大氣顆粒物化學(xué)組分分析技術(shù)研究進(jìn)展

談靜，劉瓊玉，姜郡亭，李艾華

（工業(yè)煙塵污染控制湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（江漢大學(xué)），江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430056）

大氣顆粒物化學(xué)組分分析技術(shù)研究進(jìn)展

談靜，劉瓊玉*，姜郡亭，李艾華

（工業(yè)煙塵污染控制湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（江漢大學(xué)），江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430056）

從大氣顆粒物的化學(xué)組分的研究出發(fā)，闡述了離線技術(shù)和在線技術(shù)在顆粒物組分分析中的應(yīng)用進(jìn)展，對(duì)于采樣技術(shù)、樣品預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行了比較分析，對(duì)于離線分析技術(shù)的原子吸收光譜法（AAS）、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）、X射線熒光光譜儀（XRF）、離子色譜儀（IC）、氣相色譜-質(zhì)聯(lián)聯(lián)用儀（GC-MS）、熱光碳分析儀（TOR/TOT）等進(jìn)行了深入介紹，展望了在線分析技術(shù)在大氣顆粒物組分分析中的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)水溶性離子組分在線分析、OC/EC在線分析、化學(xué)組分在線分析、顆粒物質(zhì)量濃度在線監(jiān)測(cè)、單顆粒理化特性在線監(jiān)測(cè)等進(jìn)行了闡述。為顆粒物組分分析提供了依據(jù)，也為治理霧霾提供理論依據(jù)。

大氣顆粒物；化學(xué)組分；離線分析；在線分析

0 引言

大氣顆粒物根據(jù)粒徑大小主要分為總懸浮顆粒物（粒徑小于100 μm的所有懸浮顆粒物，簡(jiǎn)稱(chēng)TSP）、可吸入顆粒物（粒徑小于10 μm，簡(jiǎn)稱(chēng)PM10）、細(xì)顆粒物（粒徑小于2.5 μm，簡(jiǎn)稱(chēng)PM2.5）3種。根據(jù)中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)站公布的數(shù)據(jù)，2014年上半年全國(guó)74個(gè)城市的空氣質(zhì)量平均超標(biāo)天數(shù)比例為39.7%，主要污染物是PM2.5，其次是PM10和O3。同期武漢市的空氣質(zhì)量超標(biāo)天數(shù)高達(dá)111天，超標(biāo)率為60.7%，主要污染物是PM2.5。由于大氣顆粒物，特別是細(xì)顆粒物對(duì)人體健康和環(huán)境的潛在危害大，關(guān)于顆粒物的組成及來(lái)源解析方面的研究日益受到國(guó)內(nèi)外重視［1-3］?；瘜W(xué)組分是決定大氣顆粒物各種環(huán)境效益的關(guān)鍵，因此對(duì)大氣顆粒物化學(xué)組分研究顯得尤為重要，獲得詳實(shí)的顆粒物化學(xué)組分是進(jìn)一步得到大氣顆粒物的源解析結(jié)果、制定污染控制措施的基礎(chǔ)。

本文概述了大氣顆粒物的化學(xué)組分，闡述了離線技術(shù)和在線技術(shù)在顆粒物組分分析中的應(yīng)用進(jìn)展，展望了在線分析技術(shù)在大氣顆粒物組分分析中的發(fā)展趨勢(shì)，旨在為顆粒物組分分析提供依據(jù)。

1 大氣顆粒物的化學(xué)組分

大氣顆粒物的化學(xué)組分復(fù)雜，主要分為無(wú)機(jī)元素、水溶性離子、含碳組分3大類(lèi)［4］。無(wú)機(jī)元素包括Ca、Fe、Al、Si、Ti、Ni、P、K、V、S、As、Cu、Pb、Zn、Se、Br、Cr、Hg等。水溶性離子主要有Mg2+、Ca2+、、F-、等，其中Mg2+、Ca2+主要來(lái)源于土壤和植物燃燒，F(xiàn)-主要來(lái)源于工業(yè)排放，主要來(lái)源于工業(yè)排放和汽車(chē)尾氣，主要來(lái)源于化工燃料燃燒，主要來(lái)源于畜牧業(yè)和化肥的利用。含碳組分包括有機(jī)碳（OC）、元素碳（EC）和芳香族化合物，主要來(lái)源于機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、植物燃燒和有機(jī)廢渣的燃燒，其中多環(huán)芳烴有毒性甚至致癌，對(duì)人類(lèi)身體健康影響較大。

2 大氣顆粒物化學(xué)組分的離線分析技術(shù)進(jìn)展

離線分析技術(shù)是指采樣和樣品分析分步進(jìn)行的分析技術(shù)，該技術(shù)從20世紀(jì)初發(fā)展至今，在技術(shù)檢測(cè)方面已經(jīng)較成熟。大氣顆粒物的離線分析技術(shù)包括采樣技術(shù)和分析測(cè)試技術(shù)，其中分析測(cè)試技術(shù)常用的儀器主要包括原子吸收光譜儀（AAS）、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）、X射線熒光光譜儀（XRF）、離子色譜儀（IC）、熱光碳分析儀（TOR/TOT）、氣相色譜-質(zhì)聯(lián)聯(lián)用儀（GC-MS）。

2.1 采樣技術(shù)

目前最常用的顆粒物采樣方法是濾料阻留法，常用的濾料有濾紙、濾膜、濾筒。大氣顆粒物采樣中常采用濾膜捕集空氣待測(cè)顆粒物，通過(guò)慣性碰撞、截留、重力沉降、靜電吸引、熱力或者擴(kuò)散等原理將顆粒物從環(huán)境空氣中分離出來(lái)，并收集在濾膜上，得到的樣品可以采取多種手段進(jìn)行化學(xué)組分的綜合分析。不同的組分測(cè)定對(duì)濾膜材料要求不同［5］，常用濾膜的組成、性質(zhì)及其適用范圍如表1所示。

表1 大氣顆粒物采樣用濾膜的組成、性質(zhì)及適用范圍Tab.1 Composition，nature and application scope of atmospheric particulate matter sampling membrane

2.2 樣品預(yù)處理技術(shù)

XRF、OC/EC等少數(shù)分析方法可對(duì)顆粒物濾膜樣品進(jìn)行直接測(cè)定，無(wú)需預(yù)處理。其他大多數(shù)方法測(cè)定顆粒物中的化學(xué)組分時(shí)，需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理。樣品的預(yù)處理是非常關(guān)鍵的一步，樣品預(yù)處理技術(shù)主要可分為消解法和提取法。

2.2.1 消解法消解法適用于顆粒物中無(wú)機(jī)組分的分析，常用在ICP-MS和AAS測(cè)試前的樣品處理中。常用的消解法包括酸消解法、灰化法、微波消解法等［6］。酸消解法是指采用硝酸、硫酸、高氯酸等混酸溶液對(duì)樣品進(jìn)行消解?；一ㄊ抢酶邷爻悠分械挠袡C(jī)物，剩余的灰分用酸溶解。微波消解法是一種利用微波為能量對(duì)樣品進(jìn)行消解的新技術(shù)，該法適于處理大批量樣品的處理，目前微波消解法常用在濾膜、土壤、粉煤灰、植物樣品、血液等樣品的前處理中。

2.2.2 提取法提取法適用于顆粒物中溶解性組分及有機(jī)組分的分析，常用在GC、GC-MS和IC等測(cè)試前的樣品處理中。常見(jiàn)的提取法包括振蕩提取法、真空升華法、索式提取法、超聲提取法等［7］。振蕩提取法是一種常見(jiàn)的提取方法，是將樣本混合均勻，大幅度加大液體的流動(dòng)性，從而提高提取效率；真空升華法是在真空的條件下，將固體樣品變成氣體的一種方法，由于該法是在低溫下進(jìn)行，所以分離過(guò)程不會(huì)破壞材料分子結(jié)構(gòu)；索式提取法是從固體物質(zhì)中萃取化合物的一種方法，是一種經(jīng)典方法，提取效率高；超聲提取法是采用超聲波輔助溶劑進(jìn)行提取，聲波產(chǎn)生高速、強(qiáng)烈的空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)等加速樣品內(nèi)有效物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散和溶解，具有操作方便、溶劑用量少、提取效率高等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 離線分析技術(shù)

2.3.1 AAS法AAS法操作簡(jiǎn)便、快速、抗干擾能力強(qiáng)，是測(cè)定金屬元素的常用方法。AAS由光源、原子化系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)等組成，其中原子化系統(tǒng)在整個(gè)裝置中具有至關(guān)重要的作用，原子化效率的高低直接影響到測(cè)量的準(zhǔn)確度和靈敏度。JOSEPH等［8］采用電熱原子吸收光譜法（ETAAS），分析了大氣顆粒物中的Al、Cu、Fe、Mn、Cr、Se、As、Pb、Ni、Zn和Cd等11種無(wú)機(jī)元素，并解析了其來(lái)源。李卉穎等［9］利用AAS法分析了大氣顆粒物PM2.5中Cd和Pb的含量。但AAS一次進(jìn)樣只能測(cè)試一個(gè)元素，不能適應(yīng)大氣顆粒物中多組分同時(shí)分析的需要。

2.3.2 ICP-MS法ICP-MS的檢測(cè)限低、線性范圍寬、干擾少，分析精密度高、分析速度快、穩(wěn)定性良好、基體影響小、自吸現(xiàn)象少，且可同時(shí)測(cè)試多種金屬元素，特別適合痕量金屬元素的分析。該技術(shù)現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境、半導(dǎo)體、醫(yī)學(xué)、生物、冶金、石油、核材料分析等領(lǐng)域。ICP-MS法不僅可以取代傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)分析技術(shù)如電感耦合等離子體光譜、石墨爐原子吸收光譜等技術(shù)，還可進(jìn)行定性、半定量、定量分析及同位素比值的準(zhǔn)確測(cè)量，還能與其他技術(shù)如高效液相色譜（HPLC）、IC等聯(lián)用進(jìn)行元素的形態(tài)、分布特性等的分析［10］。劉景泰等［11］總結(jié)了近幾年HPLC-ICP/MS在環(huán)境有機(jī)汞中的分析應(yīng)用，并指出了HPLC-ICP/MS在環(huán)境分析應(yīng)用中的前景。TAMAS等［12］采用ICP-MS法測(cè)出了土耳其空氣中PM2.5的Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ca、Li、Mn、Mo、Ni、Pb、Pt、Rb、Sb、Sn、Te、Tl、U、V、Zn等痕量金屬元素。

2.3.3 XRF法XRF檢測(cè)速度快，可實(shí)現(xiàn)無(wú)損分析，測(cè)試后的樣品可繼續(xù)使用，特別適合多種無(wú)機(jī)元素的同時(shí)測(cè)定，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中廣泛應(yīng)用。XRF法適于分析重元素，對(duì)C、N等輕元素的靈敏度不高，而且容易受共存元素干擾和疊加峰的影響［13］。ANNA等［14］采用XRF和IC法對(duì)室內(nèi)外空氣質(zhì)量進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)人體身體健康影響最大的原因是室外空氣中的PM2.5和亞微米細(xì)顆粒物（PM1）。MARI?ANA等［15］分析了阿根廷某城市的PM2.5污染源情況，利用XRF進(jìn)行定量分析，確定了交通源、生物質(zhì)燃燒、礦物粉塵和工廠排放的煙塵等4種污染源，該結(jié)果為阿根廷治理霧霾提供了依據(jù)。

2.3.4 IC法IC法快速方便，靈敏度高，選擇性好，一次進(jìn)樣可同時(shí)分析多種離子，在環(huán)境分析中廣泛應(yīng)用［16］。張寧等［17］早在1992年就開(kāi)始將IC法應(yīng)用于氣溶膠樣品中水溶性離子的分析，獲得了甘肅隴南地區(qū)大氣顆粒物中的水溶性陰、陽(yáng)離子的化學(xué)組分和分布特征。劉慶陽(yáng)等［18］采用IC法分析了北京城郊冬季一次空氣重污染過(guò)程顆粒物中的水溶性離子污染特征，發(fā)現(xiàn)的濃度高于正常水平，并且形成了二次氣溶膠，進(jìn)一步加重了北京冬季霧霾。LIU等［19］采用IC法獲得了武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)大氣PM2.5中等水溶性離子的污染特征，并根據(jù)的比值初步探討了大氣PM2.5的來(lái)源。

2.3.5 GC-MS法GC-MS是GC與MS一體化的裝置，可同時(shí)完成定性和定量測(cè)試，GC-MS法廣泛用于有機(jī)物的測(cè)試。刁春娜等［20］采用GC-MS測(cè)定了烏魯木齊市新市區(qū)中的大氣氣溶膠樣品中的16種多環(huán)芳烴的含量。WEI等［21］采用超聲提取的方法預(yù)處理了樣品，利用GC-MS法分別獲得了撫順市及青島市大氣顆粒物中多環(huán)芳烴的化學(xué)組分及污染程度。

2.3.6 TOR/TOT法TOR/TOT用于含碳組分的分析，根據(jù)所利用的光學(xué)原理不同，可分為熱光反射法（TOR）及熱光透射法（TOT）。目前市場(chǎng)上的TOR/TOT主要有美國(guó)Sunset公司研制的顆粒物碳質(zhì)組分分析儀和美國(guó)沙漠所研制的DRI Model 2001A型OC/EC分析儀，可對(duì)環(huán)境（及室內(nèi)）空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和研究、污染源樣品研究，水及各類(lèi)沉積物中有機(jī)碳和元素碳含量的監(jiān)測(cè)和研究，特別適用于顆粒物含碳組分的來(lái)源分析。李杏茹等［22］利用美國(guó)沙漠研究所的TOR/TOT，對(duì)北京奧運(yùn)會(huì)期間大氣顆粒物中元素碳和有機(jī)碳進(jìn)行了分析，結(jié)果表明北京市大氣顆粒物中的主要成分是碳?xì)馊苣z，通過(guò)分析OC和EC的比值得出了北京大氣顆粒物的源解析。FENG等［23］采用美國(guó)Sunset公司研制的顆粒物碳質(zhì)組分分析儀分析了上海市春節(jié)期間PM2.5的變化情況，發(fā)現(xiàn)OC/EC的在春節(jié)期間的濃度較高，為上海政府制定大氣環(huán)境防治計(jì)劃奠定了基礎(chǔ)。

3 大氣顆粒物化學(xué)組分的在線分析技術(shù)進(jìn)展

大氣顆粒物化學(xué)組分的在線分析技術(shù)是指采樣和樣品分析是同時(shí)進(jìn)行的，在采樣過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析。目前，用于顆粒物組分的在線分析方法主要包括水溶性離子組分在線分析、OC/EC在線分析、化學(xué)組分在線分析、顆粒物質(zhì)量濃度在線分析、顆粒物質(zhì)量濃度在線監(jiān)測(cè)。

3.1 水溶性離子組分在線分析

水溶性離子組分在線分析系統(tǒng)主要是將蒸汽噴射大氣顆粒物捕集裝置連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)收集液化后的樣品，采用陰、陽(yáng)離子色譜儀進(jìn)行水溶性離子組分的在線分析，該分析方法實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、連續(xù)分析顆粒物中無(wú)機(jī)離子的濃度［24］。中科院王躍思課題組自主研發(fā)了大氣細(xì)顆粒物快速捕集系統(tǒng)（RCFP），它將細(xì)顆粒物迅速收集到水溶液中，通過(guò)蠕動(dòng)泵將水溶液送至與之耦合的IC進(jìn)行定量分析，建立RCFP-IC集成系統(tǒng)，并已成功應(yīng)用于北京秋冬季重污染過(guò)程追蹤及大氣氧化率研究［25］。程萌田等［26］利用RCFP-IC系統(tǒng)對(duì)北京市春季大氣顆粒物PM2.5中的Cl-、NO3-、SO42-、NH4+等4種污染型水溶性離子濃度進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)，并結(jié)合同期氣象要素的變化，探討了污染過(guò)程形成的原因。由于不同離子對(duì)氣象條件變化的敏感性不同，RCFP-IC集成系統(tǒng)對(duì)大氣中水溶性無(wú)機(jī)離子濃度的定量效果比離線分析IC中結(jié)果更為準(zhǔn)確。

3.2 OC/EC在線分析

OC/EC同時(shí)在線監(jiān)測(cè)主要采用光熱法。OC/EC在線分析儀用恒定的流速把待測(cè)顆粒物采集到石英濾膜上，承載顆粒物樣品的石英濾膜首先在純He的非氧化環(huán)境中逐級(jí)升溫，致使OC被加熱揮發(fā)（該過(guò)程中也有部分OC被炭化，即熱解碳）；此后樣品又在He/O2混合氣環(huán)境中逐級(jí)升溫，該過(guò)程中EC被氧化分解為氣態(tài)氧化物［27］。上述兩個(gè)步驟中所產(chǎn)生的分解產(chǎn)物都在氧化爐中被氧化為CO2，然后由非色散紅外檢測(cè)器（NDIR）定量檢測(cè)CO2。胡敏等［28］比較了膜采樣離線分析與在線分析技術(shù)對(duì)大氣細(xì)粒子中OC/EC的測(cè)定結(jié)果，結(jié)果顯示在膜采樣離線分析中，石英膜吸附了一些揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），導(dǎo)致了測(cè)量結(jié)果的正誤差；而在線分析儀器采用平行板有機(jī)物擴(kuò)散吸收管，去除了大部分的VOCs，消除了VOCs吸附后帶來(lái)的正誤差，由于平行板有機(jī)物擴(kuò)散吸收管去除VOCs后，影響了半揮發(fā)性有機(jī)物的氣-固平衡，導(dǎo)致半揮發(fā)性有機(jī)物更容易揮發(fā)而造成了負(fù)誤差。影響OC和EC測(cè)定的不確定因素有很多，即使是相同的樣品，采用不同的方法測(cè)試，得到的結(jié)果也不盡相同。由此可見(jiàn)，準(zhǔn)確測(cè)定大氣顆粒物OC和EC需要對(duì)采樣和分析過(guò)程嚴(yán)格控制，對(duì)在線和離線的測(cè)定方法進(jìn)行比較，減小誤差。

3.3 化學(xué)組分在線分析

化學(xué)組分在線分析主要利用在線質(zhì)譜儀（AMS）實(shí)現(xiàn)分析，AMS是實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒物多種化學(xué)組分綜合在線監(jiān)測(cè)的有力手段。AMS系統(tǒng)可以提供細(xì)顆粒物化學(xué)組分及其質(zhì)量粒徑譜分布［29］。ZHANG等［30］利用AMS直接、實(shí)時(shí)在線觀測(cè)了新粒子生成時(shí)超細(xì)粒顆粒物的化學(xué)組成。江琪等［31］應(yīng)用顆粒物化學(xué)組分監(jiān)測(cè)儀（ACSM），對(duì)2012年9月北京市PM1組分進(jìn)行了觀測(cè)研究，并為快速得到顆粒物源解析奠定了基礎(chǔ)。

3.4 顆粒物質(zhì)量濃度在線監(jiān)測(cè)

顆粒物質(zhì)量濃度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括微振蕩天平法（TEOM法）、β射線法、光散射法［32］。TEOM法的測(cè)量原理是由于顆粒物的增加導(dǎo)致石英振子的振動(dòng)頻率降低，從而顯示出質(zhì)量濃度值。β射線吸收式測(cè)量?jī)x是根據(jù)捕集在濾紙上的顆粒物對(duì)β射線吸收值的增加，當(dāng)能量恒定時(shí)，β射線的吸收量與顆粒質(zhì)量成正比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒物質(zhì)量濃度的測(cè)定。光散射法測(cè)量質(zhì)量濃度是建立在微粒的散射理論基礎(chǔ)上的，光通過(guò)顆粒物時(shí)，對(duì)于數(shù)量級(jí)與使用光波長(zhǎng)相等或較大的顆粒，光散射是光能衰減的主要形式，可用來(lái)測(cè)試PM10和PM2.5等［33］。法國(guó)ESA（Environment S.A）公司生產(chǎn)的β射線測(cè)塵儀，采用了β射線法和光散射法2種原理聯(lián)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒物質(zhì)量濃度的在線測(cè)量。美國(guó)賽默飛公司生產(chǎn)的顆粒物同步混合監(jiān)測(cè)儀，也采用了β射線法和光散射法2種原理聯(lián)合，可實(shí)現(xiàn)顆粒物質(zhì)量濃度的在線測(cè)量，該顆粒物同步混合監(jiān)測(cè)儀在線監(jiān)測(cè)PM2.5性能通過(guò)了美國(guó)EPA認(rèn)證。解淑艷等［34］對(duì)β射線法和TEOM法進(jìn)行了對(duì)比分析，TEOM監(jiān)測(cè)儀的采樣膜一直保持在50℃，這種持續(xù)的高溫會(huì)使硝酸銨等一些半揮發(fā)性的顆粒物揮發(fā)而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏低，使得TEOM法較β射線法的測(cè)量結(jié)果偏低，而配置有膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（FDMS）的TEOM-FDMS儀器能準(zhǔn)確測(cè)量在測(cè)量過(guò)程中揮發(fā)掉的顆粒物，使最終的數(shù)據(jù)得到有效補(bǔ)償，減小了誤差，為更好地監(jiān)測(cè)PM2.5提供了方向。歐陽(yáng)松華［35］分析了國(guó)內(nèi)外β射線法和微振蕩天平法在顆粒物在線監(jiān)測(cè)中應(yīng)用情況，得出的結(jié)論是PM2.5在線監(jiān)測(cè)需要經(jīng)過(guò)大量手工經(jīng)典方法數(shù)據(jù)作為比對(duì)和校驗(yàn)數(shù)據(jù)，才能在當(dāng)?shù)亟o出有效而高質(zhì)量的PM2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。因此，環(huán)保工作者在顆粒物質(zhì)量濃度在線監(jiān)測(cè)方面還有很多工作要做。

3.5 單顆粒理化特性在線監(jiān)測(cè)

單顆粒理化特性在線監(jiān)測(cè)主要采用單顆粒飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（TOF），它是利用空氣動(dòng)力學(xué)透鏡作為顆粒物接口，利用雙光束測(cè)徑原理進(jìn)行單顆粒氣溶膠計(jì)數(shù)，利用飛行時(shí)間質(zhì)譜原理進(jìn)行化學(xué)成分的分子量鑒定，利用自適應(yīng)共振-2A法進(jìn)行顆粒物分類(lèi)，從而實(shí)現(xiàn)了單顆粒氣溶膠化學(xué)成分和粒徑的同步檢測(cè)［36］。美國(guó)DMT公司生產(chǎn)的單顆粒黑碳光度計(jì)可在線測(cè)量細(xì)顆粒物中碳黑質(zhì)量濃度及其粒徑分布，該儀器是利用激光誘導(dǎo)的白熾光來(lái)定量單個(gè)氣溶膠顆粒的黑碳含量，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快和對(duì)黑碳選擇性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，大氣顆粒物化學(xué)組分離線分析技術(shù)已經(jīng)較為成熟，可滿足對(duì)顆粒物中無(wú)機(jī)元素、水溶性離子、有機(jī)組分、含碳組分的準(zhǔn)確測(cè)定，這些離線分析測(cè)試得到的數(shù)據(jù)為在線分析技術(shù)更好地發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。由于大氣顆粒物化學(xué)組分的復(fù)雜性和濃度的時(shí)空分布不均勻性，要求分析方法具有較低的檢測(cè)限和較高的時(shí)間分辨率，在線分析方法可實(shí)時(shí)獲得顆粒物的組成信息，且可以避免離線采樣中濾膜收集保存、前處理以及其他步驟中可能存在的一些誤差。因此，發(fā)展時(shí)間分辨率高、檢測(cè)限低、選擇性好、便攜式、自動(dòng)化、信息化的在線儀器是當(dāng)前環(huán)境顆粒物分析領(lǐng)域追求的目標(biāo)。隨著大氣環(huán)境保護(hù)的發(fā)展要求，將來(lái)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)大氣顆粒物化學(xué)組分在線分析方法標(biāo)準(zhǔn)的制訂以及拓展在線分析方法與源成分譜的聯(lián)用，以便實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確得到大氣顆粒物的時(shí)空變化數(shù)據(jù)，為治理霧霾提供理論依據(jù)。

（References）

［1］姜郡亭，劉瓊玉.大氣細(xì)顆粒物源解析技術(shù)研究進(jìn)展［J］.江漢大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，41（6）：21-26.

［2］KIRK R B，KRISTEN M F.A nonlinear regression model estimating single source concentrations of primary and secondarily formed PM2.5［J］.Atmospheric Environment，2011，45：3758-3767.

［3］米鐵，余新明.武漢沌口地區(qū)PM10及PM2.5化學(xué)組分析［J］.江漢大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，40（6）：29-33.

［4］劉永春，賀泓.大氣顆粒物化學(xué)組分分析［J］.化學(xué)進(jìn)展，2007，19（10）：1620-1631.

［5］US EPA.Particulate matter（PM2.5）speciation guidance document（Final draft）[EB/OL].Available at http：//www.epa.gov/ ttn/amtic/files/ambient/pm25/spec/specfinl.pdf，1999.

［6］曹磊，任妍冰，姚遠(yuǎn).微波消解ICP-MS法同時(shí)測(cè)定大氣顆粒物中多種痕量元素［J］.環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2012，24（4）：52-55.

［7］玉蘇甫江·阿不都克然木，刀谞，袁懋，等.大氣顆粒物中可溶性酸性成分分析前處理方法的研究［J］.廣東化工，2013，40（17）：56-57.

［8］JOSEPH P，JOHN M，ROLF Z，et al.Multielement electrothermal AAS Determination of 11marker elements in fine ambi?ent aerosol slurry samples collected with SEAS［J］.Analytical Chemical，2009，538：303-312.

［9］李卉穎，李昕馨.原子吸收光譜法測(cè)PM2.5中的鎘和鉛［J］.沈陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，26（1）：38-41.

［10］栗永陽(yáng)，李志明，周?chē)?guó)慶，等.ICP-MS在線定量分析氣溶膠粒子的研究技術(shù)［J］.分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2009，28（4）：436-439.

［11］劉景泰，王煒.HPLC-ICP/MS聯(lián)用技術(shù)在環(huán)境有機(jī)汞中的分析應(yīng)用［J］.環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2013，25（3）：58-61.

［12］TAMAS S，VICTOR G M，ASH B，et al.Chemical characterization of PM2.5fractions of urban aerosol collected in Budapest［J］.Microbial Chemical Journal，2013，107：86-94.

［13］FERNANDA S，REMI L，HEITOR E.Atmospheric total suspended particulate trace element identification by XRF at Ilha Grande，State of Rio De Janeiro，Brazil［J］.Water Air Soil Pollution，2011，214：525–538.

［14］ANNA J B，AGNIESZKA K，ANDREW B，et al.Composition of PM2.5and PM1on high and low pollution event days and its relation to indoor air quality in a home for the elderly［J］.Science of the Total Environment，2014，490：134-143.

［15］MARIANA A，MARIA L，LOPEZ S C，et al.Assessment of fine and sub-micrometer aerosols at an urban environment of Argentina［J］.Atmospheric Environment，2014，92：522-532.

［16］YU H，ZHOU S，GAO W，et al.A simple method for determination of homologue imidazoliun cations in ionic liquids using IC with direct conductivity detection［J］.Chromatographia，2010，72（3/4）：225-230.

［17］張寧，吳仁銘.蘭州市大氣顆粒物中水溶性離子研究［J］.環(huán)境化學(xué)，1994，13（5）：453-459.

［18］劉慶陽(yáng)，劉艷菊，楊崢，等.北京城郊一次大氣重污染過(guò)程顆物的污染特征［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34（1）：12-18.

［19］LIU Q Y，JIANG J T，LIU R Q，et al.Characterization of Water-soluble anions of PM2.5aerosols in Wuhan Economic and Technological Development Zone，China［J］.Advanced Materials Research，2013，864-867：1644-1647.

［20］刁春娜，高利軍，李剛，等.烏魯木齊市新市區(qū)大氣溶膠中多環(huán)芳烴的GC/MS分析［J］.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2005，21（5）：45-48.

［21］WEI S L，HUANG B，LIU M，et al.Characterization of PM2.5-bound nitrated and oxygenated PAHs in two industrial sites of south China［J］.Atmospheric Research，2012，109-110：76-83.

［22］李杏茹，郭雪清，王躍思，等.2008年奧運(yùn)會(huì)期間北京不同粒徑大氣顆粒物中元素碳與有機(jī)碳的變化特征［J］.環(huán)境科學(xué)，2011，32（2）：313-318.

［23］FENG J L，SUN P，HU X L，et al.The chemical composition and sources of PM2.5during the 2009 Chinese New Year's holi?day in Shanghai［J］.Atmospheric Research，2012，118：435-444.

［24］王超.香港PM2.5水溶性離子的在線監(jiān)測(cè)儀器評(píng)估及理化特征分析［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2012.

［25］溫天雪，王躍思，張士昱，等.大氣顆粒物中可溶性離子在線分析方法的建立與應(yīng)用［J］.環(huán)境化學(xué)，2005，24（1）：104-105.

［26］程萌田，金鑫，王躍思，等.北京冬季一次重污染過(guò)程PM2.5中水溶性無(wú)機(jī)鹽的變化特征［J］.環(huán)境化學(xué)，2012，31（6）：783-790.

［27］CASIMIRO P，MARIO C，ROY M，et al.OC/EC ration observations in Europe：Re-thinking the apportionment between primary and secondary organic carbon［J］.Atmospheric Environment，2011，45：6121-6132.

［28］胡敏，鄧志強(qiáng)，王軼，等.膜采樣離線分析與在線測(cè)定大氣細(xì)粒子中元素碳和有機(jī)碳的比較［J］.環(huán)境科學(xué)，2008，29（12）：3297-3303.

［29］ZHANG Q，JOSE L，MANJUAL R，et al.Understanding atmospheric organic aerosols via factor analysis of aerosol mass spectrometry：a review［J］.Analytical and Bioanalytical Chemistry，2011，401：3045-3067.

［30］ZHANG Q，STANIER C O，CANAGARATNA M R，et al.Insight into the chemistry of new particle formation and growth events in Pittsburgh based on aerosol mass spectrometry［J］.Environmental Science and Technology，2004，38：4797-4809.

［31］江琪，孫葉樂(lè)，王自發(fā)，等.應(yīng)用顆粒物化學(xué)組分監(jiān)測(cè)儀（ACSM）實(shí)時(shí)在線測(cè)定致霾細(xì)粒子無(wú)機(jī)和有機(jī)組分［J］.科學(xué)通報(bào)，2013，58（36）：3818-3828.

［32］岳玎利，周炎，鐘流舉，等.大氣顆粒物理化特性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2014，37（5）：64-69.

［33］鄧芙蓉，王欣，吳少偉，等.三種空氣顆粒物監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)結(jié)果比較研究［J］.環(huán)境與健康雜志，2009，26（6）：504-506.

［34］解淑艷，王曉彥，潘本鋒，等.環(huán)境空氣中PM2.5自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法比較及應(yīng)用［J］.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2013，29（2）：150-155.

［35］歐陽(yáng)松華.PM2.5在線監(jiān)測(cè)技術(shù)概述［J］.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012(4)：8-13.

［36］BI X H，ZHANG G H，LI L，et al.Mixing state of biomass burning particles by single particle aerosol mass spectrometer in the urban area of PRD，China［J］.Atmospheric Environment，2011，45（20）：3447-3453.

（責(zé)任編輯：葉冰）

Research Progress of Chemical Composition Analysis Technology for Atmospheric Particulates

TAN Jing，LIU Qiongyu*，JIANG Junting，LI Aihua
（Hubei Key Laboratory of Industrial Fume and Dust Pollution Control，School of Chemistry and Environmental Engineering，Jianghan University，Wuhan 430056，Hubei，China）

The research progress of off-line and on-line analysis technology in chemical composi?tions analysis of atmospheric particles are discussed.The sampling technology and sample pretreat?ment technology of atmospheric particulates are compared.The off-line analysis technology，includ?ing atomic absorption spectrometry（AAS），inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS），X-ray fluorescence spectrometer（XRF），ion chromatography（IC），gas chromatogra?phy-mass spectrometry（GC-MS），thermal optical carbon analyzer（TOT/TOR）are discussed deep?ly.The developing tendency of on-line analysis technology in chemical compositions analysis of at?mospheric particulates is forecasted.The on-line analysis technology including water-soluble ions，OC/EC，chemical composition，particle mass concentration，single particle feature monitoring are also expounded.The research provides a scientific basis for chemical compositions analysis of atmo?spheric particles and controlling of mist.

atmospheric particles；chemical composition；off-line analysis；on-line analysis

X132

A

1673-0143（2014）06-0009-06

2014-08-13

武漢市科技攻關(guān)項(xiàng)目（201250499145-7）；湖北省教育廳科技技術(shù)研究項(xiàng)目（B2014074）；江漢大學(xué)高層次人才科技科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)資助（20122020）

談靜（1989—），女，碩士生，研究方向：環(huán)境化學(xué)工程。

*通訊作者：劉瓊玉（1971—），女，教授，博士，研究方向：環(huán)境污染控制化學(xué)。E-mail：qiongyuliu@163.com