大气颗粒物通过吸收和散射太阳辐射能、改变云层厚度和反照率，影响地表-大气系统的能量交换，间接或直接影响全球气候变化。同时，通过影响大气能见度及酸沉降分布，PM10和PM2.5对空气质量产生一定影响。大气颗粒物浓度越高、成分越复杂，城市大气能见度越低，空气质量也越差，而生态环境也会不同程度遭受污染。图2为美国国家航空航天局（NASA）2010年9月公布的全球空气质量地图。图3展示了2006年中国PM10、PM2.5的浓度分布。

分析图2和图3可知，随地理位置的不同，PM2.5浓度值存在明显差异。从全球来看，中国、西非等第三世界国家的PM2.5浓度值明显高于欧美等发达国家；从中国来看，东部、西北部偏远地区PM2.5浓度值明显较低，华北地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区PM2.5浓度值明显偏高。

图4展示了1850—2000年全球各地区大气污染物PM2.5浓度变化和致死人数情况。大气颗粒物中大约有75%～90%的重金属富集在PM10上，而PM2.5中的重金属含量总体上高于PM10。由于PM2.5的粒径太小，更容易提供比表面积从而成为病毒、细菌的良好载体，而且不能被鼻孔、咽喉所阻挡，可通过呼吸系统被吸入到肺泡，甚至通过肺换气进入其他器官，从而造成比PM10更大的健康威胁。

颗粒物的粒径越小，巨大的比表面积越可能吸附更多的有害物质，而且其化学成分越复杂，毒性越大，并且有更高的反应和溶解速度。而流行病学资料显示，呼吸系统疾病、心血管疾病的发病率及死亡率与PM2.5密切相关。一般情况下，大气颗粒物主要通过呼吸系统和胃肠道系统对生物机体产生影响，其进入人体的途径主要有呼吸作用、吞食作用、皮肤接触3种方式。通过呼吸作用或者皮肤接触，重金属元素进入并富集在人体内；而重金属元素还会随着颗粒物的沉降作用进入水体及植物生态系统，并在食物链中逐渐富集，人类通过吞食作用使得部分大气颗粒物中的重金属最终进入人体，危害人体器官。不同粒径的大气颗粒物在人体呼吸道不同部位的对应沉积和阻留位置见图5。

颗粒物中的重金属对人体健康的危害首先取决于其化学活性，其次才取决于其含量大小，所以颗粒物中不同种类、不同含量的重金属对人体的作用部位和危害程度也不同。以颗粒物中的重金属元素为例，Pb通过呼吸、摄取、皮肤接触及胎盘传输等方式富集在人体的内脏组织、骨路组织等部位，不仅能危害人体正常的新陈代谢，抑制酶的活性，还能导致脑损伤等；Cd主要富集在肾脏皮层、肝脏、胰腺、甲状腺、胆囊、睾丸等部位，容易引起肺气肿和蛋白尿；Cr不仅能引起呕吐和持续的腹泻，还能引起刺激性皮炎、发鼻穿孔、过敏性湿瘆、皮肤溃烂等症状，3 g的富集量就能对成人致死。As被国际癌症研究机构LARC归为一类致癌物，很少量就能引发皮肤损伤、角化症、肺癌和膀胱癌等病变，同时，As对人体也有潜在致畸作用。Zn过量可能引起急性中毒，发生呕吐、腹泻等胃肠道症状，会破坏人类及动物的呼吸道等器官。V是一种能被全身吸收的毒性物质，能影响胃肠、神经系统和心脏，中毒时肾、脾、肠道出现严重的血管痉挛、胃肠蠕动亢进等症状，可引起呼吸系统、神经系统、肠胃系统、造血系统的损害及新陈代谢的改变，甚至有生命危险。

4 检测仪器和方法

大气颗粒物检测的方法有许多种，涉及的测量仪器也各不相同。一般来讲，检测大气颗粒物TSP、PM10、PM2.5浓度的方法主要有滤膜称重法、光散射式测量法、压电晶体法、β射线吸收法、微量振荡天平法、电荷法等；测量大气颗粒物中重金属元素种类和含量的方法有质子诱导X 射线发射法（PIXE）、原子荧光光谱法（AFS）、能量色散X射线荧光光谱法（EDXRF）、中子活化分析法（INAA）、离子色谱法(IC)、石墨炉原子吸收光谱法（GF-AAS）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、穆斯堡尔谱仪分析法、X射线吸收近边结构光谱仪分析法（XANES）、飞行时间质谱法（TOF）等。表1比较了常用大气颗粒物浓度的检测方法。表2给出了目前全球部分厂家生产的大气颗粒物测量仪器的指标情况。从表1和表2可知，目前主流的大气颗粒物浓度检测方法已经基本实现自动、在线、连续测量，但对颗粒物中重金属元素的测量仍基本处于实验室取样分析阶段。而实验室取样分析的方法对样本质量要求非常高，检测过程繁琐费时，不仅无法实现污染现状和趋势实时感知的预警功用，而且分析成本很高。

对颗粒物源解析、非均相和多相物理化学过程分析、细颗粒物化学成分分析、粒径和光学性质综合测量等方面，多使用质谱分析类仪器，如美国TSI的ATOFMS-3800型气溶胶飞行时间质谱仪、美国Aerodyne的AMS气溶胶质谱仪、广州禾信分析仪器有限公司SPAM0516型气溶胶飞行时间质谱仪等。但这类仪器价格昂贵，仪器使用成本远高于XactTM 620型大气金属监测仪等光谱类仪器。对应用于大气颗粒物检测的光谱类仪器，国外仅有Cooper Environmental ServicesLLC公司生产的XactTM 620型大气金属监测仪（AMM）可实现在线测定颗粒物中的重金属元素，而国内也只有江苏天瑞仪器股份有限公司、聚光科技（杭州）股份有限公司2家生产出了可在线测量颗粒物中重金属元素的工程样机，在部分技术指标上与国外仪器有一定的差距，且没有实现产业化。对于大气颗粒物浓度测量，虽然有在线监测系统，但这类设备的功能单一，仅能监测颗粒物浓度，无法监测颗粒物浓度中的重金属污染物含量，更无法实现颗粒物与重金属污染物的同步监测。对于能够同时测量大气颗粒物浓度和重金属元素含量的自动、在线、连续测量仪器，在国内外仍属于空白。

5 相关技术标准

对于大气颗粒物监测，一些国际组织和国家发布了相关标准，世界卫生组织（WHO）、美国和中国的相关标准见表3。对大气颗粒物中重金属元素检测相关标准，中国仍然处于尝试研究阶段。以2012年国家环境保护部第3次修订的《GB 3095—2012环境空气质量标准》为例，虽然新标准重点

增设了PM2.5的浓度限值，但是仅对其中所含的部分污染物质浓度(如SO2、NO2、BaP、Pb、Cd、Hg、As等)有限值规定，对Se、Br、Te、Sb、Co、Pd、Tl、Sc、Mo、V等相关重金属元素的含量限值都没有涉及。中国关于环境空气、大气固定污染源等方面的现行相关标准（表4）中，仅对很少一部分重金属元素（如Pb、As、Hg、Sn、Cd、Ni等）的监测标准和检测方法做了规定。可见，对于中国大气颗粒物中的重金属元素分析，无论是浓度限值还是分析技术方法、标准等均处于不成熟、不完善状态。与发达国家比较成熟的监测标准相比，中国相关标准中涉及大气颗粒物中重金属元素的监测方法不仅数量很少，且部分方法较为落后。以Hg元素检测为例，中国标准中需要用到巯基棉等有毒的化学试剂，这对监测人员的身体健康是一大威胁。因此，无论是法律法规、监测标准方面，还是测量仪器设备开发方面，中国在大气颗粒物重金属元素检测领域与发达国家仍存在较大差距。

中国《重金属污染综合防治“十二五”规划》在2011年4月发布，这标志着中国在“五毒”重金属元素Pb、Hg、Cd、Cr、As及类金属的整治力度进一步加大。若中国要在2016年1月1日正式实行环境空气质量标准GB 3095—2012，不仅需要继续完善相关法律法规及检测标准，也必须配套检测领域

的成熟仪器方能满足环境空气质量评价的相关要求。

结论

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，保护和改善生活环境、生态环境，保障人民身体健康，国家环境保护部、国家质量监督检验检疫总局于2012年2月29日发布了第3次修订的《GB 3095—2012环境空气质量标准》。但是，对于中国大气颗粒物中的污染物尤其是重金属元素污染物的监测，无论是浓度限值还是分析技术方法、标准等，均处于不成熟、不完善状态。大气环境颗粒物中各种污染物的组成、时空分布、源解析等相关研究凸显出紧迫性和必要性。集中研究大气颗粒物，可为全面开展TSP、PM10、PM2.5监测打下详实的资料基础，也可为大气污染防治和改善城市大气环境提供理论依据和科技支撑，而研究测量方法、技术标准和设计相关检测仪器，尤其是自动、在线、连续监测大气颗粒物的浓度及其所含重金属元素的种类及含量等一体化仪器更显迫切。