大氣懸浮物（atmospheric suspended matter）是基於塵埃或者其它固態顆粒的，表面可成固態或業態的微小顆粒，屬於自然現象。
基本介紹
- 中文名：大氣懸浮物
- 外文名：atmospheric suspended matter
- 現象：屬於自然現象
- 釋義：固態物質
- 危害：造成角膜損傷
- 性質：不屬於空氣的正常組成成分
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大氣懸浮物（atmospheric suspended matter）是指懸浮在大氣中的粒子和液態小滴等固態物質。懸浮在空氣中的粒徑小於100微米的顆粒物通稱總懸浮顆粒物，其中粒徑小於10微米的稱為可吸入顆粒物。可吸入顆粒物因粒小體輕，能在大氣中長期漂浮，漂浮範圍從幾千米到幾十千米，可在大氣中不斷蓄積，使污染程度逐漸加重。
在大氣污染物中, 懸浮物是危害人體的主要污染物之一, 特別是小於10 協m 以下的顆粒物, 一般可以在大氣中飄浮幾小時乃至幾年。如果人體鼻孔毛和呼吸道粘液不能將這些細小的懸浮物顆粒加以排除, 顆粒物將直接進入人體肺泡, 影響人體的健康。由於懸浮物的來源不一, 其化學成份也不同, 進入人體後可導致各種疾病的發生, 有時會導致“癌”的病變。
大氣中懸浮物濃度
大氣中懸浮物濃度及粒子譜的變化，除受當地懸浮物排放流的影響外，還將受到各種大氣物理因素的制約。同一個地區，在某種特定的天氣條件下，大氣懸浮物的含量可以是常規天氣的數倍，甚至達一個數量級的變化。
在諸如氣壓、濕度、溫度等物理因素中，我們認為大氣熱物理現象是大氣中懸浮物濃度變化的一個重要因素。
在冷空氣過境時，大氣的對流方式是比較複雜的，冷熱空氣的密度差造成了冷空氣過境時北來的寒流緊貼地面向南方移動。由於在冷空氣過境前地面的溫度比較高，使冷空氣過境時，垂直於地面的溫度場形成特殊的分布形式。隨著冷空氣前鋒的向前推移，地面的溫度不斷下降，地面與冷空氣中心區的溫度梯度開始減小，原來懸浮在空中的塵埃微粒受重力作用開始下沉，這樣導致近地面的懸浮物濃度曾一度達到最大值，大粒子濃度的百分比也達最大值。
待冷空氣前鋒移過後，大氣屬冷高壓控制的穩定天氣，大氣中溫度場的分布又屬正常，地面發生的塵埃又可以隨著上升的氣流攜至高空。這就是我們測到的冷空氣過境後，大氣懸浮物濃度明顯降低，以及粒子譜也恢復正常的原因。
分類
大氣懸浮物分為有機和無機兩大類，前者如植物性粉塵中的棉、麻、木屑、茶、米粉、木炭、中藥材、菱藕、山芋等製成的澱粉；動物性澱粉如皮、毛、角質等及其加工物；以及有機色素、炸藥、瀝青等。後者如金屬粉塵、礦石粉塵以及水泥、金屬砂等多種加工品；汽車尾氣。它們主要來自工廠以及生活過程中形成並擴散開來。這些懸浮物的大氣污染，除對光線透過率極大，使能見度下降外，更重要的是通過呼吸系統進入肺部而危害健康。
性質及特徵
性質
大氣懸浮物在大氣中的作用取決於其物理和化學性質。物理性質包括顆粒物的質量濃度、數量濃度、單個顆粒大小和形貌、粒度分布、表面積及體積、顯微形貌、顆粒的聚集特性等以及顆粒物的吸附性、吸濕性以及對光的吸收和散射性等; 化學性質包括顆粒物元素組成、無機和有機化學組分及分布、化學成分的可溶性、
顆粒物表面非均相反應及礦物組成等。顆粒的質量和數量能使我們了解究竟人們吸人多少顆粒物會讓人感到不適； 顆粒的大小決定其進人人體的位置，直徑小於2.5 um 的顆粒能夠進人人體肺部的氣體交換系統，顆粒越細，其比表面積也越大，會吸附更多有害物質。顆粒的大小在幾個數量級上變化，要有效地表征顆粒物，就必須用不同粒度分布函式去描述數量和質量濃度，即需要定義顆粒物的表面積和體積的粒度分布。
事實上，顆粒物所有的物理化學性質都與粒徑有關，所以大氣顆粒物粒度的時空分布規律也一直是人們注意的焦點。不同的地區由於污染源的不同，其大氣顆粒物粒度分布規律也各異，同時其PM2.5在PM10中所占的比例也不同。
大氣顆粒物的化學成分分析是20 世紀60 年代至今做得最多的研究之一，目前已知的PM10的化學成分包括無機成分、有機成分、微量重金屬元素、碳元素等。不同化學組分的顆粒物對氣候、健康和大氣能見度的影響亦不相同，這些影響還與化學成分在顆粒物內部和表面存在狀態有關。此外，不同來源的顆粒物，其化學組成亦有不同，因此顆粒物的化學組成可用來進行顆粒物的來源分析。
特徵
（1）在寒潮天氣來臨時，冷鋒過境前後是大氣懸浮物濃度最高的時候。
（2）大氣懸浮物的日變化對氣壓、溫度的變化較敏感。
檢測方法
大氣懸浮顆粒物分析研究方法種類很多，分析原理和技術各不相同，每種方法都有不同的檢測對象、精確度及適用範圍。
總分析方法
顆粒物總分析方法適用於對樣品的整體分析，可以得到其化學組成及形態、粒度分析、濃度水平及季節變化、來源、貢獻等信息，它大體分為化學分析方法和儀器分析方法。
①化學方法
以化學反應為基礎，依賴對象的重量或容量分析，得到顆粒物的成分及其含量，是經典的檢測分析大氣顆粒物的方法。但操作麻煩，靈敏度低，耗時長。
②儀器分析方法
針對顆粒物不同的組分和檢測內容，可採取不同的分析儀器。儀器分析方法主要有化學元素分析法、有機物分析法和粒徑分布分析法等。
從大氣化學元素分析中可以得到很多污染源判別的信息，套用儀器檢測的方法有很多：熱核反應器、原子吸收光譜儀、X射線粉末衍射、X射線螢光光譜法（XRF）、掃描核探針（SNM）和人工神經網路（ANN）模式識別方法相結合、中子活化（NAA）、電漿發射光譜（ICP），質子螢光法（PIXE）等。這些方法可以很好地對顆粒物中的化學元素進行定性或定量的檢測，但每一種可檢測不同元素且檢測靈敏度都有差異。對於特定源污染檢測，可以根據源判別知識來選擇相應的分析儀器。其中XRF和PIXE對樣品的破壞很少，樣品分析後還可以用於其他測量。大氣顆粒物中還含有水溶性離子，陽離子，如Na+、K+、Ca2+和Mg2+等一般用原子吸收法進行測量，而陰離子，如SO42-、NO3-等一般採用離子色譜進行測量。
現在檢測大氣有機物技術中比較成熟的技術有氣相色譜（GC）、高效液相色譜（HPLC）、氣-質聯用（GC-MS）和液-質聯用（HPLC-MS）。GC對相對分子量較小的多環芳烴（PAHS）能達到很高的靈敏度和分離效果。HPLC可以在室溫工作，不但可以檢測到小分子的PAHS，還可以對高溫時不穩定的PAHS檢測，所以HPLC測量PAHS的相對分子量範圍要比GC法廣。GC-MS結合了GC分離效果高和MS鑑定能力強的優點，是廣泛使用的大氣顆粒物檢測技術。但GC-MS對於極性基團的PAHS難以檢測，而HPLC-MS在這方面更有優勢。
顆粒物的粒徑分布信息也是分析的重點之一。目前，對顆粒物粒度的分析技術有多種，主要包括圖像分析法、沉降法、電感法、光學散射分析法等，其中利用雷射散射進行顆粒粒度分析已得到廣泛的套用。這些方法的特點、原理和適用範圍比較如表1所示。
方法 | 原理 | 適用範圍 |
雷射散射法 | 當光照射到不同粒徑顆粒物時產生散射，根據不同散射角度確定粒度分布 | 1～1000μm |
沉降法 | 顆粒物受重力作用自然沉降或利用高速旋轉實現離心沉降 | 微米級 |
電感應法 | 電解液中的顆粒物通過帶有電極的小孔時，得到的脈衝振幅與顆粒的體積成正比 | 0.6～400μm |
電泳法 | 利用顆粒物在電場中運動的遷移率大小來計算粒度分布 | 大於1μm |
計算機圖像法 | 獲得粒子的圖像後，經計算機圖像處理和分析，得到顆粒粒徑分布 | 大於2μm（光學顯微鏡） 小於2μm（電子顯微鏡） |
單粒子分析方法
單個顆粒物一般是指大氣中粒度範圍在5納米至幾個微米之間的顆粒，單顆粒物的形態和化學組成蘊涵著豐富的環境信息。對單個粒子的檢測是近十年來發展的趨勢，主要套用電子束技術，質子/核子束技術及雷射微探針質譜等，其基本思路是一樣的，就是用高能量的雷射或加熱的表面將單個顆粒物擊為碎片離子，接著用飛行時間質譜（TOFMS）在真空中檢測碎片離子。採用電子束技術的主要方法有掃描電子顯微鏡（SEM）和點子探針X射線分析（EPXMA）。董樹屏等利用SEM識別廣州大氣顆粒物主要種類並對其進行來源分析。在質子/核子束技術套用方面，仇志軍等利用核探針對單顆粒物進行了研究，建立了單顆粒指紋資料庫。李曉林等將高分辨、高靈敏的掃描核探針（SNM）技術和人工神經網路（ANN）模式識別方法相結合，以單個氣溶膠顆粒物化學表征為基礎，對大氣氣溶膠源識別與解析的新方法做了研究。套用其他技術來檢測單個顆粒物的方法有：傅立葉紅外光譜（FTIP）和二次離子質譜（SIMS）。
預處理方法
樣品採集及預處理方法的選取直接影響分析結果的檢測限和可靠性。顆粒物樣品的採集一般採用專用的採樣器，有大流量、中流量或小流量，並附有各種顆粒切割器供選擇。選用的濾膜有聚氯乙烯、玻璃纖維濾膜或石英濾膜等，它們有不同的透氣孔徑和使用溫度。採集樣品後，對樣品進行預處理。在大氣中TSP分析中，濃縮和提取的方法一般採用經典的索氏和超音波提取，各有優缺點，索氏提取是最公認的比較完全提取有機物的方法，但有耗時長等缺點；超音波提取具有簡便、快速等優點，但與索氏連續提取相比，回收率略低。還有近年來迅速發展起來的超臨界流體萃取技術（SPE）和超臨界體色譜（SFC），萃取的總耗時不超過一小時，與索氏比較，時間大大減少，而且收集液直接用於分析，簡化濃縮處理步驟，使用溫度較低，避免了熱不穩定化合物的損失。也有使用熱脫附使大氣顆粒物的污染物直接氣化，從而直接進樣，不需要溶劑，但由於溫度較高，有可能使污染物中的某些成分分解。
大氣顆粒物研究與人類健康密切相關，隨著大氣顆粒物研究的不斷深入，已從一般的無機元素的組分分析到有機成分分析，焦點集中在PAHS的研究上；從總體顆粒物的表徵到單個顆粒物分析，研究的尺度從巨觀的觀測到微觀檢測，從微米到亞微米，甚至向納米2級的粒度發展；研究的區域從小區域的室外大氣環境檢測到大區域、全球環境氣候變化研究方向發展，另一方面現代的室內顆粒物及氣體污染監控也成為研究熱點，這與人們的日常生活緊密相連；大氣顆粒物研究的領域日趨廣泛，涉及地質（地理因素）、化學、物理（氣溶膠的運動規律）、生物（生物污染）等領域。隨著研究內容的不斷擴大和深入，研究的手段變得多樣化，大氣顆粒物的分析測試技術也相應地在不斷改進和提高。
移動特徵
高氣壓控制的穩定天氣，大氣的能見度往往是比較高的，這種現象單純用懸浮粒子的布朗擴散作用來解釋是不夠的，因為布朗擴散的力是由懸浮物與大氣分子、原子間相互碰撞得到，所以，布朗擴散的速度是很慢的。然而，由於周圍大氣之間存在溫度和濃度梯度造)溝狗對流作用，則有助於大氣中的懸浮物進行大規模的移動。
在有溫度梯度的大氣中，微粒的運動速度是由斯托克斯運動速度和熱泳力所形成的運動速度的合成。溫度梯度為正時，熱泳力所形成的速度與斯托克斯運動速度反向。在冷空氣過境時，冷空氣前鋒中心區與地面存在正溫度梯度，而中心區向上則存在一定範圍的負溫度梯度。大氣中懸浮微粒在兩個區域內所受到的熱泳力的方向和垂直對流的方向是一致的。因此更加劇了冷空氣過境時大氣中懸浮微粒的積聚和粒子譜中大粒子成份的增加。
隨著冷空氣的南移，大氣中的溫度梯度逐漸減小，熱泳作用也相應減弱。懸浮微粒受到對流作用的力和熱泳力在這裡儘管效果一致，但力的產生方式是不一樣的。
對流作用的力是氣體作定向遷移時由於摩擦和粘滯等作用附於懸浮微粒的間接力，尤如風吹動雲一樣。而熱泳力則是由於顆粒與周圍氣體介質之間的氣一固相界面因受熱而產生的蠕動力。
用對流和熱泳現象同樣可以解釋其他氣候條件下大氣懸浮物濃度的變化情況。一般地說，當大氣中出現逆溫層時, 地面的大氣懸粒物濃度相對要增高。
連續監測
我國過去由於缺乏連續監測大氣懸浮物的儀器，因此、至目前為止，, 全國絕大多數環境保護監測部門仍採用濾膜稱重法，此法雖然能較直觀地反映大氣懸浮物的含量，但是操作過程太繁雜、測試工作量大，, 特別是不能適應對大氣懸浮物的動態特性的測量。由於監測儀器的限制，只能採用定點、定時制監測大氣懸浮物的含量。在大氣比較穩定的情況下( 即氣壓、溫差等浮動不太大的情況下)，用濾膜稱重法測得的四次數據，基本上可以代表該日的大氣懸浮物污染程度。但是在氣候異常的情況下，城市上空出現較大的逆溫層時，情況就完全兩樣，大氣懸浮物濃度的最大值往往出現在午夜時刻。這樣，用濾膜稱重法在白天測得的四次數據就不能代表該日的大氣懸浮物污染程度。隨著我國城鄉建設的不斷發展，為了全面衡量大氣懸浮顆粒物污染程度，制訂必要的預防措施，我國對大氣懸浮物的監測也必然要從落後的定點定時測量過渡到連續自動化測量。
影響
大氣懸浮物質對人類和動物的毒性作用可通過三個方面表現出來：
（1）由顆粒物質本身的化學和物理特性決定的內在毒性，如有毒顆粒石棉、BeO、Pb、Cd、As、Hg、H2SO4及多環芳烴等；
（2）吸入顆粒物質後對呼吸道清理機制的干擾；
（3）由於顆粒物質表面攜帶和吸附了有毒物質而帶來的毒性，如煤煙是一種良好的吸附劑，常常會吸附象SO2那樣的有害氣體。
大氣中顆粒物質的測定項目有：總懸浮顆粒物的測定、可吸入顆粒物（飄塵）濃度及粒度分布的測定、自然降塵量的測定、顆粒物中化學組分的測定。
可吸入顆粒物因粒小體輕，能在大氣中長期漂浮，漂浮範圍從幾千米到幾十千米，可在大氣中不斷蓄積，使污染程度逐漸加重。可吸入顆粒物成分很複雜，並具有較強的吸附能力。例如可吸附各種金屬粉塵、吸附病原微生物等。可吸入顆粒物隨人們呼吸空氣而進入肺部，以碰撞、擴散、沉積等方式滯留在呼吸道的不同部位，引起呼吸系統疾病。
防治措施
①控制污染源
治理污染源是防治大氣污染危害的根本措施，治理途經主要有：分散人群，合理布局工業，改變燃料構成、使用低硫燃料、使用清潔生產工藝、區域集中供暖供熱、高煙囪排煙、控制廢氣的排放時間以及提高交通運輸工具廢氣的淨化效果、推廣使用天然氣。
②綠化造林
植物有過濾各種有毒有害大氣污染物和淨化空氣的功能，樹林尤為顯著，所以綠化造林是防治大氣污染的比較經濟且有效的措施。
③栽培抗污染作物
由於不同作物、不同品種對各種大氣污染物具有不同的抗性，因此在不同大氣污染區要根據氣象，土壤等條件儘可能培育、栽培對該地區主要大氣污染物抗性較強的作物，搞好工礦企業周圍的作物布局，以減輕甚至避免大氣污染物對作物造成的危害。
④加強農作物田間管理
有針對性地施用肥料可以提高農作物對有害氣體的抵抗能力。
⑤加強空氣品質管理
除從技術上對大氣污染進行治理外，還應通過一系列行政手段，加強空氣品質管理工作，以保證在發展生產的同時，空氣環境質量長久持續地得到控制。
