PM2.5標準品的制備方法

PM2.5標準品的顆粒物是從公路隧道的墻壁和人行道上收集的。采樣時，該隧道是穿過城市的主要交通路線，長度約900米。2006年5月至10月期間，使用工業吸塵器收集了約25公斤的公路隧道粉塵。

PM2.5標準品的制備首先通過篩分（500µm篩，然后是250µm篩）將公路隧道粉塵與粗顆粒分離，然后使用配備陶瓷分級輪的噴射磨機（Alpine 56ZPS）進行研磨。最終材料由非常細的PM10顆粒組成。將約140g的PM10均勻地分布在兩個10L玻璃瓶中，每個玻璃瓶中裝有10L來自Merck Millipore系統的2型水和8g Triton®X-100（Merck，Darmstadt，DE）。在37 kHz、100%功率的掃描模式下，將瓶子放置在超聲波批次中6小時。循環結束時的溫度升至約53–58oC。將兩個瓶子的內容物合并到20L玻璃瓶中，并在室溫下靜置至少72小時。在沉淀較重的顆粒后，通過將90%的體積虹吸到聚乙烯塑料桶中來轉移具有較細顆粒的懸浮液。在轉移過程中應注意避免沉淀層中的湍流，以防止收集更重和更大的顆粒。然后將該懸浮液加入儲備溶液，該儲備溶液通過將3g KNO3、8g Mg（NO3）2·6H2O和2g NH4NO3（Sigma Aldrich，St.Louis，MO，USA）在來自Merck Millipore系統的100mL 1型水中混合而制備。對于每15kg較細顆粒的懸浮液，加入4.0g儲備溶液。重復該過程，直到處理4kg的PM10樣材料。之后，將所有懸浮液合并并勻漿。最后的懸浮液用PTFE槳保持攪拌，然后用Gilson蠕動泵以1.5kg/h的速度泵入液氮中，該泵具有四個內徑為4mm的硅膠管。設定泵速，使在管出口處形成的單個液滴在落入裝滿液氮的容器（四個管中的每一個容器）時立即凍結。下落的水滴導致液氮沸騰，導致劇烈湍流，從而形成直徑約5至7毫米的單個冰核。每20分鐘，加滿液氮以保持容器中的足夠體積。使用直徑為3mm的不銹鋼濾器收集冰核，并在-70oC下儲存在塑料板條箱中。部分冰核從塑料板條箱中舀出，攤在平底金屬凍干托盤上。托盤用聚乙烯塑料箔覆蓋，以便于干燥后的材料轉移。在填充之前，每個托盤在-20oC下保持至少12小時，以避免與托盤接觸的冰粒在室溫下融化。出于同樣的原因，冷凍干燥機的貨架（Epsilon 2-100D型，配有Plexiglas裝載門）在裝載階段也保持在-25oC。還提供了恒定的氮氣流。每個托盤裝滿1.25千克的冰核。總共，將271.5kg冰粒形式的冷凍懸浮液裝入冷凍干燥機中，并通過應用五個冷凍干燥循環進行干燥。每個周期持續約90小時。

在完成每個循環后，用氮氣填充冷凍干燥室，并將托盤的內容物轉移到放置在手套箱中的不銹鋼桶中，手套箱也不斷用氮氣沖洗。通過使用填充機裝置（FD SPAc 4A）在手套箱中填充干粉。每2分鐘記錄手套箱內的溫度和相對濕度（RH）；相對濕度從未超過5%。沒有嘗試將從五個不同冷凍干燥循環中獲得的粉末均勻化，這是處理參考材料時的常規做法。這是為了避免細顆粒的靜電充電，這將導致在制備PM2.5標準品期間已經觀察到的顆粒大聚集。

PM2.5標準品在每個冷凍干燥循環后，分別填充材料，并將小瓶分開，以驗證循環之間的均勻性。每個小瓶中至少填充150mg。每個小瓶都用一個涂有PTFE的橡膠嵌件封閉，嵌件用一個鋁制壓接帽固定。在評估單元間的均勻性后，發現在第一個冷凍干燥循環中獲得的小瓶與其他四個循環的小瓶明顯不同。因此，這些小瓶被排除在外，而其余的則根據灌裝順序進行標記。總共2210個小瓶被標記，其中1號小瓶是第二冷凍干燥循環的第一個填充小瓶。然后將這些小瓶一個接一個地放置在鍍鋁袋中，并熱密封以進一步保護材料。

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