1.1　基本概念

大气中有多种污染物存在，在环境科学中颗粒物特指悬浮在空气中的固体颗粒或液滴，是空气污染的主要来源。

1.1.1　颗粒粒径

目前对大气中颗粒物粒径的表示方法有空气动力学等效直径、体积等效直径或几何直径、光学等效直径等^［3-6］。

（1）空气动力学等效直径　这是最常用的粒径表示方法。在大气中，若所研究的不规则形状粒子与单位密度直径为D_p的球形粒子空气动力学效应相同，则定义D_p为所研究粒子的空气动力学等效直径。它反映粒子大小与沉降速率的关系，直接表达了粒子的性质和行为，如粒子在空气中的滞留时间、各种粒子在呼吸道中可能沉积的部位等。

（2）体积等效直径或几何直径　若所研究的不规则形状粒子与单位密度直径为D_p的球形粒子体积相同，则定义D_p为所研究粒子的体积等效直径^［7，8］。

（3）光学等效直径　若所研究的不规则形状粒子与一个直径为D_p的球形粒子具有相同的光散射能力，则定义D_p为所研究粒子的光学等效直径。

1.1.2　颗粒物的特征

大气颗粒物按粒径分布，分为细颗粒物和粗颗粒物。粒径小于2μm的统称为细颗粒物，粒径大于2μm的统称为粗颗粒物。大气颗粒物中大部分硫酸、硫酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、元素碳（EC）和有机碳（OC）等都属于细颗粒物范畴。美国环境保护署（简称美国环保署，USEPA）提出的PM_2.5主要是区分粗、细粒子的界限，而不是根据颗粒物进入呼吸系统某些部位的能力来区分；ISO（国际标准化组织）提出的易引起儿童和成人发生肺部疾病的“高危性”颗粒物的粒径小于2.4μm，与PM_2.5接近。与粗颗粒物相比，细颗粒物的比表面积大得多，更易成为其他污染物的载体和反应体，许多有毒、有害化学成分在细颗粒物中的富集度更高^［9-11］。

1.1.3　大气颗粒的粒径分类

环境空气质量研究中常用的几种颗粒物粒径分类：总悬浮颗粒物（TSP）；可吸入颗粒物（PM₁₀）；细颗粒物（PM_2.5）；超细颗粒物（UFP）；纳米颗粒物。

（1）总悬浮颗粒物（total suspended particulate，TSP，PM₁₀₀）　是指悬浮在空气中并停留一定时间、空气动力学直径在100μm以下的全部颗粒物，一般为沙尘暴天气的扬尘和烟尘。

（2）可吸入物（PM₁₀）　是指空气动力学直径≤10μm的颗粒物，可以穿透人体呼吸系统屏障到达支气管和肺泡。

（3）细颗粒物（fine particulate matter，PM_2.5）　是指空气动力学直径≤2.5μm的细颗粒物，比表面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（如重金属、微生物等），在大气中的停留时间长，输送距离远，可被吸入并聚集在人体肺部，具有更强的穿透力，并干扰肺内的气体交换。更小的微粒（直径≤100nm）甚至会通过肺部传递而影响其他器官。

（4）超细颗粒物（ultrafine particle，UFP）　是指空气动力学等效直径≤0.1μm的粒子。

（5）纳米颗粒物（nano-particles）　是指空气动力学等效直径在几纳米到几十纳米的粒子^［12］。

1.1.4　PM_2.5、PM₁₀和TSP的比较

2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM_2.5的中文名称审定为细颗粒物，又称细粒、细颗粒。PM_2.5是当量直径≤2.5μm的细颗粒物的英文简称，浓度单位为μg/m³。细颗粒物在空气中浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM_2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。PM_2.5的化学成分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐等^［9-11］。PM_2.5、PM₁₀和 TSP三者的化学组分、来源、形成原因和在大气中的停留时间的比较见表1-1。

1.1.5　颗粒物浓度的表示方法

颗粒物浓度是描述颗粒物特性最重要的物理量之一，表示方法有粒子数浓度、质量浓度和化学成分质量浓度^［12］。

粒子数浓度的定义为单位体积空气中悬浮粒子的数目。测量方法是把一定体积的气体抽进观测仪器的计数腔，然后进行计数。粒子数浓度的常用单位是个/cm³。

质量浓度的定义为单位体积空气中粒子的质量，常用单位为mg/m³或μg/m³。也有用粒子的质量与空气的质量之比来度量粒子的质量浓度，单位是mg/kg，或者使用无量纲数（即粒子质量和空气质量使用同一单位）。干净大气中粒子的质量浓度在1μg/m³以下，而在类似重霾空气中的粒子质量浓度可达几千微克/m³。

1.1.6　PM_2.5在PM₁₀中所占比重的分析

研究表明，PM_2.5在PM₁₀中所占的比重很大。根据加拿大和美国的研究，污染程度较轻的城市PM_2.5/PM₁₀大部分在0.3～0.4，污染较重的则在0.5～0.7。而魏复盛等的研究表明，1995～1996年间，广州城区的这一比值为64.7%～66.1%，兰州为51.6%～51.9%，武汉为52.6%～60.5%，重庆为61.8%～65.1%，这些城市都位于污染较重的城市之列。徐敬等通过对北京市2003～2004年PM_2.5的研究分析得出，PM_2.5和PM₁₀比值的平均值为0.55，其中采暖期和非采暖期的比值分别为0.62和0.52。研究还指出，这一比值与很多因素有关，包括季节、气象条件的变化以及人们的日常行为活动等。春季常出现的扬尘天气以及上下班高峰的交通运输，都会引起大气中粗颗粒物的增加，使得PM_2.5和PM₁₀的比值有所降低；冬季采暖期煤的燃烧则加剧了PM_2.5的排放，使得两者比值显著增加；夏季的光化学反应条件充分，二次反应加剧也会引起这一比值的升高。杨复沫等通过对北京市城区和居住区采集颗粒物进行浓度分析，对于该比值的变化得出了和徐敬等相同的结论，反映出采暖季煤炭燃烧对细颗粒物的贡献较大，而春季的沙尘天气则对粗颗粒物的贡献较大^［4，10］。