CN104390901B - 一种空气中微颗粒物浓度的监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用介电泳力原理和石英晶体微天平技术相结合监测空气中微颗粒物浓度的方法。所述方法包括：将定量空气送入电解质溶液中，使空气中微颗粒物分散在电解质溶液中，利用介电泳力分离聚集沉积并通过石英晶体微天平测量分散在电解质溶液中的一定半径范围微颗粒物质量，经计算处理得到空气中所述一定半径范围微颗粒物的浓度。本发明进一步公开了一种基于以上所述方法设计的系统，实现空气中微颗粒物监测的实时性和完全自动化，所述系统包括：空气采样部，采集空气并计量采样体积；检测部，分离并测量不同半径范围微颗粒物质量；数据处理部，收集数据并完成浓度计算；操控部，驱动并控制系统各部分运行。

Description

一种空气中微颗粒物浓度的监测方法及系统

技术领域

本发明涉及空气中微颗粒物浓度的监测方法及系统。更具体而言，本发明涉及一种利用介电泳力原理和石英晶体微天平技术相结合监测空气中微颗粒物浓度的方法及系统。

背景技术

空气中的微颗粒物是能见度降低产生灰霾天的主要原因，严重威胁地面汽车驾驶和飞机的起飞、降落，是造成交通事故和空难事故的主要元凶。粒径在2.5μm以下的细颗粒物(以下简称PM2.5)，会直接进入支气管、肺部深处，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。另外这些颗粒还可以携带有害重金属通过支气管和肺泡溶解在血液中，因而对人体健康的伤害更大，进而引起癌症的产生。按照我国的环境空气质量标准，颗粒物的测定方法分为重量法、微量振荡天平法和β射线法，查阅相关资料，颗粒物研究方法还包括光散射法和压电晶体法。

重量法是最传统的方法，成本低，自动化程度低，工作量大且测量结果是一段时间内的平均值，实时性差。微量振荡天平法虽然实时性比较好，准确度和灵敏度高，但测量系统在50℃恒温下工作，须将滤膜及采样空气加热以去除水分，同时会使半挥发性污染物挥发，从而测出的数据偏低，而且在湿度较大的雨天容易出现负值，不适用于室外空气多变的环境。β射线法利用β射线衰减原理，测量沉积于滤膜上的微颗粒物，得到微颗粒物浓度，是目前应用最广泛的监测方法。β射线法可实现自动监测，在24小时空气质量连续自动监测中应用广泛，但误差较大，尤其当颗粒物直径小于10μm时。光散射法理论上具有灵敏、稳定性好、操作简便等优点，但空气中颗粒物质会污染光学元件导致灵敏度降低，且测定结果需要转换系数来显示，直接检测空气的颗粒物浓度尚未成熟。压电晶体法利用高压放电针和石英谐振器组成的静电采样器采集，通过石英晶体测定微颗粒物的质量，该方法理论上灵敏度较高，但颗粒物采样率不高，且高压放电限制其实时监测，可实施性不高。

为解决现有方法技术的不足，本发明提出一种利用介电泳力原理和石英晶体微天平技术相结合监测空气中微颗粒物浓度的方法及系统。

介电泳现象是指微粒由于在非均匀电场中被介电极化而受力产生的定向移动，其本质是由于介电粒子本身被外加电场诱导出电偶极，该电偶极与外加电场交互作用下产生的现象。对于微型球体颗粒物，介电泳力的计算公式为其中ω＝2πf，j²＝-1，r为颗粒物的半径，ε_m和ε_p分别为介质和颗粒的介电常数，Re[f_CM]表示f_CM的实部，为哈密顿算子，E为电场强度(由外加电压幅值和电极结构决定)，σ为电导率，ω为角频率，f为频率。由上式可知，在相同的电场和溶液条件下，微颗粒物所受的介电泳力与其半径的立方成正比关系，可用于不同半径微颗粒物的分离。

石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance，QCM)利用了石英晶体谐振器的压电特性，根据石英晶体微天平频移公式(Δf为石英谐振器频率的变化，Δm为电极表面的质量变化，A为石英晶体电极面积、f₀为石英谐振器的基频，μ_q为石英晶体的剪切模量，ρ_q为石英密度)，将石英晶振电极表面质量变化Δm转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化Δf，进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的数据，是一种非常灵敏的质量检测仪器，其测量精度可达纳克级，用于空气中微颗粒物浓度的测量具有高精度特点。

本发明方法以含有表面活性剂的电解质溶液作为检测环境，采样率高，可避免外界环境影响；利用介电泳力分离沉积微颗粒物并通过石英晶体微天平测重，分离检测速度快，测量灵敏度高，可实施性高，不需更换滤膜，整体降低了成本；通过系统可控制各步骤运行并实时更换电解质溶液，不需清洗电极，可实现监测过程完全自动化和实时性。

发明内容

本发明提出一种利用介电泳力原理和石英晶体微天平技术相结合监测空气中微颗粒物浓度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)将定量的空气送入电解质溶液中，使空气中微颗粒物分散在电解质溶液中；

2)利用不同尺寸结构微电极提供梯度电场，使介电泳力作用于分散在电解质溶液中的微颗粒物，不同半径范围微颗粒物因受介电泳力大小不同而分离并分别沉积聚集在相应尺寸结构的微电极上；

3)石英晶体微天平测量沉积前后相应尺寸结构微电极的质量变化，得到所述不同半径范围微颗粒物质量；

4)根据进样空气体积和所测不同半径范围微颗粒物质量，处理并计算得到空气中不同半径范围微颗粒物浓度。

所述方法进一步包括，所述电解质溶液为电解质水溶液，其电导率为3×10^-4S/m～6×10^-3S/m。

所述方法进一步包括，所述电解质溶液中含有表面活性剂，用于使空气中所有疏水性微颗粒物分散在电解质溶液中。

所述方法进一步包括，所述不同尺寸结构微电极为电极间隔尺寸和/或电极宽度尺寸呈梯度变化的叉指型微电极梯度阵列，所述叉指型微电极梯度阵列电极形状包括直条型、锯齿型、城墙垛型、圆弧型或曲折型中的任意一种。

所述方法进一步包括，所述叉指型微电极梯度阵列配置于石英晶体微天平的电极检测区，石英晶体微天平实时监测电极沉积质量变化，实现空气中微颗粒物浓度的实时监测。

所述方法进一步包括，所述叉指型微电极梯度阵列和所述石英晶体微天平之间沉积绝缘层，以防止叉指型微电极与石英晶体微天平电极短路，所述绝缘层为与所述石英晶体微天平电极导电材料附着性良好的无机或有机材料，包括SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、ZnO、TiO₂、SU8、PMMA或PDMS中的任意一种。

所述方法进一步包括，所述方法可以配置一个石英晶体微天平测量一个半径范围的微颗粒物质量，实现包括PM2.5(直径小于或等于2.5μm)或PM10(直径小于或等于10μm)的监测。

所述方法进一步包括，所述方法可以配置两个或两个以上石英晶体微天平测量两个或两个以上半径范围微颗粒物质量，实现包括PM2.5和PM10的同时监测。

本发明更进一步提出一种实现以上所述方法，实时监测空气中微颗粒物浓度的系统，其特征在于，所述系统包括以下部分：

1)空气采样部：包括a空气采样模块，压缩空气并将空气送入检测池，b流量控制模块，控制和检测采样空气的体积和c进气口和排气口，保障监测在与外界相同的大气压下进行；

2)检测部：包括a检测池，装有含有表面活性剂的电解质溶液，提供检测的电解质环境，b介电泳分离模块，由叉指型微电极梯度阵列构成，提供梯度电场环境分离并沉积分散在电解质溶液中的微颗粒物和c石英晶体测重模块，利用石英晶体微天平测量沉积微颗粒物前后所述叉指型微电极的质量变化；

3)数据处理部：与空气采样部和检测部连接，接收并处理采样空气体积和石英晶体微天平振荡频率变化值，推导计算出空气微颗粒物的浓度；

4)操控部：包括a驱动模块，驱动叉指型微电极梯度阵列的外加电场工作和b控制模块，驱动石英晶体微天平并测量传输石英晶体微天平振荡频率变化，控制采集检测并传输空气采样体积以及系统其他部分的自动化运行。

所述系统进一步包括，所述数据处理部得到的浓度数据可以通过有线或无线的方式传输到移动通讯设备，用于本地查看处理所述浓度数据和/或传输至远程数据中心。

所述系统进一步包括，检测部还包括进液口和出液口，可以用于实时更换检测池中液体，进行下一轮检测，以实现整个系统完全自动化。

本发明的有益效果包括：本发明方法以含有表面活性剂的电解质溶液作为检测环境，采样率高，可避免外界环境影响；利用介电泳力分离沉积微颗粒物并通过石英晶体微天平测重，分离检测速度快、测量灵敏度高、可实施性高、不需更换滤膜，整体降低了成本；通过系统可控制各步骤运行并实时更换电解质溶液，不需清洗电极，可实现监测过程完全自动化和实时性。

附图说明

图1为本发明的监测空气中微颗粒物浓度方法的流程示意图。

图2为表面活性剂分散空气中疏水性微颗粒物的作用机理图。

图3表示叉指型微电极产生的电场场强随电极间距的变化。

图4为实施例中叉指型微电极的五种优选电极形状示意图。

图5为本发明的监测空气中微颗粒物浓度系统的功能框图。

图6为本发明系统用于测PM2.5实施例中介电泳分离模块122和石英晶体测重模块123的结构分解示意图。

图7为本发明系统用于测PM10实施例中介电泳分离模块122和石英晶体测重模块123的结构分解示意图。

图8为本发明系统用于同时测PM2.5和PM10实施例中介电泳分离模块122和石英晶体测重模块123的结构分解示意图。

具体实施方式

下面通过实施案例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例及附图为示例性而非限制性的，本发明的范围不应当由示例性实施例所限制，而应当仅由权利要求书及其等同范围所限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，术语“上”和“下”与重力方向无关，是为方便解释而使用的。

下面通过具体实施例结合附图对本发明的空气中微颗粒物浓度监测方法进一步详细描述，图1示出该方法的实现步骤，包括：

空气采样S101，将定量的空气送入含有表面活性剂的电解质溶液中，使空气中微颗粒物分散在电解质溶液中。设定，通过空气压缩机以恒定的流量速度Q向电解质溶液中送入定量的空气样本，在一些实施例中，气体输入体积范围可设定为10～100mL，由流量控制S102实现。设定，通过流量计控制采样时间t，从而计量采样空气体积V。

介电泳分离S201，利用不同尺寸结构微电极提供梯度电场，使介电泳力作用于分散在电解质溶液中的微颗粒物，不同半径范围微颗粒物因受介电泳力大小不同而分离并分别沉积聚集在相应尺寸结构的微电极上。

在此步骤中，介电泳实施环境为含有表面活性剂的电解质溶液，其中：电解质溶液提供介电质环境，优选为低浓度无毒电解质水溶液，电导率范围为3×10^-4S/m～6×10^-3S/m；表面活性剂使空气中所有疏水性微颗粒物分散在电解质溶液中，作用机理如图2所示，表面活性剂的疏水基团包围疏水性微颗粒物，亲水基团使微颗粒物分散在电解质溶液中。

在介电泳分离S201步骤中，利用不同尺寸结构微电极提供梯度电场，致使介电泳力作用于分散在电解质溶液中的微颗粒物。不同半径微颗粒物受介电泳力大小不同，在介电质环境运动距离不同，从而分离并聚集沉积在提供梯度电场的不同尺寸结构微电极的不同位置上。本步骤中提供介电泳力电压峰值优选范围为1～5V，电场频率优选范围为10kHz～20MHz，以保证空气中微颗粒物所受介电泳力影响因子基本一致，在相同的电场和溶液条件下，微颗粒物所受的介电泳力只与微颗粒物半径有关。

图3表示电极间距依次为2μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm的电场场强变化。由该图可知，不同间距尺寸的叉指型微电极提供的电场场强大小不同。设定，提供梯度电场的所述不同尺寸结构微电极配置为电极间隔尺寸呈梯度变化的叉指型微电极梯度阵列。图4为所述叉指型微电极形状的五种优选变形，分别为直条型、锯齿型、城墙垛型、圆弧型或曲折型，根据实际颗粒半径的特点确定其中一种最佳电极形状组成叉指型微电极梯度阵列。

石英晶体测重S301，利用石英晶体微天平测量不同半径微颗粒物沉积前后所述叉指型微电极梯度阵列的质量变化，得到不同半径范围微颗粒物质量。经介电泳分离后的不同半径微颗粒物分别沉积在所述叉指型微电极梯度阵列的不同位置，引起所述叉指型微电极梯度阵列不同位置质量变化，石英晶体微天平测量所述叉指型微电极梯度阵列的质量变化，所述质量变化引起石英晶体微天平振荡频率的变化，通过Δf/Δm转换，得出叉指型微电极梯度阵列的质量变化，即其所对应的不同半径范围微颗粒物质量m。此步骤中，可以由一个石英晶体微天平测量沉积于所述叉指型微电极梯度阵列的一个半径范围的微颗粒物质量。进一步，此步骤也可以由多个石英晶体微天平同时测量沉积于所述叉指型微电极梯度阵列不同位置的不同半径范围的微颗粒物质量。设定，石英晶体采用AT切型石英基片，固有频率优选范围为5～15MHz，晶体的厚度优选范围为100～300μm。

所述叉指型微电极梯度阵列配置于石英晶体微天平的电极检测区，石英晶体微天平实时监测微颗粒物沉积前后电极质量变化，实现空气中微颗粒物浓度的实时监测。同时所述叉指型微电极梯度阵列和所述石英晶体微天平之间沉积绝缘层，以防止叉指型微电极与石英晶体微天平电极短路，其结构将在下文具体实施例详细叙述。此处所述绝缘层优选为与石英晶体微天平电极导电材料附着性良好的无机或有机材料，包括SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、ZnO、TiO₂、SU8、PMMA或PDMS中的任意一种。

浓度运算S401，利用计算得到的不同半径范围微颗粒物质量m和采样空气的体积V，完成浓度的计算。本方法进一步可包括浓度数据显示、储存或传输S402，包括有线或无线传递到移动通讯设备，用于本地查看处理所述浓度数据和/或传输至远程数据中心。

在一个实施例中，设定，流量计测得的空气采样流量为Q、采样时间为t，频率的变化为Δf，电极表面的质量变化为Δm，石英晶体电极面积为A、石英谐振器的基频为f₀，石英晶体剪切模量为μ_q、石英晶体密度为ρ_q，则空气中微颗粒物的浓度c可表示为：

$c=\frac{A\sqrt{{\mathrm{\μ}}_q{\mathrm{\ρ}}_q}\mathrm{\Δ}f}{2{f_0}^{2}Qt}$

接下来，结合实施例解释实现以上所述方法监测空气中微颗粒浓度的系统。此系统可以利用本发明所述方法实现空气中微颗粒物浓度完全自动化和实时监测。

图5示出作为监测空气中微颗粒浓度的实例的系统100。系统100可以包括：空气采样部110、检测部120、数据处理部130、操控部140和/或其他元件。

空气采样部110包括空气采样模块，流量控制模块，进气口和出气口(未在图中标注)，用来采集空气并将空气送入检测池，同时检测控制采样空气体积的装置，即实现以上方法步骤所述S101和S102步骤。

检测部120是用来分离空气中不同半径微颗粒物，并检测不同半径范围微颗粒物质量的装置，是整个系统的核心部分，主要包括以下部分：

检测池121是所述监测微颗粒物浓度过程的容器装置。设定，检测池121的体积优选为10～50cm³，池内装有含有表面活性剂的电解质溶液。其中，电解质溶液提供介电质环境，优选为低浓度无毒电解质水溶液，电导率范围为3×10^-4S/m～6×10^-3S/m。添加的表面活性剂使空气中所有疏水性微颗粒物分散于电解质溶液中。

介电泳分离模块122，由叉指型微电极梯度阵列构成，提供梯度电场环境致使介电泳力作用于所述微颗粒物，分离并沉积分散在电解质溶液中的微颗粒物，即实现上述方法步骤所述介电泳分离S201步骤。

石英晶体测重模块123，利用石英晶体微天平测量沉积微颗粒物前后所述叉指型微电极梯度阵列的质量变化，即实现上述方法步骤所述石英晶体测重S301步骤。

另外，检测部120还可以包括进液口和出液口(未在图中标注)，用以实时更换检测池中液体，进行下一轮检测，进液出液受控制装置控制，可以实现整个系统完全自动化。

数据处理部130与空气采样部110和检测部120连接，接收并处理采样空气体积和石英晶体微天平振荡频率变化值，推导计算出空气中不同半径微颗粒物的浓度，即实现上述方法步骤所述S401步骤。数据处理部130可以是或包括能够实现数据采集处理显示和/或将所得的浓度数据通过有线或无线方式传递到移动通讯设备，用于本地查看处理所述浓度数据和/或传输至远程数据。

操控部140与系统的其他部分连接驱动并控制整个系统各部分运行，包括：驱动模块141，驱动叉指型微电极梯度阵列的外加电场工作，可以为专用或自主开发的信号发生器；控制模块142驱动石英晶体微天平测量并传输微颗粒物沉积前后石英晶体微天平振荡频率变化，控制采集检测并传输空气采样体积以及系统其他部分的自动化运行。控制模块142由储存在计算机中并在一个或多个基于处理器的系统上运行的可执行代码和指令和/或硬件电子电路来实现。通过控制模块142控制系统各部分运行以实现整个监测过程的完全自动化和实时性。

图6示出介电泳分离模块和石英晶体微天平测重模块设计的一个特定实施例，用于空气中PM2.5的监测。图6中，叉指型微电极梯度阵列601设置在绝缘层602上侧，石英晶体微天平电极603和605分别设置在石英晶体基底604的上下侧。所述叉指型微电极梯度阵列601和驱动模块141相连。所述石英晶体微天平电极603和605与控制模块142相连。

空气采样部110中空气压缩机压缩空气并以恒定的速度将空气送入检测池，同时通过流量控制模块中的流量计控制和检测采样空气的体积，检测池有进气口和排气口以保障监测在与外界相同的大气压下进行。

介电泳分离电极601是电极宽度为2～20μm、电极间隔尺寸为2～20μm且间隔尺寸呈梯度变化的叉指型微电极梯度阵列，操控部140中驱动模块141为叉指型微电极梯度阵列601提供外加电场，驱动所述叉指型微电极梯度阵列601产生梯度电场，致使分散在电解质溶液中不同半径微颗粒物受介电泳力作用而分离。其中，直径小于或等于2.5μm的微颗粒物聚集并沉积至叉指型微电极梯度阵列601上，引起下侧石英晶体微天平电极605面积所对应的石英晶体振荡频率的变化。

数据处理部130接收并处理采样空气体积和石英晶体微天平振荡频率变化值，推导计算出空气中PM2.5浓度，用于本地查看处理所述浓度数据和/或传输至远程数据。

以上系统各部分运行由操控部140的控制模块142控制，实现整个监测过程的完全自动化和实时性。检测部120还可以包括进液口和出液口，可以用以实时更换检测池中液体，进行下一轮检测。

图7示出介电泳分离模块和石英晶体微天平测重模块设计的一个特定实施例，用于空气中PM10的监测。图7中，叉指型微电极梯度阵列701设置在绝缘层702上侧，石英晶体微天平电极703和705分别设置在石英晶体基底704的上下侧。所述介叉指型微电极梯度阵列701和驱动模块141相连。所述石英晶体微天平电极703和705与控制模块142相连。

空气采样部110中空气压缩机压缩空气并以恒定的速度将空气送入检测池，同时通过流量控制模块中的流量计控制和检测采样空气的体积，检测池有进气口和排气口以保障监测在与外界相同的大气压下进行。

介电泳分离电极701是电极宽度为2～40μm、电极间隔尺寸为10～40μm且间隔尺寸呈梯度变化的叉指型微电极梯度阵列，操控部140中驱动模块141为叉指型微电极梯度阵列701提供外加电场，驱动所述叉指型微电极梯度阵列701产生梯度电场，致使分散在电解质溶液中不同半径微颗粒物受介电泳力作用而分离。其中，直径小于或等于10μm的微颗粒物聚集并沉积至叉指型微电极梯度阵列701上，引起下侧石英晶体微天平电极705面积所对应的石英晶体振荡频率的变化。

数据处理部130接收并处理采样空气体积和石英晶体微天平振荡频率变化值，推导计算出空气中PM10浓度，用于本地查看处理所述浓度数据和/或传输至远程数据。

以上系统各部分运行由操控部140的控制模块142控制，实现整个监测过程的完全自动化和实时性。检测部120还可以包括进液口和出液口，可以用以实时更换检测池中液体，进行下一轮检测。

图8示出介电泳分离模块和石英晶体微天平测重模块设计的一个特定实施例，用于空气中PM2.5和PM10的同时监测。图8中，叉指型微电极梯度阵列801a和801b设置在绝缘层802上侧，石英晶体微天平电极803和805a、805b分别设置在石英晶体基底804的上下侧。所述叉指型微电极梯度阵列801和驱动模块141相连。所述石英晶体微天平电极803、805a和805b与控制模块142相连。

空气采样部110中空气压缩机压缩空气并以恒定的速度将空气送入检测池，同时通过流量控制模块中的流量计控制和检测采样空气的体积，检测池有进气口和排气口以保障监测在与外界相同的大气压下进行。

介电泳分离电极801是电极宽度为2～20μm、电极间隔尺寸为2～40μm且间隔尺寸呈梯度变化的叉指型微电极梯度阵列，操控部140中驱动模块141为叉指型微电极梯度阵列801a和801b提供外加电场，驱动所述叉指型微电极梯度阵列801a和801b产生梯度电场，致使分散在电解质溶液中不同半径微颗粒物受介电泳力作用而分离。其中，直径小于或等于2.5μm的微颗粒物聚集并沉积至叉指型微电极梯度阵列801a上，引起下侧石英晶体微天平电极805a面积所对应的石英晶体振荡频率的变化；而直径在2.5～10μm范围的微颗粒物聚集并沉积至叉指型微电极梯度阵列801b上，引起下方石英晶体微天平电极805b面积所对应的石英晶体振荡频率的变化。

数据处理部130接收并处理采样空气体积和石英晶体微天平振荡频率变化值，同时推导计算出空气中PM2.5和PM10浓度，用于本地查看处理所述浓度数据和/或传输至远程数据。

以上系统各部分运行由操控部140的控制模块142控制，实现整个监测过程的完全自动化和实时性。检测部120还可以包括进液口和出液口，可以用以实时更换检测池中液体，进行下一轮检测。

Claims (11)

1.一种利用介电泳力原理和石英晶体微天平技术相结合监测空气中微颗粒物浓度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)将定量的空气送入电解质溶液中，使空气中微颗粒物分散在电解质溶液中；

2)利用不同尺寸结构微电极提供梯度电场，使介电泳力作用于分散在电解质溶液中的微颗粒物，不同半径范围微颗粒物因受介电泳力大小不同而分离并分别沉积聚集在相应尺寸结构的微电极上；

3)石英晶体微天平测量微颗粒物沉积前后相应尺寸结构微电极的质量变化，得到所述不同半径范围微颗粒物质量；

4)根据进样空气体积和所测不同半径范围微颗粒物质量，处理并计算得到空气中不同半径范围微颗粒物浓度。

2.根据权利要求1所述的监测空气中微颗粒物浓度的方法，其特征在于：所述电解质溶液为电解质水溶液，其电导率为3×10^-4S/m～6×10^-3S/m。

3.根据权利要求1所述的监测空气中微颗粒物浓度的方法，其特征在于：所述电解质溶液中含有表面活性剂，用于使空气中所有疏水性微颗粒物分散在电解质溶液中。

4.根据权利要求1所述的监测空气中微颗粒物浓度的方法，其特征在于：所述不同尺寸结构微电极为电极间隔尺寸和/或电极宽度尺寸呈梯度变化的叉指型微电极梯度阵列，所述叉指型微电极梯度阵列电极形状包括直条型、锯齿型、城墙垛型、圆弧型或曲折型中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的监测空气中微颗粒物浓度的方法，其特征在于：所述叉指型微电极梯度阵列配置于石英晶体微天平的电极检测区，石英晶体微天平实时监测电极沉积质量变化，实现空气中微颗粒物浓度的实时监测。

6.根据权利要求5所述的监测空气中微颗粒物浓度的方法，其特征在于：所述叉指型微电极梯度阵列和所述石英晶体微天平之间沉积绝缘层，以防止叉指型微电极与石英晶体微天平电极短路，所述绝缘层为与所述石英晶体微天平电极导电材料附着性良好的无机或有机材料，包括SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、ZnO、TiO₂、SU8、PMMA或PDMS中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的监测空气中微颗粒物浓度的方法，其特征在于：所述方法可以配置一个石英晶体微天平测量一个半径范围微颗粒物质量，实现包括PM2.5(直径小于或等于2.5μm)或PM10(直径小于或等于10μm)的监测。

8.根据权利要求1所述的监测空气中微颗粒物浓度的方法，其特征在于：所述方法可以配置两个或两个以上石英晶体微天平测量两个或两个以上半径范围微颗粒物质量，实现包括PM2.5和PM10的同时监测。

9.一种实现如权利要求1-8任意一项所述方法的实时监测空气中微颗粒物浓度的系统，其特征在于，所述系统包括以下部分：

1)空气采样部：包括a空气采样模块，压缩空气并将空气送入检测池，b流量控制模块，控制和检测采样空气的体积和c进气口和排气口，保障监测在与外界相同的大气压下进行；

2)检测部：包括a检测池，装有含有表面活性剂的电解质溶液，提供检测的电解质环境，b介电泳分离模块，由叉指型微电极梯度阵列构成，提供梯度电场环境分离并沉积分散在电解质溶液中的微颗粒物和c石英晶体测重模块，利用石英晶体微天平测量沉积微颗粒物前后所述叉指型微电极的质量变化；

3)数据处理部：与空气采样部和检测部连接，接收并处理采样空气体积和石英晶体微天平振荡频率变化值，推导计算出空气中微颗粒物的浓度；

4)操控部：包括a驱动模块，驱动叉指型微电极梯度阵列的外加电场工作和b控制模块，驱动石英晶体微天平并测量传输石英晶体微天平振荡频率变化，控制采集检测并传输空气采样体积以及系统其他部分的自动化运行。

10.根据权利要求9所述的监测空气中微颗粒物浓度的系统，其特征在于：所述数据处理部得到的浓度数据可以通过有线或无线的方式传输到移动通讯设备，用于本地查看处理所述浓度数据和/或传输至远程数据中心。

11.根据权利要求9所述的监测空气中微颗粒物浓度的系统，其特征在于：检测部还包括进液口和出液口，可以用于实时更换检测池中液体，进行下一轮检测，以实现整个系统完全自动化。