【】2016年，霧霾成為了我們關心的話題，因為這關係到我們的健康。所以我們買淨化器，買口罩，就是為了呼吸乾淨的空氣。很多人為了關心自己居家環境，所以都買了測量PM2.5的測試設備，從幾百到上千元都有。那麼問題來了，標準化的測試儀器是什麼樣的？今年我們通過複印機橫評橫評環保項目測試的過程，了解到了很多定量定性分析的辦法，在此就和中關村在線的讀者一起探討。中關村在線原創
昂貴的分析儀器
凡是要對目標進行定量、定性分析的設備，一般都是實驗室等機構使用，都非常昂貴。這個昂貴是普通人根本不可能去考慮的那種昂貴。並且精度越高、價格越貴這是定律。比如我們幾十塊錢就能買一個精度10克左右的體重秤，顯示你的體重大約是80.86公斤。但是，如果你想精確測量一小粒鑽石的重量，到0.0001克，也就是萬分之一克，就要幾千上萬元的微量天平了。十萬分之一克的微量調平就要幾萬元……精度向後一個小數點、儀器價格加個0算是業內常態。
萬分之一克的微量天平價格在千元的檔次上
精度達到十萬分之一克的微量天平價格普遍萬元以上
分析有兩個方向，定性與定量。定性解決是什麼的問題，定量解決有多少的問題。比如PM2.5這種小顆粒，我們普通的設備只能知道有多少，但是顆粒的成份是什麼？這就需要定性分析。不過在定性分析之前，定量分析其實能做到很準確也並不是一件容易的事情……
所以今天我們就來揭開空氣中顆粒物測量方法的秘密。
標準化與重量法：
做空氣的定量測量，必須要設定好條件，否則空氣這種受熱就膨脹的氣體，大家測量的標準不一樣，數據也就失去了意義。我國的國標設定的標準是0攝氏度、101.3kPa，如果在其它條件下測量的，就要查表進行轉換。
空氣採樣切割器，旁邊的瓶子是除溼用的
條件已有，那麼就需要一定量的空氣採樣了。這個設備叫做空氣採樣切割器。如圖所示，是一個很大的設備。這個設備用來定量的採集氣體樣本。看到旁邊有個小瓶子嗎？這個瓶子的作用是分離出空氣中的水份，進而得到儘可能乾燥的氣體。
分析用的濾膜雖是耗材，但並不便宜
微量天平：空氣採樣、天平稱重，可得濾紙上顆粒物的重量
重量法，就是先用前面說過的高精度微量天平測量濾膜的重量，然後讓一定體積的空氣通過濾膜，得到過濾後的總重量，進而得出PM2.5、PM10含量的重量。可以看到，濾膜本身就不便宜。但要指出的是，重量法雖然測量麻煩，但是所有其它測量空氣顆粒物含量辦法的基礎，是最準確、最科學、最直接的辦法。其它的測量辦法的檢測檢驗要依照重量法來進行。
重量法檢測的缺點明顯：手動進行操作麻煩，所以需要開發能夠持續進行檢測的辦法。
微量震蕩天平法
微量震蕩天平（TEOM）是一個一頭粗一頭細的錐形玻璃管。截取的空氣要求以1立方米每小時的速度從粗頭進、細頭出，細頭裝有過濾的濾芯，PM2.5就被截留在濾芯上。這個玻璃管在電場的作用下會來回搖擺振蕩。
顆粒物質量算法
微量遮擋天平的原理
圖中可以看到不同用途的TEOM，分別測量PM2.5和PM10
當不同質量的PM2.5顆粒被過濾後，其震蕩頻率也發生變化，再根據氣體的體積反推PM2.5的重量值。由於可以不斷的累積過濾的PM2.5的重量，所以微量震蕩天平法可以實現持續的測量，只要定期更換濾紙即可。
β射線法
β射線有超強的穿透力。很快人們就把這種射線運用到了測量空氣顆粒物上。這種方法的原理是，先讓濾紙過濾PM2.5，然後讓射線照射有PM2.5的濾紙與沒有PM2.5濾紙，進行分別測量，這樣就可以得到濾紙上有多少顆粒物。
使用β射線法的檢測設備
看上圖，可以看到這一辦法可以使用大盤的連續濾紙，因此可以很長世間才更換一次耗材，能夠進行持續的監測。一般來說放射源使用輻射劑量很小人畜無害的碳14.
寫文章的時候，北京即將迎來一次跨年的霧霾，橙色預警
這些都是很昂貴、精密的儀器進行空氣中顆粒物含量的測試，他們共同的特點就是體積大。而且微量震蕩天平法和β射線法測量一樣的空氣，都與標準化的重量法有出入，震蕩天平法的測量數值偏低、β射線法的數值偏高，一度造成中國的環境監測數據與美使館的數據出入不小，現在雙方都進行了修正，數據已經差不多了，平息了爭議。
家用設備：散射法
前面的幾種辦法，體積大、價格貴甚至還有放射源，顯然不適合家用，那麼我們平時看到的幾百頁、幾千元的手持式空氣品質測量PM2.5的設備都是什麼原理呢？
設備原理
雷射PM2.5檢測設備的模塊解剖，其實並不算大
這種原理叫做散射法。其直接結果是測量光線的折射率。在不同的PM2.5、PM10環境下，光的折射率並不相同，那麼就可以通過測量折射率的值來獲得顆粒物的量。因為這種辦法並未做到將顆粒物過濾到濾紙上，所以精度並不算高，但優勢也非常明顯：測量模塊淘寶批發價就幾十塊錢，所以可以做到整體的價格不高。
PM2.5檢測設備成品，淘寶很多，價格幾百元
由於雷射的波長比較準確，因此現在都流行雷射的測量模塊。品牌產品由於轉換數值做的更精確一下，也更貴。如果僅僅看一個大概的範圍，幾百元的各種產品都可以考慮。
氣體組分如何測量？
我們知道空氣中不僅僅有氮氣、氧氣、二氧化碳，可能還有SO2、NOx、O3等等各種其它其它成份，它們可能由於燃煤、汽車尾氣等排放而來。而家裡裝修又可能有不少甲醛，對於健康來說，知道這些組分有多少也很重要。尤其是家裡或是辦公環境，還非常重視TVOC，也就是有機物總體含量。
安捷倫科技的氣相色譜系統儀器
這種設備叫做氣相色譜儀，是很昂貴的分析儀器，上圖安捷倫的產品淘寶便宜的二手貨都要幾萬塊……通過比較複雜的辦法（不詳細展開了，可以自己去查詢），得到一個個吸收峰，通過峰的高度和位置來定性判斷組份，通過峰的面積來確定含有多少。可以說氣相色譜儀解決了混合氣體的定量、定性兩個問題，因此價格也比較昂貴。
色譜儀的檢測結果：採樣的峰表示成份、峰的面積表示含量
當然氣相色譜儀的體積不允許移動檢測，因此對於特定的組分，會有單獨的傳感器或是成品檢測設備，比如測量燃煤發電的SO2氣體含量的儀器，由於是針對特定氣體的，所以傳感器和成品測量設備都價格不菲。
空氣檢測的設備與方法基本就介紹到這裡了，因此想用很低成本實現多參數的檢驗，普遍都不靠譜，如果嚴格檢驗，檢測設備的價格又不允許，也沒什麼意義。所以，該怎麼選室內空氣檢測設備，你應該已經心裡有數了。