PM2.5標準品（空氣細粉塵）

1、背景

空氣中的顆粒物 (PM) 是世界上許多人口稠密地區的主要問題。這種污染物是來自不同來源的不同大小和成分的顆?；旌衔?。這些顆粒中最細小的部分，即所謂的PM2.5顆粒物（細粉塵） 非常危險，因為它可以深入肺部并可能進入血液，導致呼吸系統問題和過早死亡 [7,8]。因此，世界許多地方都對空氣中的 PM 濃度進行了規定。在歐盟，環境空氣質量指令 2008/50/EC 通過強制監測和設置 PM10 和 PM2.5 [9] 的限值來解決這個問題。根據 EN 12341，這些顆粒物部分被定義為通過尺寸選擇入口的 PM，在 2.5 µm (PM2.5) 或 10 µm (PM10) [10] 由于不同的來源，截斷效率為 50%對于 PM，立法還允許從總顆粒負荷中減去源自天然來源的 PM 的貢獻。這是通過測量和監測在農村背景地點收集的 PM2.5樣本中有機碳、元素碳和某些離子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Cl-、NO3- 和 SO42-）的質量分數來完成的。因此，為了支持該歐洲環境空氣質量指令，開發了一種新的認證參考材料 (CRM)-PM2.5標準品。

2、 材料的選擇

對于PM2.5標準品（空氣細粉塵），理想情況下，材料應該是真實的空氣采樣 PM2.5顆粒物。然而，從空氣中直接采樣足量的 PM2,5 以制備PM2.5標準品被認為非常耗時且不切實際 [14]。此外，PM2.5 沒有明確或固定的化學成分，因為這會隨著時間、天氣條件和季節而變化。因此，需要在獲取足夠數量的材料、其性質、大小和組成方面做出妥協。如 Charoud-Got 等人所述，測試了三種方法以將顆粒尺寸進一步減小至類似 PM2.5 的尺寸。所選的一種在第 3.2 段中描述，其中顆粒懸浮在水溶液中，通過沉淀分離，在液氮中冷凍并冷凍干燥。為了獲得與比利時安特衛普地區收集的真實 PM2.5 環境樣本中相同水平的 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Cl-、NO3- 和 SO42- 。

3、 PM2.5標準品（空氣細粉塵）項目的設計

為了確定 ERM-CZ110 PM2.5標準品 （空氣細粉塵）中離子的質量分數，使用獨立實驗室的結果進行了實驗室間比較，這些實驗室因其在測量空氣顆粒物或類似樣品方面的專業知識而選擇。經認證的離子質量分數是可接受數據集均值的未加權平均值，每組數據均在不同實驗室通過應用 CEN/TR 16269:2011 或 EN 16913:2017 方法測量陰離子和陽離子獲得在 PM2,5 [16,17] 中。認證值及其不確定度可追溯到國際單位制 (SI)。

圖 1：ERM-CZ110 PM2.5標準品 （空氣細粉塵）加工的一些步驟：

a) 摻入 PM 材料懸浮液的均質化，

b) 冰粒的產生，

c) 冷凍干燥盤中的冰粒，

d) 冷凍干燥循環后的材料 ,

e) ERM-CZ110 小瓶的填充。

圖 2：ERM-CZ110 裝置示例：將兩個小瓶放入鋁袋之前（左）和一個小瓶在熱密封鋁袋中（右）

過程控制

使用Helos KR系統(Sympatec)通過激光衍射確定粒度分布。在整個過程中進行測量，以驗證材料粒徑是否滿足 PM2.5 的定義 [10]。對在五個冷凍干燥循環中的每個循環中獲得的最終材料進行的測量表明，50% 的累積體積分布的粒徑小于 2.5 µm (2.47 ± 0.17 µm)，并且數量分布中 95% 的顆粒小于 2微米 (1.92 微米)。在圖 3 中報告了顆粒體積大小和數量分布。

圖 3：ERM-CZ110 的顆粒體積分布（上）和顆粒數分布（下）

然而，正如預期的那樣，顆粒具有不規則形狀，如通過電子顯微鏡 FESEM JEOL JSM7800F 獲得的 ERM CZ110 樣品圖像所示（圖 4）。主要元素的存在是通過使用 AZTEC EDS 軟件對每個冷凍干燥循環后獲得的小部分 ERM-CZ110 進行 EDX 分析來檢查的，如表 1 所示。盡管這些值只能被認為是非常粗略的指示性（它們是從ERM-CZ110 樣品的極小部分，因此它們不能代表整個樣品），EDX 分析顯示元素如氧、硅、鈣、硫和鈉的存在按降序排列，這可能對應于鈣的存在含硅酸鹽和一些硫酸鹽。

圖 4：ERM-CZ110 的電子顯微鏡圖像。 紅線方塊表示后續圖像中出現的區域。 白色部分在 a) 中為 10 μm，在 b)、c) 和 d) 中為 1 μm。

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