针对 PM2.5 和 CO2 的个人空气质量监测仪评估：为期一年试点研究的见解

《Atmospheric Pollution Research》：Evaluating Personal Air Quality Monitors for PM 2.5 and CO 2: Insights from a Year-Long Pilot Study

　　

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  PM_2.5暴露成功降至年均值4.4 μg/m³，符合世界卫生组织指南。
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  由于通风问题，CO₂水平经常处于次优状态，平均值为1077 ppm。
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  该研究揭示了当前消费级便携式空气质量监测仪在可用性和硬件方面存在显著的"痛点"。
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  空气过滤与通风之间的冲突限制了污染物管理。

引言

在过去几十年中，空气质量监测格局发生了显著变化。它已从主要用于政府机构的大型、昂贵、固定式空气质量监测仪，转变为更小、更经济且更先进的个人便携式空气质量监测设备（Bi等，2022）。这一转变得益于现代技术进步的推动，包括传感器组件的小型化（Carminati等，2017）、微电子学（Kumar等，2016）以及更好的数据处理能力（Diao等，2019）。因此，上述技术在推动低成本个人监测设备在公众中的普及和使用方面发挥了重要作用（Snyder等，2013；Suriano等，2025）。

便携式空气质量监测仪（PAQMs）相较于传统方法具有多项优势（Elbestar等，2024；Kumar等，2016；Snyder等，2013）。这些设备能够实时提供当前空气质量状况的数据和即时反馈。它们还允许进行局部暴露评估，通过直接测量用户特定位置的空气质量来实现。这使得可以创建个人暴露档案，捕捉固定监测仪无法检测到的变化。这些设备还能定位污染热点，识别产生高污染浓度的特定区域或活动，并区分室内和室外空气质量。所提供的信息对于理解室内外环境之间的关联以及识别室内污染物来源具有重要意义（Karagulian等，2019；Park等，2023；Sá等，2024）。

PAQMs可通过蓝牙或Wi-Fi技术与智能手机和云平台无缝连接。用户友好的移动应用程序在数据显示方面发挥着重要作用，提供图表、颜色编码警报以及随时间追踪暴露的系统。还可以自定义通知，使复杂数据易于理解并采取行动。这有助于将原始测量数据转化为清晰有用的信息，例如保护儿童在上学路上免受空气污染（Heydon和Chakraborty，2020）。

PM_2.5和CO₂都是影响人类个人健康的重要因素。具体来说，PM_2.5是许多非传染性疾病（Pope和Dockery，2006）的已知风险因素，并影响整体公众健康（Feng等，2016）。室内CO₂浓度升高表明通风不良，与较低的认知表现以及更高的病原体传播风险相关（Allen等，2016；Argyropoulos等，2023；Haddrell等，2024；Karagulian等，2019；Young等，2024）。

Kim等（2021）对比了个人暴露测量数据与从传统固定监测站（Air Korea）获得的数据。他们的发现表明，在总体层面上时间模式相似，然而，个人PM_2.5浓度水平始终低于固定监测站的数据。这种差异在受试者处于室内、夜间以及远离固定监测站时尤为明显。Air Korea与PAQM数据之间的每小时PM_2.5浓度绝对差异在室内（尤其是家庭以外的环境）显著大于室外，表明当个人在室外时，个人暴露数据与基于监测站的数据更为吻合（Kim等，2021）。

另一方面，研究结果揭示了空气污染存在显著的空间时间变化和来源。室外PM_2.5浓度在高峰期达到峰值，尽管室内水平较低，但由于渗透作用而呈现出相似的模式（Korto?i等，2022）。建筑渗透参数，如裂缝、建筑压力、有效泄漏面积（ELA）和每小时换气次数（ACH）等，是室外PM_2.5传输进入室内环境的主要驱动因素（Argyropoulos等，2016；Argyropoulos等，2017；Argyropoulos等，2020）。重要的是，PAQM提供了个性化暴露见解，揭示室外环境风险更大，尽管室内来源仍然显著，并指出女性个体通常表现出更高的暴露水平（Korto?i等，2022）。

PM_2.5 PAQM的开箱即用性能表现相对较好，接近一级数据质量目标（U_exp < 50%），传感器表现出良好的线性度（R² = 0.96–1）和较高精度（实验室中<0.4 μg/m³，现场<0.6 μg/m³）（Hofman等，2024）。虽然所选传感器能够有效量化城市环境中的PM_2.5暴露变异性（范围为4.8至133 μg/m³，平均绝对误差（MAE）为3–4.7 μg/m³），但大多数系统倾向于低估实际PM_2.5浓度（Hofman等，2024）。他们还发现，PM_2.5的实验室校准在真实世界现场条件下无法持续保持，突显了本地校准对于实现最佳准确性的必要性，其效果优于原始数据或实验室校准数据（Hofman等，2024）。

尽管许多研究已评估了个人空气污染暴露，但关于消费级技术的实际权衡和可用性挑战的详细长期探索仍然较少。本研究旨在通过一项密集的一年期案例研究来解决这一空白。据作者所知，这是首批同时在西班牙格拉纳达和阿尔梅里亚记录PM_2.5和CO₂个人缓解策略的纵向研究之一，展现了空气过滤与通风之间固有的冲突。该研究超越了传感器性能，通过对PAQM用户体验进行关键的定性评估，识别了阻碍其对公众有效性的特定硬件和数据"痛点"，从而提供了批判性的评估。因此，本文聚焦于以下研究问题：

• 1.
  高分辨率、多参数传感方法在多大程度上揭示了PM_2.5和CO₂缓解之间的权衡？
• 2.
  当前的PAQMs对于有知情意识和动机的个体而言是否是实用且有价值的工具？其主要的设计和使用"痛点"是什么？

在本文其余部分：第2节介绍了监测设备和数据收集与分析；第3节对获得的结果进行了分析和展示；第4节讨论了本研究的发现；最后在第5节中概述了结论以及针对未来改进的一些建议。

章节摘要

设备和协议

本次测量协议的持续时间共367天，从2024年7月5日至2025年7月7日。所选测量时段提供了充足的时间以捕捉环境条件和人类行为模式的季节性变化。测量分别在西班牙格拉纳达（主要居住地）的工作日和西班牙阿尔梅里亚（第二居住地）的周末进行。该协议在两者中均包含广泛的暴露测量代表

年度暴露和季节性变化

在图4中，可以看出大多数测量记录在RH水平约60%及以下，未基于此排除任何数据。此外，左侧显示了每个环境参数的主要描述性统计量，包括最小值、最大值、均值和中位数。每个参数的缺失数据百分比也清晰呈现。更详细的视角可参见附录中的图S4，其中展示了完整数据

测量

根据我们对获得测量数据的分析，显然日均PM_2.5浓度水平从未超过世界卫生组织推荐的阈值。然而，我们面临的一个重大挑战是如何在考虑缺失数据的情况下解读结果，尤其是在研究最后六个月。数据不完整增加了准确预测实际PM_2.5暴露水平的难度，引发了对当前

结论

本研究利用两台PAQM进行了测量，为分析PM_2.5和CO₂浓度的个人暴露提供了宝贵的数据。这种广泛且连续的数据收集对于能够得出关于个人暴露模式的结论具有重要意义。随后，PAQM的实用性对于评估其在各种环境中监测个人空气质量的效力和适用性至关重要。

PAQM可用于

CRediT作者贡献声明

Sotirios Papathanasiou：撰写–原始草稿、可视化、验证、资源、方法论、调查研究、正式分析、数据整理、概念化。Christos D. Argyropoulos：撰写–审阅与编辑、撰写–原始草稿、可视化、验证、方法论、调查研究、正式分析、数据整理、概念化

数据可用性

本研究中使用和/或分析的数据集可从通讯作者处获取，需提出请求。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

资金

本研究无资金支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢ATMO和AIRVALENT为本次研究提供Atmotube Pro和AIRVALENT监测仪。这些设备由公司提供，未收取费用，且公司对研究设计、数据分析、结果解释以及发表这些发现的决策均无任何影响。

Sotirios Papathanasiou|Christos D. Argyropoulos