城區(qū)冬季霧霾天氣PM2.5中元素特征的探討

石媛

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城區(qū)冬季霧霾天氣PM2.5中元素特征的探討

石媛

（山西省分析科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

為了掌握城區(qū)冬季霧霾天氣PM2.5中元素的特征，于2017-01—2018-01選取A城區(qū)作為樣本，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜分析法對(duì)PM2.5中元素特征進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，采用不同標(biāo)準(zhǔn)測定，PM2.5中元素的含量均有所不同，Mg、Cr、Ca、Cu四種元素富集因子＞10，提示上述元素由人為污染所導(dǎo)致。需要根據(jù)元素特征分析結(jié)果，對(duì)人為污染物進(jìn)行控制，方可有效治理霧霾。

城區(qū)；霧霾天氣；PM2.5；元素特征

近年來，隨著汽車數(shù)量的增多以及空氣污染的加劇，城區(qū)的霧霾現(xiàn)象逐漸加重，大氣能見度明顯下降，對(duì)居民的健康造成了巨大的威脅。受氣候特點(diǎn)的影響，冬季霧霾天氣的出現(xiàn)頻率往往更高。為了減少霧霾，掌握PM2.5中的元素特征是關(guān)鍵。本文于2017-01—2018-01選取A城區(qū)作為樣本，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜分析法，對(duì)PM2.5中的元素特征進(jìn)行了分析，報(bào)告如下。

1 儀器與方法

1.1 樣本資料

于2017-01—2018-01選取A城區(qū)作為樣本，每日24 h不間斷采樣。自收集的樣本中，隨機(jī)選取一部分霧霾天氣樣本作為本實(shí)驗(yàn)所用樣本，對(duì)城區(qū)冬季霧霾天氣PM2.5中的元素特征進(jìn)行分析。

1.2 儀器與試劑

本實(shí)驗(yàn)所用儀器以“流量采樣器（參數(shù)：100 L/min）”“電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（功率1 500 W，流速15 K/min）”“檢測器（進(jìn)樣速度：1 mL/min）”和天平為主。本實(shí)驗(yàn)所用試劑均為標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。

1.3 方法

1.3.1 樣本處理方法

分析PM2.5中元素特征前，應(yīng)采用以下方法對(duì)樣本進(jìn)行處理：①取塑料離心管，對(duì)濾膜樣品進(jìn)行制備；②將容器置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%EDTA的溶液中浸泡，清洗晾干；③將濾膜樣品置入離心管，加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的HNO3溶液20 mL；④70 ℃下浸泡3 h，取提液體；⑤將提取液置入室溫下冷卻，3 000 r/min離心；⑥移取上清液，稀釋，定容至10 mL，待測定。

1.3.2 元素分析方法

大氣的PM2.5來源較多，汽車尾氣、揚(yáng)塵、工廠煙氣等均為常見來源。為了提高PM2.5中元素特征分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)首先對(duì)元素的含量范圍進(jìn)行分析。本課題中，PM2.5中的元素包括Na、Mg、Zn、Se、Cr、Ca、Cu、Sb等?？刹捎脙?nèi)標(biāo)法，以定量分析的方式對(duì)元素進(jìn)行分析，并根據(jù)國家的GBW（E）08211以及GBW（E）08212標(biāo)準(zhǔn)對(duì)元素進(jìn)行測定，得到最終的元素特征分析結(jié)果。

1.4 觀察指標(biāo)

觀察不同標(biāo)準(zhǔn)下的元素測定值；觀察不同元素的分布情況及富集因子，包括Na、Mg、Zn、Se、Cr、Ca、Cu、Sb八種元素。

1.5 富集因子計(jì)算方法

富集因子為判斷是否為人為污染的主要指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

=（/）/（/）. （1）

式（1）中：為富集因子；為顆粒物，/為顆粒物中元素含量與參比元素的質(zhì)量濃度；為參比體系，/為參比體系中元素含量與參比元素的質(zhì)量濃度。比如＞10，則視為人為污染。

2 結(jié)果

2.1 不同標(biāo)準(zhǔn)下的元素測定值

不同標(biāo)準(zhǔn)下的元素測定值結(jié)果如表1所示。

2.2 不同元素的分布情況及富集因子

通過對(duì)不同元素的分布情況及富集因子的觀察發(fā)現(xiàn)，Mg、Cr、Ca、Cu四種元素富集因子＞10，提示上述元素由人為污染所導(dǎo)致，具體如表2所示。

3 討論

3.1 霧霾天氣PM2.5的產(chǎn)生原因

空氣動(dòng)力學(xué)研究指出，PM2.5指直徑小于2.5 μm的大氣細(xì)顆粒物[1]。PM2.5的產(chǎn)生，與空氣污染存在明顯的聯(lián)系。近些年來，隨著PM2.5影響范圍的擴(kuò)大，國家對(duì)其重視程度明顯提升。通常認(rèn)為，霧霾天氣下的污染物包括多種類型，而As、Cr、Cu以及Pb則為常見的金屬污染元素[2]。上述元素高度富集于大氣之中，對(duì)居民的健康危害較大[3]。為了有效治理霧霾，明確其中所含的元素類型以及特征是關(guān)鍵。

3.2 霧霾天氣PM2.5的元素特征及治理建議

3.2.1 霧霾天氣PM2.5的元素特征

本文采用電感耦合等離子體質(zhì)譜分析法對(duì)PM2.5中的元素特征進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，采用GBW（E）08211標(biāo)準(zhǔn)測定時(shí)，Pb為4.71 μg/張、Cb為5.49 μg/張、Mn為24.15 μg/張、Zn為115.48 μg/張。與采用GBW（E）08212標(biāo)準(zhǔn)測定相比，存在一定的差異。因此，建議選擇統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PM2.5中的元素進(jìn)行測定，以免出現(xiàn)數(shù)據(jù)方面的誤差。通過對(duì)不同元素的分布情況及富集因子的觀察發(fā)現(xiàn)，Mg分布情況為（168.59±8.41）ng/m3、富集因子為400；Cr分布情況為（44.59±7.19）ng/m3、富集因子為51.12.通過對(duì)Ca、Cu的觀察發(fā)現(xiàn)，兩者的富集因子分別為10.39%以及11.17%.可以看出，以上四種元素富集因子＞10.

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)下的元素測定值

元素/（μg/張）GBW（E）08211GBW（E）08212p Pb4.7114.51＜0.05 Cb5.4917.68＜0.05 Mn24.1573.66＜0.05 Zn115.48299.65＜0.05

表2 不同元素的分布情況及富集因子

元素NaMgZnSe 分布/（ng/m3）4 958.5±9.52168.59±8.41456.28±6.3320.00±1.20 富集因子（AI）3.10400.000.912.70 元素CrCaCuSb 分布/（ng/m3）44.59±7.19433.16±5.8455.20±1.2516.11±1.00 富集因子（AI）51.1210.3911.170.53

3.2.2 霧霾天氣PM2.5的治理建議

上述研究結(jié)果表明，Mg、Cr、Ca、Cu為導(dǎo)致霧霾產(chǎn)生的主要金屬污染物。根據(jù)污染元素的不同，其來源同樣不同。上述四種金屬污染物，多來源于汽車尾氣以及化石燃料的燃燒。因此，為了有效治理霧霾，加強(qiáng)對(duì)上述幾種污染物的控制是關(guān)鍵。導(dǎo)致汽車尾氣排放量過大與汽車數(shù)量的增加有關(guān)。北京市所采取的機(jī)動(dòng)車限行政策雖取得了一定的成果，但仍無法完全消除PM2.5，為了解決上述問題，政府對(duì)新能源汽車的研發(fā)問題給予了高度重視。但就目前的情況看，新能源汽車仍未完全推廣。建議政府加大宣傳力度，提高居民的環(huán)保意識(shí)，為霧霾治理有效率的提高奠定基礎(chǔ)。此外，化石燃料的燃燒同樣容易導(dǎo)致霧霾產(chǎn)生。為了解決該問題，一方面應(yīng)提高煙氣處理技術(shù)水平；另一方面，則應(yīng)積極尋找替代能源，達(dá)到治理霧霾天氣PM2.5的目的。

4 結(jié)論

綜上所訴，以Mg、Cr、Ca、Cu為為的金屬污染物是PM2.5的主要元素，上述元素具有富集因子高的特征，且多來源于汽車尾氣以及化石燃料的燃燒。未來，為了提高霧霾的治理水平，我國應(yīng)加大力度推廣新能源汽車，提倡綠色出行，減少汽車尾氣的排放量。另外，還需積極尋找替代能源，減少化石燃料的排放量，為人類的生存創(chuàng)造更加良好的環(huán)境。

［1］席映輝，許友苓，席明毅.廊坊市冬季霧霾天公共場所室內(nèi)空氣PM2.5和PM10污染狀況［J］.醫(yī)學(xué)動(dòng)物防制，2018，03（20）：101-102.

［2］林香男，董嫻，梁龍超.貴陽市冬季霧天PM2.5形貌及水溶性陰離子特征分析［J］.環(huán)境工程，2016，34（Suppl 1）：512-517，528.

［3］張南，熊黑鋼，葛秀秀.北京市冬季霧霾天人體呼吸高度PM2.5變化特征對(duì)氣象因素的響應(yīng)［J］.環(huán)境科學(xué)，2016，37（07）：2419-2427.

2095－6835（2018）24－0074－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.074

〔編輯：張思楠〕