元宵節(jié)期間北京PM2.5單顆粒的物理化學(xué)特征

趙承美，邵龍義，侯 聰，郭夢(mèng)龍，幸嬌萍，胡 穎（.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 00083；2.信陽師范學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河南 信陽 464000）

元宵節(jié)期間北京PM2.5單顆粒的物理化學(xué)特征

趙承美1，2，邵龍義1*，侯 聰1，郭夢(mèng)龍1，幸嬌萍1，胡 穎1（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083；2.信陽師范學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河南 信陽 464000）

采集2014年元宵節(jié)期間北京PM2.5樣品，使用場(chǎng)發(fā)射掃錨電鏡-能譜儀觀察北京PM2.5單顆粒的顯微形貌和元素組成，并利用圖像分析系統(tǒng)對(duì)PM2.5的粒徑進(jìn)行分析.結(jié)果表明:PM2.5的單顆粒類型以煙塵集合體、礦物顆粒和飛灰為主；煙花爆竹燃放產(chǎn)生的PM2.5是造成元宵節(jié)期間北京PM2.5濃度升高的主要原因；PM2.5中總顆粒物個(gè)數(shù)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；元宵節(jié)期間北京PM2.5中大部分顆粒物的粒徑小于0.7μm；然而，重污染天氣PM2.5中粒徑大于0.7μm顆粒物的數(shù)量明顯高于輕污染天氣.

單顆粒；場(chǎng)發(fā)射掃錨電鏡-能譜儀；PM2.5；元宵節(jié)

元宵節(jié)（農(nóng)歷正月十五）是中國的傳統(tǒng)節(jié)日，人們通常燃放煙花爆竹以示慶祝.但是，大量煙花爆竹燃放能使空氣中PM2.5、SO2、NOx等污染物濃度急劇上升［1-2］.據(jù)新華網(wǎng)報(bào)道，2014年中國元宵節(jié)（2月14日）期間，北京市元宵夜峰值（22:00）PM2.5平均濃度為522μg/m3，單站最高通州站21:00濃度接近900μg/m3［3］.因此，煙花爆竹燃放產(chǎn)生的PM2.5對(duì)大氣環(huán)境的影響不容忽視.PM2.5是指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm的顆粒物，是引起城市大氣酸雨、光化學(xué)煙霧、能見度降低的重要因素，并且能對(duì)人體健康造成嚴(yán)重影響［4-9］.PM2.5對(duì)人體健康的危害程度不僅取決于其成分和濃度，而且與粒徑密切相關(guān)，這是由于顆粒物粒徑?jīng)Q定是否進(jìn)入人體或進(jìn)入人體的部位，粒徑越小，進(jìn)入人體的部位越深，并且粒徑越小，比表面積越大，表面富集有害物質(zhì)越多.PM2.5的微觀形貌、粒徑分布和化學(xué)組分是顆粒物的重要特征.其中，PM2.5的微觀形貌和化學(xué)組分特征可作為判斷大氣顆粒物來源的證據(jù)，PM2.5的粒徑大小是表征顆粒物行為的重要參數(shù).因此，研究元宵期間北京PM2.5單顆粒的物理化學(xué)特征旨在為顆粒物的源識(shí)別、顆粒物的污染防治等方面提供科學(xué)依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集

從2014年2月14日～18日，使用PM2.5大氣采樣器在北京市海淀區(qū)中國礦業(yè)大學(xué)綜合樓五樓平臺(tái)（116°20′45.6″E，39°59′37.1″N）采樣點(diǎn)進(jìn)行5d的樣品采集，共獲得16個(gè)樣品，采集樣品的信息見表1.采樣點(diǎn)位于北京西北城區(qū)的中關(guān)村科技園區(qū)，東面緊臨學(xué)院路，北面緊靠清華東路.采樣點(diǎn)周圍沒有大型的局地工業(yè)污染源.本次采樣所用儀器為美國生產(chǎn)的Minivol便攜式PM2.5大氣采樣器，每個(gè)樣品采樣流量為5L/min，采樣時(shí)間為3h，采樣濾膜為孔徑0.67μm、直徑47mm的聚碳酸脂濾膜（英國Millipore公司生產(chǎn)）.采樣期間用美國NK4000氣象儀自動(dòng)記錄溫度、濕度、氣壓等氣象參數(shù).

表1 采樣信息Table 1 Sampling information

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

首先，將采集的濾膜樣品較均勻的部分裁下約0.5cm×0.5cm的小塊，貼在有導(dǎo)電膠的2.5cm×2.5cm銅質(zhì)金屬樁上；接著，在真空條件下鍍金，目的是為獲取更高質(zhì)量的二次電子圖像，鍍金時(shí)間為60s，鍍金厚度20～30nm；然后，將鍍金樣品放入樣品臺(tái)；最后，在低真空狀態(tài)下使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡-X射線能譜儀（FESEM-EDX）獲取單顆粒的形貌和化學(xué)成分，并且每個(gè)樣品隨機(jī)選擇位置，在相同放大倍數(shù)下拍攝10張二次電子圖像.獲得圖像后，使用中國礦業(yè)大學(xué)（北京）煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的顯微數(shù)字圖像粒徑分析系統(tǒng)（Leica， UK）對(duì)顆粒物進(jìn)行粒徑統(tǒng)計(jì).圖像粒徑統(tǒng)計(jì)分析的具體步驟詳見文獻(xiàn)［10］.本次統(tǒng)計(jì)分析顆粒物的主要類型為煙塵集合體、球形顆粒和礦物顆粒. 統(tǒng)計(jì)分析中單個(gè)顆粒的等效球直徑=2×（面積/π）0.5.實(shí)驗(yàn)所用FESEM-EDX （BCPCAS4800，日本生產(chǎn)）能夠進(jìn)行B-U范圍內(nèi)元素分析.測(cè)試條件為:工作電壓為15KV，電流為10μA，放大倍數(shù)為10000倍，EDX收集時(shí)間為30s.

2 結(jié)果與討論

2.1 PM2.5中單顆粒類型

在FESEM-EDX下，觀察元宵節(jié)期間北京PM2.5中單顆粒的形貌并分析其化學(xué)組成.根據(jù)單顆粒的形貌和化學(xué)成分，共識(shí)別出5種顆粒類型，分別為:煙塵集合體、礦物顆粒、飛灰、焦油球等.

（1） 煙塵集合體

元宵節(jié)期間北京PM2.5中煙塵集合體的顯微形貌和能譜見圖1.EDX分析表明煙塵集合體主要成分是C，有時(shí)含有少量的S和Si，可能主要由汽車尾氣和燃煤產(chǎn)生.

圖1 PM2.5中煙塵集合體的顯微形貌和能譜（比例尺1μm）Fig.1 Morphologies and EDS spectra of soot aggregates in PM2.5（Scale bar 1μm）

從形態(tài)上，煙塵集合體可分為鏈狀（圖1a～1c）、蓬松狀（圖1d）和密實(shí)狀（圖1e和1f）.其中，鏈狀煙塵集合體又可分為單鏈（圖1a）、雙鏈（圖1b）和多鏈煙塵集合體（圖1c）.根據(jù)煙塵集合體形態(tài)在空氣環(huán)境中是否發(fā)生變化及變化的程度，可分為新鮮的煙塵集合體、老化（或吸濕重組）的煙塵集合體和復(fù)雜的煙塵集合體.其中，新鮮的煙塵集合體主要是由污染源直接排放，進(jìn)入大氣環(huán)境后形態(tài)保持原狀，如圖1a、1b所示.老化（或吸濕重組）的煙塵集合體是指空氣中新鮮的煙塵集合體在一定的條件下形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，尤其是含有硫元素或其他成分的煙塵集合體（這類煙塵集合體具有一定的吸濕性）變形更加明顯，并且這類煙塵集合體能吸附其它類型的污染物（如硫酸鹽和硝酸鹽）后，不僅形態(tài)發(fā)生變化，而且吸濕性更強(qiáng)［11-13］.如圖1e與圖1f中老化的煙塵集合體是在特定的環(huán)境條件下發(fā)生變異的產(chǎn)物，有可能是煙塵集合體和其它成分的混合物.復(fù)雜的煙塵集合體是指既含有新鮮的煙塵集合體，又含有老化或吸濕重組的煙塵集合體，并且這類煙塵集合體往往與其它顆粒夾雜在一起，如圖1g所示.這類煙塵集合體形成的原因可能是采集在濾膜上的新鮮或老化的煙塵集合體在空氣濕度比較大、SO2含量比較高等特定的條件下形成的.

（2） 礦物顆粒

本研究中所指的礦物主要包括硅酸鹽、硫酸鹽和硝酸鹽.元宵節(jié)期間北京PM2.5中礦物顆粒的顯微形貌和能譜如圖2所示.

圖2 PM2.5中礦物顆粒的顯微形貌和能譜（比例尺1μm）Fig.2 Morphologies and EDS spectra of mineral particles in PM2.5（Scale bar 1μm ）

從形態(tài)上，礦物顆粒分為規(guī)則狀礦物（圖2a～2d）和不規(guī)則狀礦物（圖2e～2h）.有研究表明:規(guī)則礦物顆粒一般是大氣的一次污染物經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)形成的二次顆粒，主要是硫酸鹽類或硝酸鹽礦物［10，14-15］，如圖2a為硫酸鹽礦物顆粒， 圖2b、2c可能為富K的硫酸鹽礦物顆粒，圖2d可能為富K的硝酸鹽礦物；而形狀不規(guī)則的礦物顆粒主要來源于煙花爆竹、風(fēng)沙、建筑揚(yáng)塵等［10，16］，如圖2e、2f鋁硅酸礦物顆粒，圖2g為碳酸鹽與硝酸鹽混合的礦物顆粒.礦物顆粒中K元素出現(xiàn)的相對(duì)頻率見圖3.

圖3 礦物顆粒中含K顆粒出現(xiàn)的相對(duì)頻率Fig.3 Relative frequency of K-containingparticles in mineral particales

由圖3可見，樣品A3-C3礦物顆粒中含K顆粒出現(xiàn)的相對(duì)頻率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，而樣品D1-E3含K顆粒出現(xiàn)的相對(duì)頻率沒有一定的規(guī)律性.這可能是由于大量燃放煙花爆竹（據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)元宵節(jié)期間北京煙花爆竹銷售超過22萬箱［17］）引起的.煙花爆竹的主要成分為硫磺、KNO3、木炭等，其點(diǎn)燃爆炸后能生成K2S，所發(fā)生的主要反應(yīng)見化學(xué)反應(yīng)式1.進(jìn)入大氣環(huán)境中的K2S可與大氣中H2SO4（空氣中H2SO4形成過程見化學(xué)反應(yīng)式2與3）等污染物發(fā)生反應(yīng)，生成K2SO4（圖2h可能為二次生成的K2SO4顆粒），見化學(xué)反應(yīng)式4.一般來說，K是生物質(zhì)燃燒的指示元素［18］，但是，元宵節(jié)期間北京與周邊地區(qū)處于微風(fēng)或逆溫的天氣條件，使外地生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的顆粒物進(jìn)入北京的可能性相對(duì)較小.所以，元宵節(jié)期間北京大氣中含K顆?？赡苤饕獊碓从跓熁ū袢挤牛@與其他學(xué)者的研究成果相一致［16，19］.

（3） 飛灰

燃煤排放的PM2.5進(jìn)入大氣環(huán)境后，部分顆粒形態(tài)保留原來的特征，部分顆粒的形態(tài)能發(fā)生一定的變化［20］.元宵節(jié)期間北京PM2.5中燃煤飛灰的形貌出現(xiàn)3種類型（圖4）， EDX分析表明飛灰主要成分以Si-Al為主.

圖4 PM2.5中飛灰的顯微形貌和能譜（比例尺1μm）Fig.4 Morphologies and EDS spectra of fly ash in PM2.5（Scale bar 1μm）

第1種類型的燃煤飛灰以球形顆粒為主，表面比較光滑，有時(shí)被其它顆粒物覆蓋，有時(shí)未被其它顆粒物覆蓋（圖4a-4b），并且粒徑變化范圍大.這種類型的燃煤飛灰在北京空氣中比較常見.這說明燃煤排放的PM2.5仍影響著北京的大氣環(huán)境質(zhì)量.第2種類型的燃煤飛灰并非呈規(guī)則的圓球狀，而是呈橢圓形以及局部內(nèi)陷、表面不規(guī)則等形態(tài)（圖4c）.這種類型顆粒部分可能是保留原來不規(guī)則的形狀，部分顆?？赡茉陲L(fēng)力等條件作用下使形態(tài)發(fā)生改變.第3種類型的燃煤飛灰表面不光滑，能吸附超細(xì)顆粒物或二次顆粒物（圖4d），有時(shí)污染物能在燃煤飛灰表面發(fā)生大氣化學(xué)反應(yīng)，使顆粒物形態(tài)發(fā)生變化.如果這類飛灰以鈣質(zhì)為主，其表面往往能吸附較高含量的重金屬元素如鉛、鎘等，對(duì)人體健康的危害性更大［21］.

（4） 焦油球

元宵節(jié)期間北京PM2.5中焦油球的形貌呈圓球形或橢圓形（圖5）， EDX分析表明焦油球主要成分以C為主. Swarup等學(xué)者的研究表明焦油球主要是生物質(zhì)燃燒形成的，其成分以碳為主，是高分子有機(jī)聚合體，難溶于水，能吸收光線，使能見度降低，從而對(duì)全球氣候產(chǎn)生影響［22-23］.

（5） 其他顆粒

元宵節(jié)期間觀察到北京PM2.5中碳質(zhì)顆粒見圖6，超細(xì)未知顆粒如圖7所示.

圖6 PM2.5中碳質(zhì)顆粒的顯微形貌與能譜Fig.6 Morphologies and EDS spectra of carbonaceous particle

圖7 PM2.5中超細(xì)顆粒的顯微形貌Fig.7 Morphologies of ultrafine particles

圖6碳質(zhì)顆粒可能為生物顆粒，來源尚不清楚.圖7中部分超細(xì)顆粒由于粒徑小于100nm，F(xiàn)ESEM-EDX無法檢測(cè)其化學(xué)成分，但這部分超細(xì)顆粒也不容忽視，能直接進(jìn)入人體肺泡，對(duì)人體健康的危害比細(xì)顆粒物更大［24］.

PM2.5中不同顆粒類型出現(xiàn)的相對(duì)頻率如圖8所示.在圖8中，顆粒出現(xiàn)的相對(duì)頻率=顆粒的數(shù)量/顆粒物總數(shù)量×100%；球形顆粒形狀為圓球形或橢球形，包括燃煤飛灰、焦油球和二次粒子.其中飛灰和焦油球一般為比較規(guī)則的圓球形，二次粒子則多為橢球形.由圖8可以看出，元宵節(jié)期間北京市顆粒物的數(shù)量呈現(xiàn)逐漸升高再降低的趨勢(shì)，這與元宵節(jié)期間北京市大氣中PM2.5濃度（表2）變化趨勢(shì)相一致，其原因是由于元宵節(jié)期間大量煙花爆竹燃放（元宵節(jié)期間北京煙花爆竹銷售超過22萬箱）與不利的氣象條件造成的［17］.有研究表明，煙花爆竹燃放源或其他污染源排放的一次顆粒，在一定的溫度、濕度等氣象條件下，可與空氣中NO2和SO2發(fā)生均相或非均相反應(yīng)，生成二次顆粒［16］.而元宵夜次日空氣相對(duì)濕度大（表1）、NO2和SO2污染物濃度高（表2），可能更有利于二次顆粒的形成，致使在元宵夜次日PM2.5濃度或顆粒物數(shù)量達(dá)到最高.分別對(duì)比圖8中樣品C1（2月16日清晨采集）與B4（2月15日夜間采集）、樣品E1（2月18日清晨采集）與D4（2月17日夜間采集），可以發(fā)現(xiàn)，清晨采集樣品中顆粒物數(shù)量明顯少于夜間采集樣品，這可能是由于在空氣相對(duì)濕度比較大的情況下，霧滴對(duì)顆粒物有一定的去除效果［26］.

由圖8還可以發(fā)現(xiàn)，2月14日（元宵節(jié)）與15 日PM2.5中礦物顆粒出現(xiàn)的相對(duì)頻率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，而后3d（16日、17日和18日）礦物顆粒出現(xiàn)的相對(duì)頻率在40%～50%之間，變動(dòng)范圍不太.這是由于元宵節(jié)煙花爆竹燃放源（屬于局部地區(qū)污染源）的突然出現(xiàn)， 導(dǎo)致礦物顆粒出現(xiàn)的相對(duì)頻率急劇增加，隨后，煙花爆竹燃放源對(duì)顆粒物的數(shù)量或濃度影響逐漸減小，致使后來3d PM2.5中礦物顆粒出現(xiàn)的相對(duì)頻率變動(dòng)范圍不大.

圖8 PM2.5中不同顆粒類型出現(xiàn)的相對(duì)頻率Fig.8 Relative frequency of different types in PM2.5

表2 元宵節(jié)期間北京市大氣污染物質(zhì)量濃度Table 2 Mass Concentrations of air pollutants in Beijing during the lantern festival

2.2 PM2.5的數(shù)量-粒徑分布和體積-粒徑分布

2.2.1 PM2.5的數(shù)量-粒徑分布 2014年元宵節(jié)期間北京PM2.5的數(shù)量-粒徑分布如圖9所示.由圖9可見，元宵節(jié)期間北京PM2.5數(shù)量-粒徑分布呈多峰（峰值≥2個(gè)）分布，PM2.5數(shù)量主峰值所處的粒徑范圍多在0.2～0.4μm之間.除2月15日4個(gè)樣品外，其它同一天不同樣品PM2.5數(shù)量主峰值所處的粒徑范圍基本相同，如2月14日2個(gè)PM2.5樣品主峰值所處的粒徑范圍在0.1～0.2μm之間；2 月16日3個(gè)PM2.5樣品主峰值所處的粒徑范圍在0.3～0.4μm之間；2月17日4個(gè)PM2.5樣品主峰值所處的粒徑范圍在0.2～0.3μm之間；2月18 日2個(gè)PM2.5樣品主峰值所處的粒徑范圍在0.2～0.3μm.而2月15日清晨樣品B1、上午樣品B2、下午樣品B3和晚上樣品B4主峰值所處的粒徑范圍分別在0.4～0.5、0.3～0.4、0.6～0.7、0.5～0.6μm處，其原因可能是大量煙花爆竹燃放排放粒徑不一的PM2.5，且PM2.5隨風(fēng)力作用遷移到采樣點(diǎn)的相對(duì)滯后性，從而造成同一天樣品主峰值所處的粒徑范圍出現(xiàn)一定的隨機(jī)性.由圖9可以計(jì)算出，重污染天氣期間（2月14日～16日）粒徑小于0.7μm顆粒物出現(xiàn)的相對(duì)頻率范圍為65.1%～89.3%；而輕污染天氣期間（2月17日～18日） 粒徑小于0.7μm顆粒物出現(xiàn)的相對(duì)頻率范圍為90.6%～98.4%.這表明元宵節(jié)期間北京PM2.5中大部分顆粒物的粒徑小于0.7μm；輕污染天氣期間粒徑小于0.7μm顆粒物的數(shù)量明顯高于重污染天氣期間，這也就是說重污染天氣PM2.5中粒徑大于0.7μm顆粒物的數(shù)量相對(duì)較多，這可能是由于煙花爆竹燃放排放顆粒物的粒徑相對(duì)較大，而化石燃料燃燒排放顆粒物的粒徑相對(duì)較小.

2.2.2 PM2.5的體積-粒徑分布 顆粒物的體積-粒徑分布是顯示在不同粒徑范圍內(nèi)顆粒物的體積分布，可以反映質(zhì)量-粒徑分布的一些信息.2014年元宵節(jié)期間北京PM2.5的體積-粒徑分布如圖10所示.由圖10可見，元宵節(jié)期間北京PM2.5的體積-粒徑呈多峰分布，主峰值分布大多數(shù)在1～2.5μm之間.將圖9與圖10對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，北京PM2.5的數(shù)量-粒徑分布與體積-粒徑分布呈現(xiàn)不同的分布趨勢(shì)，PM2.5的數(shù)量隨粒徑的增大而減少，而PM2.5的體積隨粒徑的增大而增大.這表明粒徑相對(duì)較大的顆粒物即使在數(shù)量上明顯少于粒徑小的顆粒物，但對(duì)顆粒物體積的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于粒徑小的顆物.

圖9 北京PM2.5的數(shù)量-粒徑分布Fig.9 Number-size distribution of PM2.5in Beijing

圖10 北京PM2.5的體積-粒徑分布Fig.10 Volume-size distribution of PM2.5in Beijing

3 結(jié)論

3.1 煙花爆竹燃放產(chǎn)生的PM2.5是造成2014年元宵節(jié)期間北京PM2.5升高的主要原因，但是，燃煤排放的PM2.5對(duì)北京大氣環(huán)境質(zhì)量的影響也不容忽視.

3.2 元宵節(jié)期間北京PM2.5的單顆粒類型以煙塵集合體、礦物顆粒和飛灰為主.

3.3 大量煙花爆竹燃放是使2014年元宵節(jié)期間北京PM2.5中含K礦物顆粒出現(xiàn)頻率較高的主要原因.

3.4 元宵節(jié)期間北京PM2.5中大部分顆粒物的粒徑小于0.7μm，而重污染天氣PM2.5中粒徑大于0.7μm顆粒物數(shù)量明顯高于輕污染天氣，這可能是煙花爆竹燃放排放顆粒物的粒徑相對(duì)較大，而化石燃料燃燒排放顆粒物的粒徑相對(duì)較小.

3.5 煙花爆竹燃放源的出現(xiàn)使元宵夜次日4個(gè)樣品PM2.5數(shù)量主峰值呈現(xiàn)隨機(jī)分布的特點(diǎn)，而其余4d同一天不同時(shí)間段樣品PM2.5數(shù)量主峰值所處的粒徑范圍基本相同.

［1］何松潔，王 英，李令軍，等.元宵節(jié)燃放煙花爆竹對(duì)北京市空氣質(zhì)量的影響 ［J］. 中央民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2012，21（1）:22-27.

［2］趙素平，余 曄，何建軍，等.蘭州市2011年春節(jié)期間顆粒物濃度及其譜分布特征 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué)， 2012，32（11）:1939-1947.

［3］北京元宵夜鞭炮煙花狂歡加重空氣污染:PM2.5濃度爆表 ［EB/OL］. http://news.xinhuanet.com/photo/2014-02/15/c_126138389.htm.

［4］Shao Longyi， Hu Ying， Wang Jing， et al. Particle-induced oxidative damage of indoor PM10from coal burning homes in the lung cancer area of Xuan Wei， China ［J］. Atmospheric Environment， 2013，77:959-967.

［5］Shao Longyi， Li Jinjuan， Zhao Houyin， et al. Associations between particle physicochemical characteristics and oxidative capacity: An indoor PM10study in Beijing， China ［J］. Atmospheric Environment， 2007，4:5316-5326.

［6］Lucas M N. Fine particulate matter and cardiovascular disease ［J］. Fuel Processing Technology， 2000，65:55-67.

［7］胡 穎，邵龍義，沈蓉蓉，等.北京市PM2.5對(duì)DNA的氧化性損傷規(guī)律分析 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué)， 2013，33（10）:1863-1868.

［8］Kleindienst T E， Smith D F， Li W， et al. Secondary organic aerosol formation from the oxidation of aromatic hydrocarbons in the presence of dry submicron ammonium sulfate aerosol ［J］. Atmospheric Environment， 1999，33:3669-3681.

［9］James D B， Barbara J T. Secondary organic aerosol formation in cloud and fog droplets， a literature evaluation of plausibility ［J］. Atmospheric Environment， 2000，34:1623-1632.

［10］邵龍義，楊書申，時(shí)宗波，等.城市大氣可吸入顆粒物物理化學(xué)特征及生物活性研究 ［M］. 北京:氣象出版社， 2006:28-54.

［11］Busecl P， Pósfai M. Airborne minerals and related aerosol particles: Effects on climate and the environment ［J］. Proceeding of National Academics Science USA， 1999，96:3372-3379.

［12］李澤熙，邵龍義，樊景森，等.北京市不同天氣條件下單顆粒形貌及元素組成特征 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué)， 2013，33（9）:1546-1552.

［13］Ebert M， Inerle-Hof M， Weinbruch S. Environmental scanning electron microscopy as a new technique to determine the hygroscopic behaviour of individual aerosol particles ［J］. Atmospheric Environment， 2002，36:5909-5916.

［14］Shao Longyi， Li Weijun， Xiao Zhenghui， et al. The Mineralogy and Possible Sources of Spring Dust Particles over Beijing ［J］. Advances in Atmospheric Sciences， 2008，25（3）:395-403.

［15］Li Weijun， Shao Longyi， Wang Zhishi， et al. Size， composition， and mixing state of individual aerosol particles in a South China coastal city ［J］. Journal of Environmental Sciences， 2010，22（4）:561-569.

［16］Li Weijun， Shi Zongbo， Chao Yan. Individual metal-bearing particles in a regional haze caused by firecracker and firework emissions ［J］. Science of the Total Environment， 2013，443:464-469.

［17］北京今年元宵節(jié)PM2.5濃度高于去年16日將改善 ［EB/OL］. http://news.163.com/14/0215/09/9L45U7RG00014JB6.html.

［18］Ranjit B， Lynn M. Composition and morphology of individual combustion， biomass burning， and secondary organic particle types obtained using urban and coastal ATOFMS and STXMNEXAFS measurements ［J］. Aerosol Science and Technology， 2010，44（7）:551-562.

［19］王紅磊，朱 彬，沈利娟，等.春節(jié)期間南京氣溶膠質(zhì)量濃度和化學(xué)組成特征 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué)， 2014，34（1）:30-39.

［20］孫俊民，溫 茂，劉惠永，等.燃煤排放可吸入顆粒物的顯微結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成研究 ［J］. 地球化學(xué)， 2007，36（1）:55-61.

［21］趙承美，孫俊民，鄧寅生，等.燃煤飛灰中細(xì)顆粒物的物理化學(xué)特性 ［J］. 環(huán)境科學(xué)研究， 2004，19（2）:71-74.

［22］Swarup China， Claudio Mazzoleni， Kyle Gorkowski. Morphology and mixing state of individual freshly emitted wildfire carbonaceous particles ［J］. Nature Communication， 2013，4:1-7.

［23］Pósfai M， Gelelencsér A， Simonics R， et al. Atmospheric tar balls: Particles from biomass and biofuel burning ［J］. Journal of Geophysical Research， 2004，109:1-9.

［24］Donaldson K， Li X Y， Macnee W. Ultrafine （Nanometer） particle mediated lung injury ［J］. Journal of Aerosol Science， 1998，29:553-560.

［25］2014年2月北京空氣質(zhì)量指數(shù)AQI_PM2.5歷史數(shù)據(jù) ［EB/OL］. http://www.tianqihoubao.com/aqi/beijing-201402.html.

［26］李衛(wèi)軍，邵龍義，時(shí)宗波.等.城市霧天單個(gè)礦物顆粒物理和化學(xué)特征 ［J］. 環(huán)境科學(xué)， 2008，29（1）:253-258.

Physicochemical characteristics of individual particle in PM2.5of Beijing during the Lantern Festival.

ZHAO Cheng-mei1，2， SHAO Long-yi1*， HOU Cong1， GUO Meng-long1， XING Jiao-ping1， Hu Ying1（1.College of Geoscience and Surveying Engineering， China University of Mining and Technology， Beijing 100083， China；2.College of Urban and Environmental Science， Xinyang Normal University， Xinyang 464000， China）. China Environmental Science，2015，35（4）：1004～1012

PM2.5samples in Beijing were collected during the Lantern Festival of 2014. Morphologies and elemental compositions of individual particles were determined by Field Emission Scanning Electron Microscopy coupled with Energy Dispersive X-ray Spectrometer （FESEM-EDX）. Size distribution of individual particles in FESEM images were further analyzed by an image analysis system. The result shows that soot aggregate， mineral and fly ash were dominant particles. Particles generated by the fireworks and firecrackers in Beijing can lead to PM2.5concentrations increase during the Lantern Festival. The particle number firstly behaved one increase and then decrease. Particle size mostly displayed less than 0.7μm during the lantern festival. However， the particle number with the diameter ＞0.7μm in the heavy pollution period was significantly higher than them in the light pollution period.

individual particle；field emission scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectrometer；PM2.5（fine particle）；the Lantern Festival

X513

A

1000-6923（2015）04-1004-08

趙承美（1976-），男，河南信陽人，副教授，博士研究生，主要從事大氣環(huán)境科學(xué)研究.發(fā)表論文10余篇.

2014-09-10

國家“973”計(jì)劃項(xiàng)目（2013CB228503）* 責(zé)任作者， 教授， ShaoL@cumtb.edu.cn