美國環(huán)保署（US EPA）從1999年開始建立PM2.5顆粒物濃度監(jiān)測網(wǎng)，采用的方法是美國聯(lián)邦參考方法（FRM）（即，美國標準方法），這是一種手工的24小時濾膜采樣實驗室稱重的方法。從2008年開始，美國環(huán)保署開展了對自動的PM2.5顆粒物監(jiān)測儀認證工作，這些儀器能在無人值守的情況下連續(xù)運行并至少能提供PM2.5顆粒物的小時平均濃度值，經(jīng)過認證的儀器都會獲得美國自動等效方法（EQPM）號。

由于PM2.5顆粒物由多種物質(zhì)組成，并以不同的形態(tài)存在于環(huán)境空氣中，在進行自動監(jiān)測過程中需要排除由于顆粒物的吸水性帶來的測量結(jié)果偏高和揮發(fā)性物質(zhì)在分析過程中丟失造成的測量結(jié)果偏低的問題。經(jīng)過美國環(huán)保署認證的PM2.5顆粒物監(jiān)測儀都有固定的基本配置和工作參數(shù)設(shè)置來最大限度的保證數(shù)據(jù)的準確性。

下面介紹一下經(jīng)過美國環(huán)保署認可的兩種PM2.5顆粒物監(jiān)測儀所采用的技術(shù):

Beta射線法PM2.5顆粒物監(jiān)測儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、樣品動態(tài)加熱系統(tǒng)、采樣泵和儀器主機組成。流量為每小時1立方米的環(huán)境空氣樣品經(jīng)過PM10采樣頭和PM2.5切割器后成為符合技術(shù)要求的PM2.5顆粒物樣品氣體。在樣品動態(tài)加熱系統(tǒng)中樣品氣體的相對濕度被調(diào)整到35%以下，樣品進入儀器主機后顆粒物被收集在可以自動更換的濾膜上。在儀器中濾膜的兩側(cè)分別設(shè)置了Beta射線源和Beta射線檢測器。隨著樣品采集的進行，在濾膜上收集的顆粒物越來越多，顆粒物質(zhì)量也隨之增加，此時Beta射線檢測器檢測到的Beta射線強度會相應地減弱。由于Beta射線檢測器的輸出信號能直接反應顆粒物的質(zhì)量變化，儀器通過分析Beta射線檢測器的信號變化得到一定時段內(nèi)采集的顆粒物質(zhì)量數(shù)值，結(jié)合相同時段內(nèi)采集的樣品的體積，最終報告出采樣時段的顆粒物濃度。

微量振蕩天平法PM2.5顆粒物監(jiān)測儀由PM10采樣頭、PM2.5切割器、濾膜動態(tài)測量系統(tǒng)、采樣泵和儀器主機組成。流量為每小時1立方米的環(huán)境空氣樣品經(jīng)過PM10采樣頭和PM2.5切割器后成為符合技術(shù)要求的PM2.5顆粒物樣品氣體。樣品隨后進入配置有濾膜動態(tài)測量系統(tǒng) (FDMS)的微量振蕩天平法監(jiān)測儀主機。在主機中測量樣品質(zhì)量的微量振蕩天平傳感器主要部件是一支一端固定另一端裝有濾膜的空心錐形管，樣品氣流通過濾膜，顆粒物被收集在濾膜上。在工作時空心錐形管是處于往復振蕩的狀態(tài)，它的振蕩頻率會隨著濾膜上收集的顆粒物的質(zhì)量變化發(fā)生改變，儀器通過準確測量頻率的變化得到采集到的顆粒物的質(zhì)量，然后根據(jù)收集這些顆粒物時采集的樣品體積計算得出樣品的濃度。配置有膜動態(tài)測量系統(tǒng)后儀器能準確測量在測量過程中揮發(fā)掉的顆粒物，使最終報告數(shù)據(jù)得到有效補償，更接近于真實值。它的工作流程是：來自于PM2.5切割器的PM2.5樣品氣樣進入膜動態(tài)測量系統(tǒng)后首先會經(jīng)過干燥器，在那里樣品的相對濕度降到一定的范圍，隨后樣品氣體會根據(jù)系統(tǒng)切換閥的狀態(tài)流向不同的部件。在測量的第一時段，PM2.5樣品會直接到達微量振蕩傳感器，樣品中的顆粒物被收集在濾膜上，當?shù)谝粫r段結(jié)束時儀器可測得濾膜上的顆粒物的質(zhì)量，計算出樣品的質(zhì)量濃度；在測量的第二時段，系統(tǒng)切換閥將PM2.5樣品氣樣導入濾膜動態(tài)測量系統(tǒng)的冷凝器，樣品氣體中的顆粒物和有機物等組分被冷凝并被安裝在那里的過濾器截留，通過冷凝器之后的純凈氣體再進入微量振蕩傳感器，由于此時氣樣中不含顆粒物，因此傳感器上的濾膜不會增重，反而因濾膜上的已收集顆粒物中的揮發(fā)性或半揮發(fā)性顆粒物的持續(xù)揮發(fā)，而造成濾膜上已收集顆粒物的質(zhì)量減少，在第二時段結(jié)束時儀器可測在測量周期內(nèi)揮發(fā)掉的顆粒物的質(zhì)量和濃度。最終儀器用第二時段測得的數(shù)據(jù)對第一時段測得的數(shù)據(jù)進行補償輸出測量結(jié)果。