气溶胶PM10、PM2.5质量浓度观测 光散射法-编制说明

一、工作简况（包括任务来源、协作单位、主要工作过程、标准主要起草人及其所做的工作等）

1.任务来源

国家标准《气溶胶PM10、PM2.5质量浓度观测光散射法》由中国气象局提出，全国气候与气候

变化标准化技术委员会大气成分观测预报预警服务分技术委员会（SAC/TC540/SC1）归口。2019

年3月，经由《国家标准化管理委员会关于下达第一批推荐性国家标准计划的通知》（国标委发

[2019]11号）正式下达了推荐性国家标准《气溶胶PM10、PM2.5质量浓度观测光散射法》的编制

计划，计划编号为20191096-T-416，项目承担单位为中国气象局气象探测中心。

2.协作单位

负责起草单位：中国气象局气象探测中心。

参加起草单位：中国气象局气象探测中心、太原罗克佳华工业有限公司、北京维迪科技发展

有限公司、中国气象科学研究院、中国环境科学研究院、中国气象局气象干部培训学院、杭州微

智兆智能科技有限公司、浙江恒达仪器仪表股份有限公司、山东诺方电子科技有限公司、南昌攀

藤科技有限公司、河北先河环保科技股份有限公司、江苏省精创电气股份有限公司、天津同阳科

技发展有限公司、湖北省气象局、北京市气象探测中心、云南省气象局。

3.主要工作过程

（1）制定标准的制修订工作方案

2019年4月，《气溶胶PM10、PM2.5质量浓度观测光散射法》任务下达后，项目承担单位高度

重视，及时组织具有气溶胶PM10、PM2.5质量浓度光散射法观测经验的技术专家及有关人员进行讨

论，结合气象部门光散射法工作基础，提出标准起草组成员建议，确定了编制、调研、研讨、资

料分析、试验、业务应用评估、征求意见、修改完善的技术路线和工作方案。

（2）成立标准起草组，细化工作计划

2019年10月～2020年2月，大气成分标委会组织标准牵头编制单位的有关人员，对标准编

制工作进行了讨论和分析，确定了标准起草组的核心成员。随后，相关人员对市场上气溶胶PM10、

PM2.5质量浓度光散射法设备以及相关单位开展观测的情况等进行调研和了解。

2020年3月～6月，标准起草组向具有光散射仪器、光散射传感器生产经验的相关企业、部

门和单位的专家、学者等发送了国家标准的参编邀请函，正式组建了标准起草组，制订并细化了

工作计划，初步确定了标准的编写框架与结构。

1

（3）文献调研，组织标准文稿撰写

2020年6月～8月，标准起草组开展了气溶胶PM10、PM2.5质量浓度光散射法相关文献资料、

国家和行业标准等等进行了调研和学习，提高了对光散射法观测的全面认识和理解。

2020年9月，标准起草组召开了标准编写的技术交流研讨会。标准起草组主要人员、相关企

业、相关单位的专家、学者等20多人参加了线上视频会议。会议对前期标准、文献调研情况进

行了总结，报告了相关部门和单位开展光散射观测装备业务应用等情况，提出了下一步的工作安

排、各参编单位的具体分工和要求等。会议还就标准编制总体框架结构、主要内容、技术路线、

仪器测试、计量溯源方法以及编制工作进展等进行了较为深入的讨论。

技术交流研讨会后，标准起草组织相关人员学习了GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1

部分：标准化文件的结构和起草规则》等文件，并结合标准编制的有关要求，以及技术研讨会专

家的有关意见，对标准文稿的结构、部分内容进行了补充和修订。

（4）开展比对测试验与数据分析

2020年10月，根据标准工作计划，标准起草组准备了设备比对测试的观测场地，启动参比

方法的观测比对试验。

2021年3月～12月，根据颗粒物质量浓度观测参比方法比对要求，利用PM10、PM2.5采样器进

行颗粒物样品的采集，并在实验室进行称量，但由于采样器故障、疫情等原因，采样工作连续性

较差。为不影响标准编制，起草组利用在上甸子开展比对的数据进行了细致的分析。

2022年3月～10月，在前期比对试验基础上，部分标准参编单位对光散射传感器进行了比

对测试。同时，标准起草组主要人员对标准文稿主要技术内容和要求等，进行了补充、修订和完

善。同时，根据有关要求对标准编制说明进行编制。

（5）标准文稿修改完善，形成标准征求意见稿

2022年12月～2023年2月，在前期工作基础上，标准起草组主要成员对标准的整体结构、

主要内容及相关技术要求、编制说明等进行了全面梳理和审核，进一步修正、补充和完善了相关

技术内容与要求，并根据GB1.1-2020有关要求，利用标准化文件编写工具软件（SET2020）对

标准文稿进行了全面修订和格式规范。

2023年3月～5月，标准起草组主要人员对标准文稿再次进行审核，修正了部分不严谨的表

述，补充完善了编制说明，形成征求意见稿。

2023年7月～8月，通过全国气候与气候变化标准化技术委员会大气成分观测预报预警服务

分技术委员会发出征求意见函，并在中国气象标准化网上向社会公开征求意见；同时，标准起草

组也将标准征求意见函、标准征求意见表、标准文本、编制说明等材料通过电子邮件、微信等方

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式发送给相关专家、学者以及开展负离子观测的相关台站等单位进行征求意见。

4.标准主要起草人及其所做的工作

本标准主要起草人为：张晓春、马芳、王耀华、李维民、薛学琴、赵亚南、高健、刘雯、王

垚、于丽萍、李雅楠、荆俊山、王静雷、潘志东、周志斌、司长春、王强、李小凡、陈文亮、张

万诚、王晓磊、孙俊英、张小曳。

本标准起草人员的分工如下：

张晓春：负责标准内容的总体设计、数据处理与分析审核、文稿编写及审核把关等。

高健：负责标准相关技术内容的协调、审核以及比对测试方案审核把关、相关试验数据处理

与分析等。

马芳、薛学琴、赵亚南、刘雯、王垚、于丽萍：负责标准技术内容编写，设备测试与验证，

采样及在线观测数据的处理分析等；负责国内外相关标准、文献的调研，标准文本相关技术条款

的起草与修订。

王晓磊、李雅楠、荆俊山等：负责测试比对仪器设备的运行维护、数据处理与分析；负责标

准征求意见材料的发送，对专家反馈的意见进行汇总和处理，并根据专家意见和起草组成员意见

对标准条款进行修订。

王耀华、李维民、王静雷、潘志东、周志斌、司长春、王强、李小凡、陈文亮等：负责观测

仪器的准备、安装与调试、比对测试等工作的组织安排与协调等。

张万诚、孙俊英、张小曳等：为标准编制提供技术指导，参加标准起草的讨论和制定，相关

技术条款的咨询等。

二、标准编制原则和确定标准主要内容的依据

1．编制原则

本标准的编制主要遵循科学性、适用性、可操作性、规范性等原则。

（1）科学性

本标准的研制主要是基于光散射法气溶胶PM10、PM2.5质量浓度观测的基本科学理论，并在大

气物理、大气化学和大气探测等科学理论的指导下，充分参考了国内外光散射法气溶胶PM10、PM2.5

质量浓度观测的技术方法相关文献和标准等材料，结合当前光散射法气溶胶PM10、PM2.5质量浓度

观测应用研究等的实践经验和相关科学技术的发展水平，给出了标准的主要技术条款和相关要求，

并结合在光散射观测方面已有的工作基础和成果，补充开展了相关的试验、测试、分析和研究等

工作，符合标准研制的科学性要求。

（2）适用性

3

本标准的研制根据《中华人民共和国国家标准化法》、《中华人民共和国标准化法实施条例》、

《中华人民共和国气象法》等法律法规，参考了国内外现行光散射法气溶胶PM10、PM2.5质量浓度

观测相关的标准规范等技术材料，并结合气象、生态环境保护等部门的相关规定和要求，力争使

本标准的相关技术内容和条款与它们协调一致，使本标准更具适用性。

（3）可操作性

本标准以现行气溶胶PM10、PM2.5质量浓度测量的国家、行业标准为基础，结合气象、生态环

境保护等部门开展观测业务的现状和发展趋势，充分吸取光散射观测业务的实践经验，兼顾各方

需求，广泛征求了管理、科研、观测、技术保障等人员及仪器研发和生产厂商的意见，较为全面、

详细地给出了光散射法气溶胶PM10、PM2.5质量浓度观测、运行、维护和标校等技术内容和具体要

求，为进一步规范光散射法气溶胶PM10、PM2.5质量浓度测量、获取准确可靠的观测数据等提供了

依据和指导，具有较好的可操作性。

（4）规范性

本标准起草组遵照《国家标准管理办法》以及《标准化工作导则》（GB/T1）、《标准编写规则》

（GB/T20001）、《标准中特定内容的起草》（GB/T20002）等文件要求起草标准的征求意见稿、编

制说明及有关材料；并遵照有关规定开展标准征求意见、技术审查、报批等工作，确保标准的制

定程序、报批材料、标准编写质量等符合标准编写要求。

2.确定标准主要内容的依据

（1）关于标准结构和内容

本标准包括范围、规范性引用文件、术语和定义、原理与方法、仪器要求、测量环境与安装

要求、测量要求、校准要求、数据记录要求、附录和参考文献等。

其中：

原理与方法部分，给出了光散射法测量气溶胶PM10、PM2.5质量浓度的原理与浓度计算方法；

仪器要求部分，提出了光散射法测量气溶胶PM10、PM2.5质量浓度仪器的主要技术指标；

测量环境与安装要求部分，提出了测量系统的室内测量环境要求、室外环境要求、仪器安装

要求等；

测量要求部分，给出了光散射法测量气溶胶PM10、PM2.5质量浓度观测仪器的测量前的准备、

测试、日常测昂昂不动检查与维护等要求；

校准方法，给出光散射法测量气溶胶PM10、PM2.5质量浓度观测仪器校准的一般要求，以及流

量校准，温度、湿度与压力校准、数浓度校准、质量浓度校准等要求；

数据记录要求，提出了数据记录、数据处理要求等。

4

（2）主要依据

本标准的编制，主要依据GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构

和起草规则》、GB/T20001《标准编写规则》、GB/T20002《标准中特定内容的起草》等文件的规

定起草。

光散射法测量气溶胶PM10、PM2.5质量浓度相关技术要求，主要参考了GB/T31159-2014《大

气气溶胶观测术语》、GB/T39193-2020《环境空气颗粒物质量浓度测定重量法》HJ93《环境

空气颗粒物（PM10和PM2.5）采样器技术要求及检测方法》、HJ618《环境空气PM10和PM2.5的测定

重量法》、HJ653-2013《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统技术要求及检测方法》、

HJ655-2013《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统安装和验收技术规范》、HJ656

《环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范》、HJ817-2018《环境空气颗粒物

（PM10和PM2.5）连续自动监测系统运行和质控技术规范》、QX/T173-2012《GRIMM180测量PM10、

PM2.5和PM1的方法》、QX/T305-2015《直径47mm大气气溶胶滤膜称量技术规范》、QX/T509-2019

《GRIMM180颗粒物浓度监测仪标校规范》、JJF1659-2017《PM2.5质量浓度测量仪校准规范》、

JJG846-2015《粉尘浓度测量仪检定规程》、JJF1562-2016《凝结核粒子计数器校准规范》等。

此外，还参考了其它相关的ISO国际标准、国家标准，以及安全生产、生态环境保护、机械、

劳动、铁道、卫生、有色金属等行业标准，企业标准、地方标准、环保产品认证实施规则等相关

材料，具体列表详见标准化调研分析部分的表3。

参考文献：本标准在编制过程中，还参考了大量相关的文件与学术文献等，限于篇幅，这里

仅给出了部分主要参考文献列表如下。

➢中国气象局综合观测司，大气成分观测业务规范（试行），气象出版社，2012

➢中国气象局综合观测司，大气成分观测业务技术手册（第一分册气溶胶），气象出

版社，2013

➢

曹军骥，PM2.5与环境，科学出版社，2014年

➢PramodKulkarni,PaulABaron,KlausWilleke,AeroslMeasurementPrinciples,

techniques,andApplicationx,Wiley

➢WorldMeteorologicalOrganization/GlobalAtmosphereWatch(WMO/GAW)，

AerosolMeasurementProceduresGuidelinesandRecommendations,WMO-GAW

No183,2003September

➢DavidHagan,AlistairC.Lewis,etc,Low-costsensorsforthemeasurementof

atmosphericcomposition:overviewoftopicandfutureapplications,WMO

5

No.1215，2018,

➢白志鹏、张灿等译，气溶胶测量原理、技术及应用，化学工业出版社，2007年

➢

宋博、刘李阳等，秋季施工扬尘PM10自动监测仪比方法比对测试，环境工程学报，

2021年，15（1）：326-333

➢胡清、张建宇、王希铭等，基于传感器方法的新型大气监测技术现状与发展建议，

环境与可持续发展，2019，44（2）：43-46

➢秦孝良、高健、王永敏等，传感器技术在环境空气监测与污染治理中的应用现状、

问题与展望，中国环境监测，2019，35（4）：162-172

➢张建宇、姚祎、秦虎等，低成本空气传感器国际政策进展及应用，环境与可持续发

展，2019，44（2）47-52

➢宋英石、高健、柴发合等，空气质量传感器在环境监测中的应用研究进展，环境保

护前沿,2019,9(3):259-267

➢郭英哲、高健、王文兴等，低成本大气颗粒物传感器的室外环境性能评测研究，中

国环境科学，2020，40（12）5133-5141

➢

许志波，国内厂家微型空气质量监测仪器PM2.5比对测试，区域治理，2019，68-70，

➢刘俊杰、修宏宇、国凯等，凝结核粒子计数器的校准研究，中国计量，2015（4）：

100-102

➢朱一川、张晶、周文刚等，粉尘监测方法的相关标准及光散射式快速测尘仪器最新

进展，中国职业安全健康协会2007年学术年会，2007年

➢

章燕、冯智田、秦红梅等，PM2.5浓度重量法与光散射测定结果比较分析，中国公共

卫生，2014，30（6）：840-842

➢郭亮、邵鹏威、马志伟等，光散射法和β射线法颗粒物测量仪适用性研究，中国计

量，2012（2），81-85

➢

何升良、伍立志、叶金龙等，光散射法替代滤膜称重法测量空气PM2.5质量浓度，预

防医学，2017，29（10）：1078-1080

➢

徐春雨、王秦、李娜等，大气PM2.5浓度的光散射测定法及湿度校正，环境与健康,

2015,32(2)：151-154

➢

王琪，PM2.5传感器监测性能研究，建筑热能通风空调，2016，35（7）：37-39

➢

张婷婷、马文林等，重量法与光散射法监测北京市PM2.5的结果比对分析，环境监测

管理与技术，2018，30（5）：49-52

6

➢

周鑫，光散射法PM2.5传感器的性能比对及优化，环境与健康，2016，33（8）：739-743

➢黄婧、邓芙蓉、吴少伟等，相对湿度对光散射法测定大气细颗粒物浓度的影响，中

国预防医学杂志,2012,13(5)：321-325

➢

徐璐，光散射法和β射线法监测PM2.5和PM10的对比研究，环境与发展，2017，6：

97-102

➢

解淑艳、王晓彦、吴迓名等，环境空气中PM2.5自动监测方法比较及应用，中国环

境监测,2013,29（2）：150-155.

➢

潘本锋、李莉娜，影响PM2.5自动监测准确度的主要因素，中国环境监测，2015，

31(4)：119-124

➢

刘婷婷，微型PM2.5传感器研究和测试，现代信息科技，2020，4（5）：55-60

➢

张文阁、许潇、刘俊杰等，中国、英国PM2.5质量浓度溯源方法双边比对，中国计量，

2021（6）：70-73

➢

陈斌、王强、钟琪等，中美欧PM2.5手工重量法对比及借鉴，环境科学与技术，2014，

37（11）196-200

➢Tasic′V,Jovasevic′-Stojanovic′M,VardoulakisS.Comparative

assessmentofareal-timeparticlemonitoragainstthereference

gravimetricmethodforPM10andPM2.5inindoorair［J］.AtomsEnviron,2012,

54:358-364.

➢

HuangChengHsiung，FieldComparisonofReal-TimePM2.5ReadingsfromaBeta

GaugeMonitorandaLightScatteringMethod,AerosolandAirQualityResearch，

2007，7（2）239-250

➢MariaD.Castillo,JeffWagner,GaryS.Casuccio,etc.Fieldtestinga

low-costpassiveaerosolsamplerforlong-termmeasurementofambientPM2.5

concentrationsandparticlecomposition,AtmosphericEnvironment,2019，216：

116905

➢YangWang,JiayuLi,HeJing,etc,LaboratoryEvaluationandCalibrationof

ThreeLow-CostParticleSensorsforParticulateMatterMeasurement,Aerosol

ScienceandTechnology,2015,49:11,1063-1077

（3）具体说明

1）关于术语和定义

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标准中给出了相关的术语和定义，大气气溶胶粒子、空气动力学等效直径、可吸入颗粒物、

细颗粒物、气溶胶质量浓度、气溶胶数浓度等术语采用了国家标准GB/T31159-2014中的相关术

语和定义，光散射采用了QX/T173-2012中的术语和定义。

2）原理与方法

光散射测量技术是目前颗粒物测量技术中较为普遍技术。根据Mie散射理论，当光线照射在

颗粒物上时会发生散射现象，散射光的脉冲信号代表了颗粒物的个数，而散射光的强度则代表了

颗粒物的大小，大的颗粒物其散射光较强。根据脉冲信号的强弱和数量，可以确定气溶胶粒子粒

径大小和数浓度。再通过计算相应粒径范围内气溶胶粒子的总质量和采样空气的体积，从而计算

得到对应粒径范围的气溶胶质量浓度。因此，在参考相关国家、行业标准和相关文献基础上给出

了方法原理表述。

3）关于测量仪器

目前，在市场基于光散射技术的设备较多，主流设备包括有德国的GRIMM（EDM180、EDM280

等）、PALAS（FIDAS200等）、河北先河等厂家的多通道颗粒物浓度监测设备；此外，还有许

多厂家生产了光散射传感器，可以对气溶有胶PM10、PM2.5质量浓度进行测量。

中国气象局于2005年起，使用光散射技术的颗粒物监测设备，对气溶胶PM10、PM2.5质量浓度

以及数浓度谱进行业务化观测，多年以来，站网获得了大量的观测数据。同时，也积累了光散射

技术的颗粒物监测设备的安装、使用、运行维护等经验，先后发布了相关的业务观测规范、技术

手册、行业标准等。因此，在结合多年业务运行经验和相关研究成果，参考相关行业标准和文献

的基础上，给出了测量仪器的相关技术要求。

4）关于测量环境与安装要求

气溶胶PM10、PM2.5质量浓度观测的目标，就是要获取具有代表性、准确性和可比较性的大气

气溶胶PM10、PM2.5的质量浓度。研究表明，气溶胶PM10、PM2.5质量浓度的时空分布非常不均匀，

受地形和地理环境、下垫面、污染源排放等的影响；同时，气象环境、天气过程等也会影响到PM10、

PM2.5质量浓度。

因此，为了获取到具有一定时空代表性的观测数据，较为客观准确在反映PM10、PM2.5质量浓

度的实际状况，有效降低观测点及周边不利环境的影响，减少人类活动、污染源等可能对观测产

生的干扰等，本标准依据《大气成分观测业务规范（试行）》，以及气象行业标准QX/T173-2012

《GRIMM180测量PM10、PM2.5和PM1的方法》，并结合多年来中国气象局开展光散射法气溶胶PM10、

PM2.5质量浓度观测的业务实践提出了测量环境与安装要求。

5）关于测量要求

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为较为准确地测量气溶胶PM10、PM2.5质量浓度，避免干扰，需要对仪器的气路及内部部件的

边接等进行检查，对进气口防虫网、管路、测量腔室等进行清洁性，同时，还需要对测量仪器的

气密性、时间、气象要素测量等进行检查。同时，还需要对仪器的基本测量性能进行必要的测试，

包括零过滤器测试、流量测试、粒径测试等。在仪器正常运行过程中，还需要对仪器开展的常规

的检查与维护，以确保仪器处于正常的工作状态。因此，依据QX/T173-2012《GRIMM180测量PM10、

PM2.5和PM1的方法》等相关技术规定，结合观测仪器的测量原理，提出了测量、测试以及日常测

量检查和维护要求。

6）关于校准与参比方法

要想准确地对气溶胶PM10、PM2.5质量浓度进行测量，就需要对观测仪器设备进行校准。由于

颗粒物具有非常复杂的物理和化学特性，对颗粒物质量浓度的测量还存在许多问题：如测量时温

度的改变会造成颗粒物中的一些成分的损失，在湿度较高时，有一些颗粒物成分会吸收水汽造成

质量增加等，造成颗粒物（尤其是PM2.5）测量不确定性很大。不同原理的观测技术方法，所观测

的结果也各不相同。

为使在线观测数据具有较好的准确性和可比性，国际上公认的做法，是以膜采样-称重的方

式作为参考标准，对在线观测数据进行订证。重量法是直接、可靠的测量方法，可直接溯源至质

量、时间、流量、压力等国家计量基准、标准。其他测量方法的测量结果必须使用重量法进行校

准。即，重量法是环境空气中颗粒物质量浓度测量的基准方法，是验证其他方法是否准确，保证

其测量结果溯源性的基础。

美国环保署（EPA）以基于膜采样称重的重量法作为参考方法（联邦参考方法FRM），并以此

为标准通过对比其它颗粒物PM10和PM2.5质量浓度的仪器和方法获得颗粒物PM10和PM2.5的等效观测

方法（联邦等效方法FEM）。即连续自动观测仪器必须与基于滤膜采样称重方法（称为参考方法）

进行一定时间长度和一定数量站点的平行比对，与作为参考方法的滤膜称重结果进行统计回归，

其回归斜率、截距和相关系数等在满足相关规定的要求，才认为该自动测量方法符合等效性测试

要求。根据美国EPA的规定，等效性测试检查要求在一定条件的测试平台上平行开展有关比对测

试工作，有效观测测试天数23天以上，回归截距在±2μg/m3，相关系数大于0.95，斜率大约在

1.0±0.1。加拿大等国家的等效性测试规定与美国EPA基本上相同。欧盟的等效性测试条件与美

国略有不同，有关斜率、截距和相关系数等规定数值范围稍有差别，但差别不大。

我国环保部门采用的测试评估办法与美国EPA基本一致，PM10、PM2.5质量浓度监测仪器比对

测试以我国《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》（HJ618-2011）规定的手工标准监测方法为基

准，即作为参比方法（HJ653-2013中7.1.9和7.2.11的规定），按照国际通用的相关操作规范

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要求，在严格的质量保证和质量控制下，进行手工采样和自动监测的比对测试。因此，国际、国

内均将重量法作为参比方法，其他自动在线观测方法与重量法进行比较与校准，从而实现不同观

测原理、方法的观测结果间的可比。

因此，依据HJ93《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）采样器技术要求及检测方法》、GB/T

39193-2020《环境空气颗粒物质量浓度测定重量法》、HJ618《环境空气PM10和PM2.5的测定重

量法》、HJ653-2013《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统技术要求及检测方法》、

HJ655-2013《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统安装和验收技术规范》、HJ656

《环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范》、HJ817-2018《环境空气颗粒物

（PM10和PM2.5）连续自动监测系统运行和质控技术规范》、QX/T173-2012《GRIMM180测量PM10、

PM2.5和PM1的方法》、QX/T305-2015《直径47mm大气气溶胶滤膜称量技术规范》、QX/T509-2019

《GRIMM180颗粒物浓度监测仪标校规范》、JJF1659-2017《PM2.5质量浓度测量仪校准规范》、

JJG846-2015《粉尘浓度测量仪检定规程》、JJF1562-2016《凝结核粒子计数器校准规范》等，

以及中环协认证规则，并结合气象部门实际工作经验以及相关测试和文献调研结果，提出了仪器

流量校准，温度、湿度与压力校准，数浓度校准、质量浓度校准等要求。

9）关于数据记录要求

标准依据气象部门多年来光散射法颗粒物PM10、PM2.5和PM1质量浓度的观测业务实践和运行、

维护以及数据处理分析经验，结合行业标准QX/T173-2012《GRIMM180测量PM10、PM2.5和PM1的

方法》提出了数据记录的相关要求。

三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果

1.背景综述及分析

大气气溶胶是指液体或固体颗粒均匀地分散在大气中形成的相对稳定的悬浮体系，是地球—

大气—海洋系统的重要组成部分。大气气溶胶具有重要的环境效应，能够吸收和散射太阳辐射，

可直接参与大气中云的形成和湿沉降过程，并进而影响全球的气候。虽然PM10和PM2.5只占地球

大气成分中含量很少的组分，但它对气候、环境和人体健康等有着极为重要的影响。尤其是近年

来，我国中东部地区的雾霾天气现象和大气污染等事件频发，直接影响到了环境空气的质量，给

人们的工作和生活等带来了极大的影响。2012年，颗粒物PM10和PM2.5质量浓度作为评价环境

空气质量的重要指标而列入了《环境空气质量标准》（GB3095-2012）必测项目之中。目前颗粒

物质量浓度的监测方法中，较为典型的为贝塔射线法、振荡微天平法和光散射法。光散射法在国

外已广泛应用于气溶胶颗粒物的数浓度谱的测量，在对其观测结果进行密度订正后可以得到PM10

和PM2.5的质量浓度,最为重要的是，光散技术由于其结构较为简单、响应迅速、易于小型微型化

10

等特点，颗粒物光散射传感器已成为颗粒物数浓度和质量浓度传检测的主流技术。

长期以来，空气质量监测主要是依托于固定监测站点，利用精度和灵敏度较高的光学或化学

分析等专用仪器设备开展空气质量要素的监测，这些仪器结构复杂、操作繁琐、体积大且昂贵，

需要大量的人力物力来维持，很难进行空气质量的网格化和精细化布点监测。近年来，随着科学

技术的进步和发展，小型化、微型化、低成本的传感器技术发展迅猛，尤其是5G、物联网以及大

数据、机器学习、人工智能等技术手段的相继涌现，使得传感器技术在工业、农业、环保、水利、

气象等行业得到了更加广泛的应用，几乎涉及到社会经济工作的各个领域。为弥补已有固定站点

监测网络的不足，利用低成本的传感器技术来获取高分辨率的空气质量数据已渐渐兴起，目前，

市场上已经出现了多种用于测量大气颗粒物和气体污染物的传感器，包括PM2.5、PM10、CO、NO2、

O3、SO2、CO2、TVOC等。由于传感器的低成本、小尺寸和低功耗，且在加密传统监测网络不可行

的情况下，新技术变得非常有吸引力。除了可以有效及时地监测空气质量外，大规模布设低成本

传感器还有助于检测污染热点、评估设计缓解策略及建立本地污染源清单。

世界气象组织（WMO）发布的《大气成分测量的低成本传感器：综述及未来应用报告》指出，

低成本传感器（LCS）这一类设备在大气成分监测中的地位日益突出。同时，强调低成本传感器

目前并无法直接替代基准仪器，特别是空气质量是否达标的执法监测。然而，恰当应用传感器则

可作为空气质量信息的补充来源。世界卫生组织（WHO）提出，在一些中低收入国家，空气质量

监测数据存在严重缺失，探索以低成本空气质量监测传感器为代表的新型监测技术对于改善上述

地区敏感人群的环境监测覆盖具有紧迫性。

美国环保署（USEPA）在2013年发布了《新一代空气监测路线图草案》，率先提出利用空

气质量监测传感器设备作为“下一代空气监测（NGAM）”的技术路线，发布了《空气传感器指南》

以指导社区和个人使用低成本空气质量监测传感器。通过实施“公民科学计划”(CitizenScience）

鼓励公众参与环保，利用低成本空气质量传感器，实现社区空气质量的改善是其中一项内容；以

期通过这种方式来填补数据空白、实现资源的有效利用、并与社区建立联系，让社区更多地参与

到空气质量改善过程中。2014年，美国南海岸空气质量管理区(SCAQMD)建立了空气质量传感器

性能评估中心(AirQualitySensorPerformanceEvaluationCenter,AQ-SPEC），在实验室

和现场条件下，对当前可用的多种空气质量传感器的性能进行了大量的测试与评估，旨在成为低

成本空气监测传感器的测试中心，以建立评估传感器的性能标准。此外，USEPA还通过社区空气

传感器网络项目（CAIRSENSE）对传感器进行了现场测试(SAFT)和无线传感器网络（WSN）进

行长期测试。

欧盟（EU）于2008年发布的《欧州环境空气质量与清洁空气指令》（AQD）确定了欧盟环境

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空气质量监测的标准以及空气质量监测的参考标准方法，并应用于固定站点的监测网络。AQD允

许使用空气质量模式和指示测量（指能满足数据质量目标的测量，但其要求低于固定点测量要求）

等辅助监测技术进行空气质量监测，并明确了指示测量不同于标准监测方法的数据误差要求。同

时，指定欧盟标准化委员会下属的空气质量监测传感器标准专家小组研究制定不同于标准监测方

法的数据误差要求和新型监测技术规范，以满足新形势下环境监测的技术需求。欧盟环境署于

2013年欧盟环境署建立了监测认证计划(MonitoringCertificationScheme)，发布了用于空气

污染监测的设备（包括指示测量）评估和校准标准。欧盟科技研究领域合作框架2012-2016行动

计划《欧盟空气污染控制与环境可持续发展新传感技术网络》（COSTActionTD1105-EuNetAir）

确定了通过对支持环境可持续发展的纳米材料、传感器系统、空气质量模式和标准化方法等进行

协调研究，开发综合和多学科规模的空气质量控制新传感技术的目标

我国在进一步加强大气污染防控工作的同时，通过实施蓝天、碧水、净土等重大战役，持续

改善生态环境。北京、天津及河北石家庄、保定、沧州、唐山、廊坊及深圳等多个省、市和地区，

近年来陆续开展了大气网格化监管工作，并取得了一些成功的经验。如，北京市自2015年建设

基于小型颗粒物传感器的高密度监测子网，作为全市空气质量监测体系的有机组成。目前，网络

已有1300多个点位布设，为城市环境精细化管理提供技术支持。生态环境保护部通过实施千里

眼计划，研究通过地面监测微站和移动式监测设备（车载式或便携式）等技术手段，综合运用互

联网技术和大数据理念，探索构建“热点网格+地面监测微站+移动式监测设备”的工作模式，细

化执法监管区域，精密监控PM2.5等污染物质的浓度变化和异常时段，提升热点网格日常监管和执

法检查的针对性和精准性，提高大气污染监管水平。同时，我国生态环境部门还委托北京市环境

保护监测中心及中国环境科学研究院等单位制定了4项PM2.5网格化监测指南，用于指导网络化

监测点的布设、检测、质控及安装和验收等工作。中环协认证也分别制订了微型、小型环境空气

质量监测系统的认证实施规则，并开展了相关的认证活动。

中国气象局从2005年在我国14个关键区建立了30个大气成分观测站，利用光散射法的仪

器设备开展了PM10、PM2.5和PM1质量浓度在线的业务化、网络化观测，多年来积累了大量的第

一手的数据。为了规范光散射法仪器的运行，获取准确、可靠、高质量的观测数据，中国气象局

还先后组织编制了并发布了《大气成分观测业务规范（试行）》、《大气成分观测业务技术手册：

第一分册气溶胶分册》，以及QX/T173-2012《GRIMM180测量PM10、PM2.5和PM1的方法》、QX/T

305-2015《直径47mm大气气溶胶滤膜称量技术规范》、QX/T509-2019《GRIMM180颗粒物浓度

监测仪标校规范》等行业标准。此外，在生态环境保护、林业、农业、室内环境及人居环境检测、

医药卫生以及矿物地质等领域，也先后利用光散射法设备开展颗粒物质量浓度的观测和研究。

12

综上分析，光散射技术在国内已有广泛的用户，而小型化传感器应用于环境质量监测、监管

仍属于较新的领域。尽管传感器技术具有成本低、易更换、实时性强、灵活性高、易于安装、可

满足高密度的环境质量网格化监测的要求等诸多优势；但是在实际的应用中也暴露出其数据准确

性差、稳定性不高、易受环境温湿度影响、难以较准、寿命较短等不足。

2.光散法观测仪器、微型观测设备及传感器市场调研分析

颗粒物质量浓度的测量方法一般包括现场滤膜采样和在线观测方法。现场膜采样的方法称为

重量法，是所有监测颗粒物浓度方法中相对直接和可靠的方法，是作为验证其他方法是否准确的

参考标准。重量法通过手工采样和仪器称重相结合计算得出颗粒物的质量浓度，不能用于实时连

续监测。在线测量方法中，β射线法是基于β射线衰减的原理，通过测量采集到滤膜上的颗粒

物对β射线的衰减量得到颗粒物的质量浓度,常见的设备如美国METONE公司的BAM型监测仪、

美国热电（ThermoFisher）公司Model5014i型分析仪，以及中国安徽蓝盾、河北先河、浙江

聚光等十多家企业都有β射线法的产品，并已获得中环协的认证。振荡微天平法是通过测量振

荡天平的振动频率的改变来测量颗粒物的质量浓度，应用较为广泛的是美国原R&P公司的TEOM

系列，天津同阳公司则推出了国产的振荡微天平法观测设备。而光散射法是基于光照射在颗粒物

上发生散射，经反射镜聚焦后，由在同一水平面上与激光照射方向成一定角度的检测器接收散射

光脉冲信号，根据检测器接收到脉冲信号的频次和强弱，可得到气溶胶的数据和所属粒径的范围，

应用质量浓度转换系数再计算得到颗粒物质量浓度。光散射法设备的主要代表产品有德国GRIMM

公司的EDM180粒径谱仪、德国PALAS公司的FIDAS粒径谱仪、美国TSI公司的TSI8530粉尘仪

等；国内的河北先河、山东诺方等企业先后推出的光散法粒径谱观测设备。此外，国内其他的相

关企业，如太原罗克佳华、北京维迪、南昌攀藤、江苏精创等也先后推出了基在一起光散射法的

颗粒物传感器，用于室内、外大气中颗粒物PM10、PM2.5质量浓度的检查。

GRIMM-EDM180粒径谱仪、FIDAS-200粒径谱仪、TSI8530粉尘仪以及CCLJP-100的主要技术

指标对比如表1所示。

表1GRIMM-EDM180、FIDAS-200以及TSI8530的主要技术指标对比

序号参数名称GRIMM-EDM180GRIMM-EDM280FIDAS-200TSI8530CCLJP-100

1粒径范围（μm）0.25-32.00.178-29.40.18-1000.1-100.18-100

PM10质量浓度

20.1-60000-105000-100001-1500000-10000

（μg/m³）

3最小显示（μg/m³）0.10.10.110.1

TSP、PM10、PM2.5

TSP、PM10、PM2.5以TSP、PM10、PM2.5TSP、PM10、PM2.5以

4测量要素以及数浓度谱PM10、PM2.5

及数浓度谱等以及数浓度谱等及数浓度谱等

等

13

72，等间距

5通道数3164/32464

32(每10年)

6时间分辨率（秒）6111-60s1s-24h

7流量(L/min)1.21.24.83.04.8

表2列出了基于光散射技术的PM10、PM2.5质量浓度微型观测设备、传感器的主要技术指标（限

于篇幅，本文件仅列出部分厂家的传感器、设备的技术指标）。

表2不同公司的颗粒物传感器、空气质量微型监测系统中颗粒物监测设备的主要技术指标

浓度范围准确性最小检测粒径

序号名称测量要素

3

（μg/m³）（μg/m））（μm）

0-100±10PM1.0、PM2.5、PM4、PM10；

1SENSIRIONSPS30≥0.3

100-1000±10%5通道数浓度

PM1.0、PM2.5、PM10；

2阿尔森OPC-N30-2000±10%0.38-40

软件通道数24

10-10±25

3SAMYOUNGGPSM系列PM2.5≥0.3

100-500±25%

0-100±10

4勒夫迈LD16PM2.50.1-10

100-500±10%

0-100±10

5乐控PMS10（泵吸式）PM1.0、PM2.5、PM10、TSP≥0.3

>100±10%

0-100±10

6乐控PMD351PM1.0、PM2.5、PM4、PM10、TSP≥0.3

100-1000±10%

0-100±10PM1.0、PM2.5、PM10质量浓度以

7攀藤PMSA003≥0.3

100-500±10%及6通道数浓度

0-100±10

8FigaroTF-LP01PM1.0,PM2.5,PM10≥0.3

100-1000±10%

0-100±5

9AeroqualAQM-65PM1.0、PM2.5、PM10、TSP≥0.3

100-1000±15%

PM2.5：±10

0-100

武汉四方光电PM10：±15

10PM2.5、PM10、、TSP≥0.3

PM3003SPM2.5：±10%

100-1000

PM10：±15%

安徽京师方圆-空气质

110-1000±15%PM10、PM2.5≥0.3

量微型监测系统

PM2.5：±15

0-100

广东上风-微型空气质PM10：±20

12PM10、PM2.5≥0.3

量监测系统PM2.5：±15

100-1000

PM10：±20

海康威视-空气质量质1-2000±10%

13PM10、PM2.5≥0.3

型站2000-10000±20%

河南城凯陆-微型空气PM2.5：±20%

140-1000PM10、PM2.5≥0.3

质量监测系统PM10：±15%

江苏国技-微型环境空0-1000±25

15PM10、PM2.5≥0.3

气质量监测系统0-2000±25%

江苏吉华-微型环境空0-1000±25

16PM10、PM2.5≥0.3

气质量监控系统0-2000±25%

17航天新气象0-100±20PM10、PM2.5≥0.3

14

-WUSH-PAI01视程障碍不少于6通道数浓度

100-1000±20%

现象仪

杭州微智兆0-100±20PM10、PM2.5

18≥0.3

视程障碍现象仪100-1000±20%不少于6通道数浓度

北京万云0-100±20PM10、PM2.5

19≥0.3

视程障碍现象仪100-1000±20%不少于6通道数浓度

华云东方HYDF-DXL10-100±20PM10、PM2.5

20≥0.3

型视程障碍现象仪100-1000±20%不少于6通道数浓度

秦孝良等（2019年）对传感器技术在环境空气监测与污染治理中的应用现状、问题与展望进

行了研究，并给出了国内外代表性的颗粒物传感器列表（见表