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仍然超過了基準水平，這促使人們需要采取行動，以實現(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。其中一些顆粒可能是可見的，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，因為它不是大多數(shù)空氣質(zhì)量標準的標準。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，因為它的顆粒尺寸很小。
　　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微程度。因為它是由這樣的小顆粒組成的，顆粒物質(zhì)可以被吸入肺部，加重呼吸道癥狀和其他負面健康影響。（圖片來源：明尼蘇達州污染控制局）顆粒物主要由燃燒源排放，如車輛、柴油發(fā)動機和工業(yè)設施。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、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，從而導致總的PM水平。
　　相比之下，次級源釋放的氣體在大氣中反應形成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-在大氣中以復雜的化學反應相互作用，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)量標準（NAAQS）設定的目標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，這會導致顆粒物污染。
　　與接觸顆粒物相關的負面健康影響是顯著的。2021哈佛大學的一項研究發(fā)現(xiàn)，燃燒化石燃料造成的空氣顆粒物污染導致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。同一項研究估計，2018年美國有35萬人因化石燃料污染而過早死亡。
　　PM對健康的許多負面影響都是由于其顆粒較小，可以進入身體，進入氣道和肺部，甚至進入血液。
　　這張信息圖顯示了與PM和其他空氣污染物相關的健康影響范圍。來源：歐洲環(huán)境署PM2.5構(gòu)成了最大的健康風險，因為它的顆粒物甚至小于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，并進一步進入體內(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。
　　由于多種原因，兒童接觸PM尤其危險：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。患有心臟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)認知和情緒問題的風險。
　　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2017年的一項研究發(fā)現(xiàn)，對于那些生活在PM2.5暴露量超過美國環(huán)境保護局規(guī)定標準（12μg/m3）的地區(qū)的人來說，老年女性患癡呆癥的風險幾乎增加了一倍。根據(jù)該研究的首席研究員流行病學家陳九（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2019年的一項研究專門研究了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)可以通過風遠距離運輸，并在遠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水平提供了基準和建議。世界衛(wèi)生組織將這些基準設定為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，逐步減少排放的污染量，直到世界衛(wèi)生組織目標將其視為清潔空氣。
　　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，許多科學研究都證實了這樣一個事實，即PM對人類健康來說確實不存在安全水平。為了使其指南與科學現(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》，預計該指南對被認為對人類健康可接受的PM濃度將更加嚴格。
　　在較小的范圍內(nèi)，國家和地區(qū)機構(gòu)負責管理不同地區(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)設定了目標。
　　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)量標準（NAAQS）規(guī)定的六大標準污染物之一?！肚鍧嵖諝夥ā芬竺绹h(huán)保局為這六項標準污染物制定標準，這些污染物被認為對人類健康和環(huán)境都有害。
　　一級和二級標準均由美國環(huán)保局制定，用于PM監(jiān)管。制定主要標準的目的是保護公眾健康，特別是兒童、老年人和哮喘患者等敏感人群的健康。二級標準旨在保護公共福利和環(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。
　　這些標準包括PM2.5和PM10的24小時和年度標準。目前，環(huán)境保護局制定了PM2.5的一級和二級標準，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格。
　　除了全球和區(qū)域目標之外，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，并采取措施保護員工，同時要求在空氣質(zhì)量指數(shù)達到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的地區(qū)。大約有40億人生活在PM2.5年平均濃度達不到世界衛(wèi)生組織最嚴格的35μg/m3目標的地區(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險更高。根據(jù)這一標準，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)生組織制定的指導方針，在該指導方針之上，已經(jīng)觀察到由于接觸PM而導致的不良健康狀況。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)定的國家標準。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現(xiàn)。
　　最準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。然后對過濾器進行稱重，并與吸入空氣之前的原始重量進行比較。由于顆粒是直接收集的，因此這種方法還允許對其進行化學分析，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)管機構(gòu)使用，因為它對數(shù)據(jù)準確性的高標準。然而，由于收集和權(quán)衡過濾器的過程，它不允許實時數(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，該站點使用基于過濾器的技術來測量顆粒物水平。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，也可以使用光學儀器測量顆粒物。光學粒子計數(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）進行校準和驗證，以提高其精度。要了解更多有關Clarity如何通過基于OPC的空氣質(zhì)量傳感器校準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）通常用于傳達這一濃度的含義，根據(jù)與當前污染相關的健康關注程度將空氣質(zhì)量分為六類。
　　顆粒物通常被測量和傳達，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)量的影響進行分類，并幫助個人了解空氣在特定時刻造成的危險。
　　Clarity采用OPC技術和專有校準方法，在當?shù)販蚀_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、準確的方式監(jiān)測顆粒物，您可以在這里了解更多有關我們的解決方案。

發(fā)布者：上校的一朵花