TL；DR-顆粒物（PM）是一種在世界范圍內(nèi)非常普遍和具有影響的空氣污染物。顆粒物污染主要來自燃燒，包括工業(yè)活動、車輛和野火。顆粒物在世界各地的濃度和組成差異很大，但對大多數(shù)國家的公共健康有重大影響。它是根據(jù)其顆粒的大小進(jìn)行分類的，其中較小的分類——PM2.5——占了污染物對人類和環(huán)境健康的大部分有害影響。盡管對PM的影響進(jìn)行了很好的研究，但對世界上絕大多數(shù)人口來說，PM仍然超過了基準(zhǔn)水平，這促使人們需要采取行動，以實(shí)現(xiàn)更清潔的空氣。
　　顆粒物質(zhì)不是由單一物質(zhì)組成的，而是固體和液體顆粒的組合，如灰塵、花粉、灰燼、煤煙、灰塵和煙霧。其中一些顆?？赡苁强梢姷?，例如通過霧霾的出現(xiàn)，而其他顆粒太小，無法用肉眼看到。
　　根據(jù)顆粒物的大小，顆粒物通常分為四類：粗顆粒物、PM10、PM2.5和PM1。粗顆粒物的直徑為10微米（μm）或更大，而顆粒物10和PM2.5的直徑分別為10微米或2.5微米或更小。PM10和PM2.5都被認(rèn)為是可吸入顆粒物，這意味著它們足夠小，可以被吸入肺部深處。
　　PM1由最小的顆粒組成：直徑小于1微米的顆粒。盡管由于其體積小，可能對人體健康造成更大的危害，但由于缺乏廣泛的監(jiān)測或監(jiān)管，其負(fù)面健康影響的證據(jù)有限——PM1不像PM2.5或PM10那樣定期監(jiān)測，因?yàn)樗皇谴蠖鄶?shù)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。然而，理論上，PM1可能會對PM2.5的健康影響產(chǎn)生很大的影響，因?yàn)樗念w粒尺寸很小。
　　PM10、PM2.5和食鹽平均粒徑之間的尺寸對比表明了顆粒物的細(xì)微程度。因?yàn)樗怯蛇@樣的小顆粒組成的，顆粒物質(zhì)可以被吸入肺部，加重呼吸道癥狀和其他負(fù)面健康影響。（圖片來源：明尼蘇達(dá)州污染控制局）顆粒物主要由燃燒源排放，如車輛、柴油發(fā)動機(jī)和工業(yè)設(shè)施。PM可以從一級和二級來源產(chǎn)生——一級來源包括建筑工地、未鋪路面的道路、火災(zāi)、煙囪和木灶，所有這些都直接排放顆粒物。某些土壤破壞活動（如公路旅行或農(nóng)業(yè)作業(yè)）也可能會攪動更粗的顆粒物，從而導(dǎo)致總的PM水平。
　　相比之下，次級源釋放的氣體在大氣中反應(yīng)形成PM。來自其他污染源的某些污染物-例如，發(fā)電廠或煤火排放的二氧化硫和氮氧化物-在大氣中以復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)相互作用，形成顆粒物。氣態(tài)顆粒也可以在空氣中冷卻成固體或液體顆粒。
　　與農(nóng)村相比，城市地區(qū)的顆粒物濃度更高。一項(xiàng)研究比較了“PM天數(shù)”（PM2.5水平高于國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（NAAQS）設(shè)定的目標(biāo)24小時平均值的天數(shù)）的數(shù)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大型中心都市縣的平均值為11.21天，而農(nóng)村縣僅為0.95天。在人口和活動密度較高的中心縣，PM2.5的濃度也較高，這會導(dǎo)致顆粒物污染。
　　與接觸顆粒物相關(guān)的負(fù)面健康影響是顯著的。2021哈佛大學(xué)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，燃燒化石燃料造成的空氣顆粒物污染導(dǎo)致2012年全球1020萬人死亡。研究中使用的方法使研究人員能夠?qū)M2.5暴露導(dǎo)致的過早死亡與化石燃料燃燒聯(lián)系起來，并將其歸因于全球1/5的過早死亡。同一項(xiàng)研究估計(jì)，2018年美國有35萬人因化石燃料污染而過早死亡。
　　PM對健康的許多負(fù)面影響都是由于其顆粒較小，可以進(jìn)入身體，進(jìn)入氣道和肺部，甚至進(jìn)入血液。
　　這張信息圖顯示了與PM和其他空氣污染物相關(guān)的健康影響范圍。來源：歐洲環(huán)境署PM2.5構(gòu)成了最大的健康風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗念w粒物甚至小于PM10-PM10顆粒物往往聚集在上呼吸道，而PM2.5有能力滲透到肺部，損害肺組織，并進(jìn)一步進(jìn)入體內(nèi)。
　　短期暴露于PM數(shù)小時或數(shù)天會加重肺部疾病，導(dǎo)致哮喘發(fā)作和急性支氣管炎，并增加呼吸道感染的易感性。長期暴露-意味著在高PM濃度的地區(qū)生活多年-與肺功能降低、慢性支氣管炎和過早死亡相關(guān)。
　　由于多種原因，兒童接觸PM尤其危險(xiǎn)：他們的呼吸系統(tǒng)仍在發(fā)育，每磅體重呼吸的空氣比成年人多，而且他們更可能在戶外活動?；加行呐K病或肺病的個人也有可能受到更大的健康影響。
　　研究還發(fā)現(xiàn)，接觸顆粒物污染會影響大腦。在兒童中，暴露于PM會隨著大腦的發(fā)育而改變其大小，這可能會增加日后出現(xiàn)認(rèn)知和情緒問題的風(fēng)險(xiǎn)。
　　研究還證明了顆粒物暴露與癡呆之間的聯(lián)系。美國南加州大學(xué)2017年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，對于那些生活在PM2.5暴露量超過美國環(huán)境保護(hù)局規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)（12μg/m3）的地區(qū)的人來說，老年女性患癡呆癥的風(fēng)險(xiǎn)幾乎增加了一倍。根據(jù)該研究的首席研究員流行病學(xué)家陳九（Jiu Chiuan Chen）的說法，如果將這些發(fā)現(xiàn)外推到普通人群中，全球約21%的癡呆癥病例都是由PM污染造成的。
　　南加州大學(xué)2019年的一項(xiàng)研究專門研究了PM暴露對阿爾茨海默氏癥的影響，發(fā)現(xiàn)與呼吸更清潔空氣的女性相比，之前接觸過更高濃度PM2.5的70多歲和80多歲女性經(jīng)歷了更嚴(yán)重的阿爾茨海默氏癥樣腦萎縮和記憶力下降。
　　顆粒物質(zhì)可以通過風(fēng)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，并在遠(yuǎn)離最初排放的地方沉淀。這意味著PM排放事件的影響——比如一場大型野火——會對整個地理區(qū)域的空氣質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。要了解更多有關(guān)野火如何主要通過釋放大量顆粒物而顯著影響空氣質(zhì)量的信息，請閱讀我們的野火博客。
　　顆粒物也是造成空氣中霧霾的原因，導(dǎo)致能見度降低，這在現(xiàn)在并不罕見，尤其是在大城市。
　　上圖顯示了空氣質(zhì)量好的一天和空氣質(zhì)量差的一天之間的能見度差異。霧霾可能集中在煙羽中，形成分層霧霾，或以影響整體能見度的均勻霧霾形式存在。（圖片來源：國家公園管理局）大量的顆粒物也會通過使湖泊和溪流變酸、改變沿海水域和大型河流流域的營養(yǎng)平衡、耗盡土壤養(yǎng)分、破壞森林和作物、導(dǎo)致酸雨以及影響生態(tài)系統(tǒng)多樣性，從而改變整體環(huán)境健康。
　　在全球范圍內(nèi)，世界衛(wèi)生組織（WHO）為可接受的PM水平提供了基準(zhǔn)和建議。世界衛(wèi)生組織將這些基準(zhǔn)設(shè)定為10μg/m3作為PM2.5的年平均值，25μg/m3作為24小時平均值。對于PM10，這些數(shù)值分別為20μg/m3和50μg/m2。
　　對于超過這些建議的PM污染最高水平的國家，世界衛(wèi)生組織制定了臨時目標(biāo)，逐步減少排放的污染量，直到世界衛(wèi)生組織目標(biāo)將其視為清潔空氣。
　　然而，現(xiàn)行世界衛(wèi)生組織空氣質(zhì)量指南于2005年發(fā)布，自那時以來，許多科學(xué)研究都證實(shí)了這樣一個事實(shí)，即PM對人類健康來說確實(shí)不存在安全水平。為了使其指南與科學(xué)現(xiàn)狀保持同步，世界衛(wèi)生組織將于2021 9月22日發(fā)布最新的《空氣質(zhì)量指南》，預(yù)計(jì)該指南對被認(rèn)為對人類健康可接受的PM濃度將更加嚴(yán)格。
　　在較小的范圍內(nèi)，國家和地區(qū)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)管理不同地區(qū)的PM污染。這些組織包括美國環(huán)保局和歐盟，它們在各自的地區(qū)設(shè)定了目標(biāo)。
　　在美國，美國環(huán)保局規(guī)定了室外“可吸入”顆粒物的水平，包括PM2.5和PM10，但不包括直徑超過10μm的顆粒物。顆粒物是國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（NAAQS）規(guī)定的六大標(biāo)準(zhǔn)污染物之一。《清潔空氣法》要求美國環(huán)保局為這六項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)污染物制定標(biāo)準(zhǔn)，這些污染物被認(rèn)為對人類健康和環(huán)境都有害。
　　一級和二級標(biāo)準(zhǔn)均由美國環(huán)保局制定，用于PM監(jiān)管。制定主要標(biāo)準(zhǔn)的目的是保護(hù)公眾健康，特別是兒童、老年人和哮喘患者等敏感人群的健康。二級標(biāo)準(zhǔn)旨在保護(hù)公共福利和環(huán)境，限制能見度降低的發(fā)生，避免對動物、農(nóng)作物、植被和建筑物造成損害。
　　這些標(biāo)準(zhǔn)包括PM2.5和PM10的24小時和年度標(biāo)準(zhǔn)。目前，環(huán)境保護(hù)局制定了PM2.5的一級和二級標(biāo)準(zhǔn)，分別為12.0μg/m3和15.0μg/m3（年平均值），比世界衛(wèi)生組織的建議更加嚴(yán)格。
　　除了全球和區(qū)域目標(biāo)之外，我們開始看到PM在更為地方的層面上受到監(jiān)管——在人們生活和工作的地方。加利福尼亞州、華盛頓州和俄勒岡州最近出臺了一些規(guī)定，要求有戶外工作者的雇主監(jiān)測空氣質(zhì)量，并采取措施保護(hù)員工，同時要求在空氣質(zhì)量指數(shù)達(dá)到151或以上時消除或減少其野火煙霧暴露。
　　世界各地PM污染的濃度和分布在空間和時間上都有所不同。
　　根據(jù)2017年的一項(xiàng)研究，1960年至2009年間，PM2.5濃度增加了38%，其中大部分增加發(fā)生在中國和印度。PM2.5濃度的增加與PM污染導(dǎo)致的全球死亡人數(shù)的增加同時出現(xiàn)：在同一時期，這一數(shù)字增加了89%至124%，中國和印度的增加再次占主導(dǎo)地位。與此同時，美國和歐洲的PM2.5濃度有所下降。
　　令人震驚的是，全球91%的人口生活在PM2.5水平超過世界衛(wèi)生組織健康空氣基準(zhǔn)的地區(qū)。大約有40億人生活在PM2.5年平均濃度達(dá)不到世界衛(wèi)生組織最嚴(yán)格的35μg/m3目標(biāo)的地區(qū)。
　　世界衛(wèi)生組織表示，長期暴露于PM2.5年平均濃度10μg/m3以上的人群，死于癌癥和心肺疾病的風(fēng)險(xiǎn)更高。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，全球90%以上的人口暴露在不健康的空氣中。
　　第一張圖片顯示了該國居住在PM2.5年平均濃度大于10μg/m3的地區(qū)的人口比例，這是世界衛(wèi)生組織制定的指導(dǎo)方針，在該指導(dǎo)方針之上，已經(jīng)觀察到由于接觸PM而導(dǎo)致的不良健康狀況。第二幅圖像顯示了1990年至2017年世界各地PM2.5空氣污染水平。世界上絕大多數(shù)人口并不生活在PM2.5濃度低到足以被視為健康空氣的地區(qū)。世界上大多數(shù)地區(qū)的空氣污染嚴(yán)重，南亞、中東和北非以及撒哈拉以南非洲的空氣污染水平近年來最高。（圖片來源：世界銀行）相比之下，美國PM2.5水平略有下降。然而 這些數(shù)字只反映了全國PM2.5濃度的平均值，并沒有反映特定社區(qū)的局部趨勢或水平升高。美國許多地區(qū)仍然暴露在不健康水平的PM污染中。
　　在2000年至2020年期間，PM2.5的年平均水平有所下降，目前低于NAAQS規(guī)定的國家標(biāo)準(zhǔn)。從美國整體來看，這20年期間PM2.5水平下降了41%。盡管在國家層面上取得了這些進(jìn)展，但該國某些地區(qū)和社區(qū)的PM2.5暴露水平仍然較高，特別是在某些污染排放事件（如野火）期間。最常用的測量顆粒物的儀器通過測量PM濃度或粒徑分布來實(shí)現(xiàn)。
　　最準(zhǔn)確的測量使用重量法，將空氣吸入過濾器，在過濾器中可以收集顆粒。然后對過濾器進(jìn)行稱重，并與吸入空氣之前的原始重量進(jìn)行比較。由于顆粒是直接收集的，因此這種方法還允許對其進(jìn)行化學(xué)分析，以了解更多的成分。
　　這種測量方法被歐盟和美國環(huán)保局等監(jiān)管機(jī)構(gòu)使用，因?yàn)樗鼘?shù)據(jù)準(zhǔn)確性的高標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于收集和權(quán)衡過濾器的過程，它不允許實(shí)時數(shù)據(jù)，只能提供部署時間段的平均值。由于操作儀器需要經(jīng)過培訓(xùn)的員工，因此這種方法的操作成本也很高。
　　上圖顯示了美國環(huán)保局（USEPA）監(jiān)測的空氣質(zhì)量監(jiān)測站點(diǎn)，該站點(diǎn)使用基于過濾器的技術(shù)來測量顆粒物水平。參考等級監(jiān)測器，被歸類為聯(lián)邦參考方法（FRM）或聯(lián)邦等效方法（FEM），產(chǎn)生高度準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但具有較高的操作成本和較低的空間和時間分辨率。（圖片來源：美國環(huán)保局）通過觀察光的不同財(cái)產(chǎn)，包括光散射、光吸收和光消光，以及它們?nèi)绾螌︻w粒的存在作出反應(yīng)，也可以使用光學(xué)儀器測量顆粒物。光學(xué)粒子計(jì)數(shù)器（OPC） 是這些方法中最流行的一種，它使用像激光二極管這樣的光源來照射粒子，并使用光電探測器來測量這些粒子散射的光。OPC可以通過FRM和FEM儀器（如USEPA參考等級監(jiān)測器）進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證，以提高其精度。要了解更多有關(guān)Clarity如何通過基于OPC的空氣質(zhì)量傳感器校準(zhǔn)顆粒物測量值的信息，請參閱我們的博客。
　　顆粒物通常以微克/立方米（μg/m3）表示，以顯示其在空氣中的濃度。PM的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）通常用于傳達(dá)這一濃度的含義，根據(jù)與當(dāng)前污染相關(guān)的健康關(guān)注程度將空氣質(zhì)量分為六類。
　　顆粒物通常被測量和傳達(dá)，以作為整體空氣質(zhì)量的代表，特別是通過PM2.5的AQI。PM也可用于調(diào)查與某些活動（如建筑和采礦）相關(guān)的空氣污染水平。
　　建筑工地也會排放高濃度的空氣污染物，因此測量顆粒物有助于量化工地的整體空氣污染排放量。
　　測量PM有助于確定采礦活動產(chǎn)生的空氣污染。在地表開采過程中，以及在土壤和植被被移除時，顆粒物會被釋放出來，從而使土壤暴露在可能導(dǎo)致顆粒物在空氣中傳播的天氣中。PM測量裝置可以幫助量化采礦對整體空氣質(zhì)量的影響。
　　PM也是野火煙霧對人類健康造成危害的主要污染物，因此，測量野火釋放的顆粒物水平可以幫助對野火對空氣質(zhì)量的影響進(jìn)行分類，并幫助個人了解空氣在特定時刻造成的危險(xiǎn)。
　　Clarity采用OPC技術(shù)和專有校準(zhǔn)方法，在當(dāng)?shù)販?zhǔn)確測量PM10、PM2.5和PM1，有助于繪制給定位置顆粒物污染的完整圖像。如果您有興趣以經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確的方式監(jiān)測顆粒物，您可以在這里了解更多有關(guān)我們的解決方案。

發(fā)布者：上校的一朵花