近期,东北和华北等大部分北方地区出现了大范围严重的雾霾天,北京更是多次爆表,中小学被迫放假,一时间“雾霾”成为国民热议的话题。除了官方公布的PM2.5数据外,大家纷纷拿起家用的检测仪器,加入到监测大军里,并将各自的结果晒到微信或微博等各种社交媒体上。人们很自然地将这些大量的民间数据与官方数据做以比较,大家几乎不约而同产生了置疑,为什么官方数据明显要小于民间的检测数据呢?是官方在掩饰真实的情况吗?一时间人们感到迷惑。
其实数据之所以出现差异,根本不存在官方瞒报的问题,原因是出在检测方法上,家用的PM2.5检测仪与官方的PM2.5检测仪相比,其检验原理与精度是不同的,应该说,官方使用的检测仪精准度要更高一些。现在国际上检测PM2.5使用的最权威的方法叫做“称重法”,
它的原理是用一种叫采样器的设备,通过恒速抽取定量体积的空气,以一定的切割形式,使外界空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上,并计算出采样前后滤膜的质量差和采样体积的值,从而得出PM2.5和PM10的浓度。
相比之下,我们家用的PM2.5检测仪使用的方法不同,市面上现售的家用检测仪,大多采用的是激光PM2.5传感器和少部分红外传感器,当然它们同样也是科学方法,只是不如称重法更精确,其实它也有称重法所不具备的优点,那就是它的快捷性。称重法有一个比较大的缺点,就是时间滞后,整个检测过程需要几个小时甚至十几个小时才能完成,另一大缺点是设备价格过高,花费太多,占用场地也比较大,所以不适合个人家庭使用。
那么激光检测法蕴含着怎样的科学原理呢?这要从一位德国物理学家古斯塔夫·米说起,他在上世纪初的1908年,观察到一种奇特的光学现象,他发现空气中飘浮的微粒,即灰尘、烟雾、水气等物质会引起辐射波的散射,其散射的强弱与波长无关,但与颗粒物密切相关。这就是著名的米氏散射理论,它为今天包括激光检验在内的光学检测法提供了理论依据。
目前的家用检测仪器,普遍使用650nm的激光器,据测定,650nm波长中,颗粒物的散射性最好,而且该波长为可见光,便于操作者的观察与调试。激光器发出的光束非常非常细,直径仅有零点几毫米。当定向光束射入空气中后,会被悬浮颗粒物散射,散射光漫射到不同方向,由垂直方向的光敏探测器收集,由于散射光很弱,必须将它放大,以便能让运算处理单元MCU识别,另外设计了一个叫“光陷阱”的装置,专门收集反射光,以防产生干扰。由于颗粒物的直径与脉冲的幅宽度存在正比关系,因此通过脉冲信号就可以判断颗粒物直径的大小了,那么如何去计算空气单位面积中的颗粒物数目呢?首先要把空气的气流速度设定为一个固定值,接着分别把幅度为3,宽度为1的脉冲定义为一个PM2.5颗粒,幅度为5,宽度为2的脉冲定义为一个PM2.5颗粒,那么上述的两种脉冲值在每秒中重复出现的次数,就可以近似地等同于空气中的悬浮颗粒物数目了。这就是我们家用激光PM2.5检测仪器的工作原理。
经过这样简单介绍,大家都明白了官方仪器和民间仪器的区别所在了。两种检测方法,不能简单地说,哪个好哪个不好,只是方法的不同,路径的不同,但目的都是相同的,所谓“条条大路通罗马”嘛,就如同测量气温上,即有摄氏,也有里氏,彼此互补,相得益彰。
刚才说过了,官方的“称重法”,速度来得慢,说的是实时检测,实际上达不到,这是他的短板。我们民间的“激光法”,简便易行,可以随时随地拿起来使用,得心应手。现在很多家庭都在装备空气过滤器等净化设备,有了这两样法宝,正可以配合使用,在家里你可以随手测一下空气质量,有问题立马就可以打开过滤器,何乐而不为?在这个连吸一口清洁的空气都成为奢侈的世界上,只有我们自己的小家才能带来这一点点的安全感。(高屹/文)