一、空气中的污染物及其存在状态

空气中的污染物不下数千种，已发现有危害作用而被人们注意到的有100多种。我国《大气污染物综合排放标准》规定了33种污染物的排放限值。根据污染物的形成过程，可将其分为一次污染物和二次污染物。

一次污染物是直接从各种污染源排放到空气中的有害物质。常见的主要有二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物、颗粒物等。颗粒物中包含苯并[a]芘等强致癌物质、有毒重金属、多种有机化合物和无机化合物等。

二次污染物是一次污染物在空气中相互作用或它们与空气中的正常组分发生反应所产生的新污染物。这些新污染物与一次污染物的化学、物理性质完全不同，多为气溶胶，具有颗粒小、毒性一般比一次污染物大等特点。常见的二次污染物有硫酸盐、硝酸盐、臭氧、醛类(乙醛和丙烯醛等)、过氧乙酰硝酸酯(PAN)等。

空气中污染物的存在状态是由其自身的理化性质及形成过程决定的，气象条件也起一定的作用，一般将空气中的污染物分为分子状态污染物和粒子状态污染物两类。

(一)分子状态污染物

某些物质如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、氯化氢、氯气、臭氧等沸点都很低，在常温、常压下以气体分子形式分散于空气中。还有些物质如苯、苯酚等，虽然在常温、常压下是液体或固体，但因其挥发性强，故能以蒸气形式进入空气中。

无论是气体分子还是蒸气分子，都具有运动速度较大、扩散快、在空气中分布比较均匀的特点。它们的扩散情况与自身的相对密度有关，相对密度大者向下沉降，如汞蒸气等；相对密度小者向上飘浮，并受气象条件的影响，可随气流扩散到很远的地方。

(二)粒子状态污染物

粒子状态污染物(或颗粒物)是分散在空气中的微小液体或固体颗粒，粒径多为0.01～100 um，是一个复杂的非均相体系。通常根据颗粒物在重力作用下的沉降特性将其分为降尘(dustfall)和总悬浮颗粒物(total suspended particu-lates, TSP )。将较粗的、靠重力即可较快沉降到地面上的颗粒物称为降尘，其粒径一般大于100 um ;粒径小于100 um的颗粒物则称为总悬浮颗粒物。总悬浮颗粒物是空气污染常规监测项目。

根据粒径的不同，将粒径小于10 um的颗粒物用PM₁₀表示，由于PM₁₀可以通过呼吸进入人体肺部，在肺泡内积累，并可通过血液循环输往全身，对人体健康危害大，因此也称可吸入颗粒物，目前世界各国越来越重视对PM₁₀的监测；粒径小于10 um，大于或等于2.5 um的颗粒物，以PM 2,5-10表示；粒径小于2.5 um的颗粒物，以PM2.5表示。

通常所说的烟、雾、灰尘都是用来表述颗粒物存在形式的。某些固体物质在高温下由于蒸发或升华作用变成气体逸散于空气中，遇冷后又凝聚成微小的固体颗粒物悬浮于空气中构成烟。例如：高温熔融的铅、锌，可迅速挥发并氧化成氧化铅和氧化锌的微小固体颗粒物。烟的粒径一般为0.01～1 um。

雾是由悬浮在空气中微小液滴构成的气溶胶。按其形成方式可分为分散型气溶胶和凝聚型气溶胶。常温状态下的液体，由于飞溅、喷射等原因被雾化而形成微小雾滴分散在空气中，构成分散型气溶胶。液体因加热变成蒸气逸散到空气中，遇冷后又凝集成微小液滴形成凝聚型气溶胶。雾的粒径一般在10 um以下。

通常所说的烟雾是烟和雾同时构成的固、液混合态气溶胶，如硫酸烟雾、光化学烟雾等。硫酸烟雾主要是由燃煤产生的高浓度二氧化硫和煤烟形成的，而二氧化硫经氧化剂、紫外线等因素的作用被氧化成三氧化硫，三氧化硫与水蒸气结合形成硫酸烟雾。当空气中的氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物达到一定浓度后，在强烈阳光照射下，经一系列光化学反应，形成臭氧、PAID和醛类等物质悬浮于空气中而构成光化学烟雾。

尘是分散在空气中的固体颗粒物，如交通车辆行驶时所带起的扬尘、粉碎固体物料时所产生的粉尘、燃煤烟气中的含碳颗粒物等。

二、空气中污染物的时空分布特点

与其他环境要素中的污染物相比较，空气中的污染物具有随时间、空间变化大的特点。了解该特点，对于获得能正确反映空气污染实际状况的监测结果有重要意义。

空气污染物的时空分布及其浓度与污染物排放源的分布、排放量及地形、地貌、气象等条件密切相关。

气象条件如风向、风速、大气湍流、大气稳定度等，总在不停地改变，故污染物的稀释与扩散情况也在不断地变化。同一污染源对同一地点在不同时间所造成的地面空气污染浓度往往相差数倍至数十倍，同一时间不同地点也相差甚大。一次污染物和二次污染物的浓度在一天之内也不断地变化。一次污染物因．受逆温层及气温、气压等限制，清晨和黄昏浓度较高，中午浓度较低；二次污染物如光化学烟雾，因在阳光照射下才能形成，故中午浓度较高，清晨和夜晚浓度低。风速大，大气不稳定，则污染物稀释扩散速度快，浓度变化也快；反之，稀释扩散速度慢，浓度变化也慢。

污染源的类型、排放规律及污染物的性质不同，其时空分布特点也不同。例如：我国北方城市空气中SO₂浓度的变化规律是：在一年内，1月、2月、11月、12月属采暖期，SO₂,浓度比其他月份高；在一天内，6: 00－10: 00和18: 00－21: 00为供热高峰时段，SO₂浓度比其他时段高。点污染源或线污染源排放的污染物浓度变化较快，涉及范围较小；大量地面点污染源（如工业区炉窑、分散供热锅炉等）构成的面污染源排放的污染物浓度分布比较均匀，并随气象条件变化有较强的变化规律。就污染物的性质而言，质量较小的分子态或气溶胶态污染物高度分散在空气中，易扩散和稀释，随时空变化快；质量较大的尘、汞蒸气等，扩散能力差，影响范围较小。

为反映污染物浓度随时间的变化，在空气污染监测中提出时间分辨率的概念，要求在规定的时间内反映出污染物的浓度变化。例如：了解污染物对人体的急性危害，要求分辨率为3 min；了解光化学烟雾对呼吸道的刺激反应，要求分辨率为10 min。在《环境空气质量标准》中，要求测定污染物的1h平均浓度及日平均、月平均、季平均、年平均浓度，也是为了反映污染物随时间的变化情况。

三、空气中污染物浓度表示方法

空气中污染物浓度有两种表示方法，即质量浓度和体积分数，根据污染物存在状态选择使用。

(一)质量浓度

质量浓度是指单位体积空气中所含污染物的质量，常用mg /m³或ug /m³为单位表示。这种表示方法对任何状态的污染物都适用。

(二)体积分数

体积分数是指单位体积空气中含污染气体或蒸气的体积，常用mL/m³或uL/m³为单位表示。显然这种表示方法仅适用于气态或蒸气态物质，它不受空气温度和压力变化的影响。

因为质量浓度受空气温度和压力变化的影响，为使计算出的质量浓度具有可比性，我国空气质量标准中采用标准状况(0℃,101. 325 kPa)时的体积。非标准状况下的气体体积可用理想气体状态方程换算成标准状况下的体积，换算式如下：

式中：V_o—标准状况下的采样体积，L或m³;

V_c—现场状况下的采样体积，L或m³ ;

t—采样时的温度，℃；

P—采样时的大气压，kPa。

美国、日本和世界卫生组织在全球环境监测系统中采用的是参比状况(25℃ ,101. 325 kPa)，进行数据比较时应注意。

两种浓度的表示方法可按下式进行换算：

式中：φ—标准状况下气体的体积分数，mL/m³ ;

p—气体质量浓度，Mg/M³;

M—气体的摩尔质量，g/mol;

22.4—标准状况下气体的摩尔体积，L/mol。