成都市東區(qū)大氣顆粒物PM2.5水溶性離子特征

張夢(mèng)+黃藝+蘇挺+程馨

摘 要：大氣顆粒物正成為威脅人類健康和自然環(huán)境的首要污染物。為了更好地了解成都市東區(qū)PM2.5水溶性離子來源及對(duì)其相關(guān)性制定控制政策和實(shí)施減排措施提出意見，本文系統(tǒng)地對(duì)PM2.5水溶性離子特征進(jìn)行了描述。結(jié)果表明：水溶性離子濃度從大到小順序?yàn)椋篠O42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。季節(jié)分布特征是冬季>春季>秋季>夏季。進(jìn)行源解析表明：其來源主要是煤的燃燒。

關(guān)鍵詞：大氣顆粒物；PM2.5；水溶性離子；源解析

1 概述

空氣污染仍然是明顯威脅全球健康的存在[1]。成都市總體風(fēng)速小，靜風(fēng)頻率高，常年存在逆溫現(xiàn)象，為全國(guó)兩大靜風(fēng)區(qū)之一，不利于大氣污染的水平和垂直擴(kuò)散?？諝馕廴臼沁@個(gè)城市的一個(gè)嚴(yán)重問題。

水溶性離子是大氣顆粒物的一類重要組分，其在大氣顆粒物中的含量有可能達(dá)到其總質(zhì)量濃度的60%-70%[2]，其濃度可以隨著氣象條件、季節(jié)變換及污染強(qiáng)度的改變而發(fā)生一定的變化[3]。PM2.5中水溶性物種具有親水性，能促使云的凝結(jié)核的形成，從而對(duì)氣候產(chǎn)生影響[4]。水溶性組分非常容易被人體吸收[5]，能對(duì)人體造成一定的危害。陳源等[6]2015年對(duì)成都市大氣細(xì)顆粒物中水溶性無機(jī)離子的污染特征進(jìn)行了研究，表明在采樣期間，水溶性無機(jī)離子占PM2.5總質(zhì)量濃度的48.9% 14.7%，其中以二次無機(jī)離子SO42-，NO3-和NH4+為主。張燕美[7]等人對(duì)成都市青羊區(qū)霧霾期間大氣PM10樣品進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)NO3-、SO42-、NH4+是其水溶性離子的主要成分，約占水溶性離子的80%，表明二次無機(jī)離子污染嚴(yán)重。

本文重點(diǎn)研究了成都市東區(qū)大氣顆粒物PM2.5水溶性離子的季節(jié)分布特征，從而為了更好地了解成都市東區(qū)PM2.5的水溶性離子來源提供了借鑒。

2 分析方法

剪取約1/4的樣品，放入50ml PET瓶中，加入10ml的超純水，放入超聲清洗器中，溫度50℃，功率50%下超聲1h，關(guān)閉電源，取出，再放入水浴振蕩器中室溫震蕩1h，關(guān)閉電源?？瞻啄ず驮噭┛瞻鬃鱿嗤幚?。

取出PET瓶，用注射器進(jìn)行樣品的過濾，采用濾孔為0.22μm的濾頭。在4℃的條件下，保存至上機(jī)測(cè)試。上機(jī)采用瑞士萬通792型離子色譜儀，陰離子柱型號(hào)為MetrosepA Supp 5-150/4.0，陽(yáng)離子柱型號(hào)為Metrosep C 4-150。上機(jī)測(cè)定F-，Cl-，NO3-，SO42-四種陰離子和Na+，NH4+，K+，Ca2+，Mg2+五種陽(yáng)離子的濃度，陰陽(yáng)離子標(biāo)準(zhǔn)曲線R2=0.999。

3 結(jié)果與討論

陰陽(yáng)離子濃度見表1。

從上表可以看出：研究區(qū)PM2.5中的水溶性離子年均濃度從大到小順序?yàn)椋篠O42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

分別對(duì)各個(gè)季節(jié)的水溶性離子濃度百分比進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合數(shù)據(jù)做出如圖1。從圖可以看出，PM2.5中的水溶性離子季節(jié)分布特征是冬季>春季>秋季>夏季，且在各個(gè)季節(jié)，水溶性離子濃度百分比從大到小順序都為：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

4 源解析

主成分分析方法[8，9]是一種降維的分析方法，把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，最后推測(cè)出顆粒物的主成分類別、貢獻(xiàn)量及貢獻(xiàn)率，不需要事先輸入源譜，可以辨識(shí)一些被遺漏掉的重要來源且操作簡(jiǎn)單方便。

利用主成分分析法進(jìn)行研究區(qū)PM2.5水溶性離子源解析，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，成分1中的As、Cd、Cu、Pb、Zn具有較大的因子載荷。研究表明[10]：熔爐、鋼鐵生產(chǎn)排放的Pb、Cd、As等元素是城市空氣中相關(guān)重金屬的主要來源，大氣中的Ni主要來源于自然環(huán)境，也來源于工業(yè)冶金，Cr主要來自于冶金工業(yè)，Cu[11]主要來源于焦炭的粉塵、鋼鐵廠熔爐的廢氣。結(jié)合研究區(qū)為成都市東區(qū)屬于工業(yè)區(qū)，故其可能來源于煤炭的燃燒、工廠的廢氣排放、液化石油的燃燒。成都屬于第二大汽車城市，故Cd、Pb、Zn主要來源于燃油、汽車尾氣和橡膠輪胎的磨損[12]。成都市土壤本底值Cd高[13]，故其可能來源于土壤揚(yáng)塵。V具有中等載荷，但其富集因子小于10，故其很有可能來源于土壤風(fēng)沙塵或者來自于液化石油的燃燒。Cr和Ni因子載荷較小，其富集因子小于10，Cr可能來源于燃煤電廠的排放和工業(yè)冶金。

5 結(jié)束語

成都市東區(qū)大氣顆粒物PM2.5水溶性離子研究表明：

（1）水溶性離子濃度年均從大到小順序?yàn)椋篠O42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

（2）季節(jié)分布特征是冬季>春季>秋季>夏季，且在各個(gè)季節(jié)，水溶性離子濃度百分比從大到小順序都為：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

（3）源解析結(jié)果表明：研究區(qū)PM2.5水溶性離子主要來源于煤的燃燒，其次是土壤風(fēng)沙塵、冶金工業(yè)、鋼鐵廠廢氣的排放以及汽車尾氣和橡膠輪胎的磨損。

參考文獻(xiàn)

[1]MAO Jie-tai， ZHANG Jun-hua， and WANG Mei-hua， ActaMeteorologicaSinnca[J].2002， 60 （5） ： 625.

[2]張丹.重慶市主城區(qū)可吸入顆粒物的來源解析[D].成都：西南大學(xué)，2007.

[3]Leibler L. Theory of microphase separation in block copolymers [J].Macromolecules， 1980， 13（6）：1602-1617.

[4]余學(xué)春，賀克斌，馬永亮，等.北京市PM2.5水溶性有機(jī)物污染特[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2004，24（1）：53-57.

[5]李友誼，肖化云，劉學(xué)炎，等.貴陽(yáng)市大氣總懸浮顆粒物（TSP）中水溶性無機(jī)離子的化學(xué)特性及季節(jié)變化特征[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2008，27（1）：43-49.

[6]陳源，謝紹東，羅彬.成都市大氣細(xì)顆粒物中水溶性無機(jī)離子的污染特征[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集——大氣污染物綜合防控治理技術(shù)，2015.

[7]張燕美，李金娟，張維，等.成都市一次重霧霾天氣PM10中水溶性離子污染特征[J].地球與化學(xué)，2016，44（2）：219-224.

[8]Gorden G E. Recept or models[J].Environ SciTechnol， 1988， 22（10）： 1132～1142.

[9]Dzubay T G， Gordon G E， Courtney W J et al. A composite receptor method applied to Philadelphia aerosol[J].Environ SciTechnol， 1988， 22（1）： 6-52.

[10]唐孝炎，張遠(yuǎn)航，邵敏.大氣環(huán)境化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[11]楊勇杰，王躍思，溫天雪，等.鼎湖山PM2.5中化學(xué)元素的組成及濃度特征和來源[J].環(huán)境科學(xué)，2009，30（4）：987-992.

[12]HU X， ZHANG Y， DING Z， et al. Bioaccessibility and health risk of arsenic and heavy metals （ Cd， Co， Cr， Cu， Ni， Pb， Zn and Mn） in TSP and PM2.5 in Nanjing， China[J].Atmospheric Environment， 2012（57）：146-152.

[13]施澤明，倪師軍，張成江.不同粒徑近地表大氣塵元素分配規(guī)律研究——以成都經(jīng)濟(jì)區(qū)為例[J].生態(tài)環(huán)境，2007，16（6）：1590-1596.