2. 颗粒物基础
在颗粒物传感采集工程中，所有测量、标定、数据解释都建立在一个共同前提上：颗粒物不是单一物质，而是按空气动力学粒径划分的混合体系。PM1.0、PM2.5、PM10 这三个符号中的数字，指的是颗粒的空气动力学当量直径上限，单位是微米（μm）。理解这一点，才能正确选择传感器、布置采样点、解释浓度数据。
一、定义：数字代表“切割粒径”
PM 是 Particulate Matter 的缩写。工程上通常用“切割头”或“粒径选择器”来定义测量对象：
- PM10：空气动力学直径 ≤ 10 μm 的颗粒物，可进入鼻腔、咽喉和上呼吸道，俗称“可吸入颗粒物”。
- PM2.5：空气动力学直径 ≤ 2.5 μm 的颗粒物，可穿透支气管进入肺泡，俗称“细颗粒物”。
- PM1.0：空气动力学直径 ≤ 1.0 μm 的颗粒物，可深入肺泡甚至进入血液循环，俗称“超细颗粒物”或“亚微米颗粒物”。
注意：PM2.5 并不是“粒径恰好 2.5 μm”的颗粒，而是小于等于 2.5 μm 的集合。因此 PM1.0 是 PM2.5 的子集，PM2.5 又是 PM10 的子集。这种包含关系直接决定了传感器通道设计和数据校验逻辑。
二、粒径分布：三峰模态与来源对应
大气颗粒物粒径分布通常呈现多峰特征，工程上常分为三个模态：
- 核模态（< 0.1 μm）：燃烧、光化学反应成核，数量浓度极高但质量浓度低。
- 积聚模态（0.1～2.5 μm）：二次硫酸盐、硝酸盐、有机气溶胶、烟尘，是 PM2.5 的主要质量贡献者，也是光散射传感器最敏感的区间。
- 粗模态（> 2.5 μm）：扬尘、花粉、海盐、机械破碎，主导 PM10 质量浓度。
这一分布直接决定传感器选型：光学散射法对 0.3～1 μm 颗粒响应最强，因此 PM2.5 通道容易受水汽和粒径折射率影响；而 PM10 通道需要更宽的粒径响应和切割头设计。
三、来源与健康效应
| 指标 | 主要来源 | 典型粒径 | 健康效应 |
|---|---|---|---|
| PM10 | 道路扬尘、建筑施工、花粉、海盐 | 2.5～10 μm | 刺激上呼吸道，加重哮喘、支气管炎 |
| PM2.5 | 燃煤、机动车尾气、二次气溶胶、生物质燃烧 | 0.1～2.5 μm | 进入肺泡，引发心血管和呼吸系统疾病 |
| PM1.0 | 机动车直排、烟尘、光化学成核 | < 1.0 μm | 穿透肺泡进入血液，潜在神经与心血管风险 |
工程提示：PM1.0 与 PM2.5 的质量浓度比值常被用作“燃烧源贡献”指标。当 PM1.0/PM2.5 > 0.8 时，通常说明细颗粒以燃烧源为主；若比值偏低，则粗颗粒或二次生成贡献更大。
四、环境标准与采集参数
我国《环境空气质量标准》GB 3095—2012 规定了 PM10 和 PM2.5 的浓度限值。PM1.0 目前尚未纳入常规环境空气质量标准，但在职业卫生、室内空气和交通微环境研究中被广泛监测。
GB 3095—2012 常用限值（μg/m³）：
PM10 年平均 40 24小时平均 50
PM2.5 年平均 15 24小时平均 35
采集关键参数示例：
切割粒径：PM10=10 μm，PM2.5=2.5 μm，PM1.0=1.0 μm
采样流量：16.67 L/min（常规β射线/滤膜法）
传感器输出：PM1.0、PM2.5、PM10 三通道质量浓度
五、常见误区与复盘
误区一：把 PM2.5 当成“2.5 微米颗粒”。它是小于等于 2.5 μm 的集合，包含更细的 PM1.0。
误区二：用 PM10 数据直接推算 PM2.5。两者来源和粒径分布不同，比值随地域、季节、天气剧烈变化，不能简单按比例换算。
误区三：忽略湿度对光学传感器的影响。高湿环境下颗粒吸湿增长，粒径和折射率改变，PM2.5 读数可能虚高，需做湿度补偿或加热采样。
复盘时建议按“粒径—来源—传感器响应—标准限值”四条线核对数据：先确认切割粒径是否正确，再检查粒径分布是否与当地源特征一致，最后对照标准判断超标程度。只有把 PM1.0、PM2.5、PM10 的物理定义和工程含义同时厘清，后续的采集电路、标定流程和数据平台才有可靠基础。