Beta射线技术在颗粒物中的应用研究

于哲农永光郭炜赵文峰胡刚

于哲YUZhe曰农永光NONGYong-guang曰郭炜GUOWei曰赵文峰ZHAOWen-feng曰胡刚HUGang（中科天融（北京）科技有限公司，北京100085）（ChinatechTalroad（Beijing）TechnologyCo.，Ltd.，Beijing100085，China）

摘要院本文通过对于Beta射线技术的分析得到一种可以用于环境空气颗粒物PM2.5连续监测过程的技术，并对该技术在不同条件下进行测试，通过所得到的数据得出该技术的适用性和技术局限性。

Abstract:ThispaperanalyzestheBeta-raytechnologyandobtainsatechnologywhichcanbeusedfortechnicalambientairPM2.5continuousmonitoring.Thistechnologyistestedunderdifferentconditions,andtheapplicabilityandtechnicallimitationsofthistechnologyisknownthroughthedataobtained.关键词院Beta射线；连续监测；颗粒物Keywords:Betarays；continuousmonitoring；particulatematter中图分类号院X823文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）27-0228-02

1.1国内外应用的总体技术方法分类PM2.5质量浓度的测量可通过手工重量法和自动监测仪进行测量，手工重量法通过大气自动采样器将颗粒物吸附在石英滤膜上，然后通过称量石英滤膜的重量变化计算出PM2.5的质量浓度，通过该方法一般适合于监测24小时以上的PM2.5累计浓度数据。自动监测仪是通过自动采样、自动检测、自动数据分析的全自动分析手段对大气颗粒物浓度的监测，可以实现小时数据的不间断监测。自动监测仪的测量原理主要有茁射线法、振荡天平法和光散射法等，根据《环境空气质量自动监测技术规范》（HJ-193）在中国的环境监测领域推荐PM10自动监测仪器主要采用茁射线法和振荡天平法，因此PM2.5自动监测仪亦主要采用茁射线法和振荡天平法，由于茁射线法结构简，因此以茁射线法占绝大部分市场。

1.2颗粒物连续在线监测技术PM2.5颗粒物连续在线监测技术主要分为茁射线法、振荡天平法和光散射法，其中茁射线法又分为同位技术监测法和异位技术监测法，震荡天平法根据环境影响因素分为单通道监测法和双通道监测法，光散射法仪器主要通过激光散射的原理进行监测，下面分别介绍这几种仪器的技术特点：1.2.1茁射线法同位法：同位法仪器由PM2.5切割器、放射源、纸带、流量控制模块、智能动态加热系统和探测器组成，仪器工作流程为：通过流量控制模块进行恒流控制，大气经过PM2.5旋风切割器进入纸带，颗粒物附着在纸带上，放射源置于纸带上方、管道内部，探测器置于纸带下方，通过探测纸带采样前后的射线计数值变化，计算出纸带

异位法：异位法仪器由PM2.5切割器、放射源、纸带、移位纸带机构、流量控制模块、智能动态加热系统和探测器组成，仪器工作流程为：通过流量控制模块进行恒流控制，大气经过PM2.5旋风切割器进入纸带，颗粒物附着在纸带上，放射源置于纸带右侧，探测器置于放射源正下方，在采样的时候纸带落在切割器下风口，采样完毕后，纸带通过移位纸带机构移动到探测器位置，通过探测纸带采样前后的射线计数值变化，计算出纸带上颗粒物的质量，然后根据流量和采样时间计算出PM2.5颗粒物浓度。

1.2.2震荡天平法监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成。仪器工作流程为：通过流量控制模块进行恒流控制，大气经过PM2.5旋风切割器后进入配置有滤膜动态测量系统（FDMS）的微量振荡天平法监测仪主机，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上，在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态，它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生变化，仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出PM2.5颗粒物浓度。

2Beta射线技术的研究2.1不同射线技术和比较射线一般是由各种放射性核素发射出的、具有特定能量的粒子或光子束流，根据射线波长可以分为X射线、琢射线、茁射线和酌射线，射线波长为0.01nm-10nm，是由x光机产生的高能电磁波，波长比酌射线长，射程略近，穿透力不及酌射线，有危险，应屏蔽（几毫米铅板）。

2.2茁射线源的选择根据分析不同射线的特点，结合仪器的检测方法，这里选用茁射线源，是由于PM2.5分析仪器采用纸带作为颗粒物采集材料，能穿透纸带的射线只有X射线、茁射线和酌射线，但是X射线是属于激发电子产生的射线，穿透能力过强，对人身危险比较大，因此不合适采用，酌射线穿透能力最强，而且属于致癌射线，极度不安全，因此这两种不适合，而茁射线容易被障碍物阻挡，仪器保护设置容易实现，因此，该射线适合于PM2.5仪器采用，安全性高。

2.3检测器的选择茁射线检测器主要有盖革管检测器和闪烁光电倍增管检测器，盖革管的工作原理是：当射线进入计数管后气体被电离而产生雪崩现象发生放电，放电后空间电子又被中和，剩下许多正离子包围阳极，形成正离子鞘，正离子鞘和阳极间的电场因正离子的存在而减弱，正离子打到阴极时会产生电子，电子被电场加速，又引起计数管放电产生正离子鞘，这一过程循环出现可以产生脉冲，脉冲数与射线密度成正比。闪烁光电倍增管检测器的工作原理为：通过探头前端面窗口入射塑料闪烁体激发产生荧光，被高灵敏度的光电倍增管的阴极面接收，将微弱的光转变为光电子，光电子经过多级倍增级倍增后被阳极收集，由阳极输出可以被后续电路接收的电脉冲信号，再经过放大、成形、幅度甄别后输出一个TTL电平信号，探测器部分的框图如图3所示。

从检测器的灵敏度来分析，盖革管检测器比闪烁光电倍增管检测器差一点，市场上以闪烁光电倍增管检测器多一点，因此，我们选择闪烁光电倍增管检测器作为检测器。

2.4样品湿度控制在一年四季中，环境的湿度都会不同，在夏季下雨季节，环境湿度一般比较大，可能达到90%以上，随着环境湿度的增大，大气样品中进入仪器的气体湿度也会增大，这时候水汽也会吸附在纸带上，会对检测造成影响，因此，在实际监测中，需要考虑去除湿度的影响，就需要智能动态加热系统，可以根据环境湿度和管道气体湿度的数据变化对采样管进行动态加热控制，保证气体湿度小于一定值，减少湿度的影响。

3结论通过分析国内外PM2.5监测仪的分析技术和不同监测原理的方法比较，并研究了Beta射线技术在PM2.5监测技术的应用，得到了PM2.5监测仪的关键部件选型要素。

参考文献院[1]但德忠.环境空气PM2.5监测技术及其可比性研究进展[J].中国测试，2013.[2]宁爱民，文军浩，郑德智，樊尚春.PM2.5监测技术及其比对测试研究进展[J].计测技术，2013.[3]傅敏宁，郑有飞，徐星生，牛鲁燕.PM2.5监测及评价研究进展[J].气象与减灾研究，2011.