甚至有生命危險。

4 檢測儀器和方法

大氣顆粒物檢測的方法有許多種，涉及的測量?jì)x器也各不相同。一般來(lái)講，檢測大氣顆粒物TSP、PM10、PM2.5濃度的方法主要有濾膜稱(chēng)重法、光散射式測量法、壓電晶體法、β射線(xiàn)吸收法、微量振蕩天平法、電荷法等；測量大氣顆粒物中重金屬元素種類(lèi)和含量的方法有質(zhì)子誘導X 射線(xiàn)發(fā)射法（PIXE）、原子熒光光譜法（AFS）、能量色散X射線(xiàn)熒光光譜法（EDXRF）、中子活化分析法（INAA）、離子色譜法(IC)、石墨爐原子吸收光譜法（GF-AAS）、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）、穆斯堡爾譜儀分析法、X射線(xiàn)吸收近邊結構光譜儀分析法（XANES）、飛行時(shí)間質(zhì)譜法（TOF）等。表1比較了常用大氣顆粒物濃度的檢測方法。表2給出了目前部分廠(chǎng)家生產(chǎn)的大氣顆粒物測量?jì)x器的指標情況。從表1和表2可知，目前主流的大氣顆粒物濃度檢測方法已經(jīng)基本實(shí)現自動(dòng)、在線(xiàn)、連續測量，但對顆粒物中重金屬元素的測量仍基本處于實(shí)驗室取樣分析階段。而實(shí)驗室取樣分析的方法對樣本質(zhì)量要求非常高，檢測過(guò)程繁瑣費時(shí)，不僅無(wú)法實(shí)現污染現狀和趨勢實(shí)時(shí)感知的預警功用，而且分析成本很高。

對顆粒物源解析、非均相和多相物理化學(xué)過(guò)程分析、細顆粒物化學(xué)成分分析、粒徑和光學(xué)性質(zhì)綜合測量等方面，多使用質(zhì)譜分析類(lèi)儀器，對應用于大氣顆粒物檢測的光譜類(lèi)儀器，國外僅有Cooper Environmental ServicesLLC公司生產(chǎn)的XactTM 620型大氣金屬監測儀（AMM）可實(shí)現在線(xiàn)測定顆粒物中的重金屬元素，且沒(méi)有實(shí)現產(chǎn)業(yè)化。對于大氣顆粒物濃度測量，雖然有在線(xiàn)監測系統，但這類(lèi)設備的功能單一，僅能監測顆粒物濃度，無(wú)法監測顆粒物濃度中的重金屬污染物含量，更無(wú)法實(shí)現顆粒物與重金屬污染物的同步監測。對于能夠同時(shí)測量大氣顆粒物濃度和重金屬元素含量的自動(dòng)、在線(xiàn)、連續測量?jì)x器，在國內外仍屬于空白。

5 相關(guān)技術(shù)標準

對于大氣顆粒物監測，一些組織和國家發(fā)布了相關(guān)標準，世界衛生組織（WHO）、美國和中國的相關(guān)標準見(jiàn)表3。對大氣顆粒物中重金屬元素檢測相關(guān)標準，中國仍然處于嘗試研究階段。以2012年國家環(huán)境保護部第3次修訂的《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標準》為例，雖然新標準重點(diǎn)

增設了PM2.5的濃度限值，但是僅對其中所含的部分污染物質(zhì)濃度(如SO2、NO2、BaP、Pb、Cd、Hg、As等)有限值規定，對Se、Br、Te、Sb、Co、Pd、Tl、Sc、Mo、V等相關(guān)重金屬元素的含量限值都沒(méi)有涉及。中國關(guān)于環(huán)境空氣、大氣固定污染源等方面的現行相關(guān)標準（表4）中，僅對很少一部分重金屬元素（如Pb、As、Hg、Sn、Cd、Ni等）的監測標準和檢測方法做了規定?？梢?jiàn)，對于中國大氣顆粒物中的重金屬元素分析，無(wú)論是濃度限值還是分析技術(shù)方法、標準等均處于不成熟、不完善狀態(tài)。與發(fā)達國家比較成熟的監測標準相比，中國相關(guān)標準中涉及大氣顆粒物中重金屬元素的監測方法不僅數量很少，且部分方法較為落后。以Hg元素檢測為例，中國標準中需要用到巰基棉等有毒的化學(xué)試劑，這對監測人員的身體健康是一大威脅。因此，無(wú)論是法律法規、監測標準方面，還是測量?jì)x器設備開(kāi)發(fā)方面，中國在大氣顆粒物重金屬元素檢測領(lǐng)域與發(fā)達國家仍存在較大差距。

中國《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》在2011年4月發(fā)布，這標志著(zhù)中國在“五毒”重金屬元素Pb、Hg、Cd、Cr、As及類(lèi)金屬的整治力度進(jìn)一步加大。若中國要在2016年1月1日正式實(shí)行環(huán)境空氣質(zhì)量標準GB 3095—2012，不僅需要繼續完善相關(guān)法律法規及檢測標準，也必須配套檢測領(lǐng)域

的成熟儀器方能滿(mǎn)足環(huán)境空氣質(zhì)量評價(jià)的相關(guān)要求。

結論

為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《中華人民共和國大氣污染防治法》，保護和改善生活環(huán)境、生態(tài)環(huán)境，保障人民身體健康，國家環(huán)境保護部、國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局于2012年2月29日發(fā)布了第3次修訂的《GB 3095—2012環(huán)境空氣質(zhì)量標準》。但是，對于中國大氣顆粒物中的污染物尤其是重金屬元素污染物的監測，無(wú)論是濃度限值還是分析技術(shù)方法、標準等，均處于不成熟、不完善狀態(tài)。大氣環(huán)境顆粒物中各種污染物的組成、時(shí)空分布、源解析等相關(guān)研究凸顯出緊迫性和必要性。集中研究大氣顆粒物，可為全面開(kāi)展TSP、PM10、PM2.5監測打下詳實(shí)的資料基礎，也可為大氣污染防治和改善城市大氣環(huán)境提供理論依據和科技支撐，而研究測量方法、技術(shù)標準和設計相關(guān)檢測儀器，尤其是自動(dòng)、在線(xiàn)、連續監測大氣顆粒物的濃度及其所含重金屬元素的種類(lèi)及含量等一體化儀器更顯迫切。