上海PM2.5中碳、氮、硫元素的質(zhì)量濃度及其季節(jié)分布特征

黃伊寧,張勝華,徐玢花,朱濟(jì)奇,毛文文,馮加良

(上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,上海200444)

改革開放以來,中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化的高速發(fā)展給環(huán)境帶來了沉重的負(fù)擔(dān),環(huán)境污染成為進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸,因而保護(hù)環(huán)境已成為中國的基本國策之一.大范圍霧霾(低能見度)現(xiàn)象的頻繁發(fā)生,使中國的大氣污染尤其是大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)污染受到了全球的關(guān)注[1-2].PM2.5可以深入人體呼吸系統(tǒng),且由于其比表面積大,可以負(fù)載大量的毒害物質(zhì),故會(huì)對人體健康產(chǎn)生較大的危害[3-4].

為了解大氣PM2.5的性質(zhì)和來源,必須對顆粒物的化學(xué)組成有深入的認(rèn)識(shí).已有眾多研究人員對不同地區(qū)大氣PM2.5的組成特征進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)大氣PM2.5的主要組成包括碳質(zhì)組份、無機(jī)離子和微量金屬元素等,其中碳質(zhì)組份(有機(jī)物和元素碳)、硫酸鹽和硝酸鹽是大氣PM2.5質(zhì)量的主要貢獻(xiàn)者,占PM2.5質(zhì)量的80%甚至更多[5-6].大氣PM2.5的組成隨排放源及氣象條件的變化會(huì)發(fā)生顯著的改變[7-8],因此對顆粒物組成的分析是一項(xiàng)需要長期開展的任務(wù).現(xiàn)有對PM2.5化學(xué)組成的分析方法主要有熱/光碳分析儀、離子色譜儀、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等,大都依賴專門的儀器且需要較為復(fù)雜的樣品前處理過程,限制了對大氣PM2.5化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行廣泛分析[9].元素分析儀是廣泛使用的通用分析儀器,具有不需要樣品預(yù)處理且分析速度快的優(yōu)點(diǎn),但在大氣PM2.5研究中較少得到應(yīng)用[10].本工作采集了上海典型地區(qū)不同季節(jié)的PM2.5樣品,采用包括元素分析儀、熱/光碳分析儀、離子色譜儀在內(nèi)的多種儀器分析了樣品中碳、氮、硫元素的質(zhì)量濃度,在研究PM2.5組成特征的同時(shí),探討了元素分析儀在大氣PM2.5組成分析中的適用性及其可能提供的有用信息.

1 實(shí)驗(yàn)與方法

1.1 樣品采集

采樣點(diǎn)位于上海大學(xué)寶山校區(qū)一座教學(xué)樓的樓頂,距地高度約20 m.該采樣點(diǎn)位于上海的北部,周邊以居民區(qū)和辦公區(qū)為主,東部500 m處有一條高車流量的公路,北部500 m處有一條中等車流量的公路;同時(shí),該采樣點(diǎn)受寶山工業(yè)區(qū)的影響較大,屬于較為典型的近郊環(huán)境.

樣品采集在2013年4月到2014年4月期間進(jìn)行,每隔5 d采集一個(gè)PM2.5樣品,共采集樣品63個(gè),其中,3～5月為春季樣品,6～8月為夏季樣品,9～11月為秋季樣品,2013年12月至2014年2月為冬季樣品.

使用配有2.5μm粒徑切割頭的大流量采樣器(XT1501,上海新拓分析儀器科技有限公司),采樣流量為1.0 m3·min?1,每個(gè)樣品采集24 h,采樣介質(zhì)為石英纖維濾膜(20.0 cm×25.4 cm,Whatman,UK).石英濾膜使用前在450?C下烘烤4 h以上時(shí)間,以除去空白膜中殘存的有機(jī)質(zhì),采樣前及采樣后濾膜分別在20?C、相對濕度45%的條件下平衡24 h后稱重以獲得PM2.5的質(zhì)量濃度.關(guān)于樣品采集的更多信息可參見文獻(xiàn)[11].

1.2 樣品分析

1.2.1 碳、氮、硫元素分析

使用元素分析儀(Elementar Vario Micro,德國Elementar公司)測定PM2.5樣品中碳,氮,硫的質(zhì)量濃度.定量切取1.04 cm2的采樣濾膜包裹于特制錫箔內(nèi)；稱量后放入儀器內(nèi)置的進(jìn)樣盤中,在儀器自動(dòng)控制下進(jìn)入填充有氧化鎢催化劑的燃燒管,在1 150?C下進(jìn)行有氧燃燒.燃燒生成的混合氣體由氦氣帶入各吸附系統(tǒng)中,其中氮氧化物在還原銅作用下全部轉(zhuǎn)化為N2,并直接進(jìn)入熱導(dǎo)檢測器(thermal conductivity detector,TCD)進(jìn)行檢測,而CO2,SO2進(jìn)入特定的吸附裝置內(nèi)分別被吸附.完成氮的檢測后,CO2吸附柱被快速加熱,CO2被釋放并進(jìn)入TCD檢測;然后SO2被加熱釋放并檢測.

采用外標(biāo)法進(jìn)行碳、氮、硫的定量,使用磺胺(德國Elementar公司)作為標(biāo)準(zhǔn)試劑,其分子式為C6H8N2O2S,分子量172.21.稱取不同質(zhì)量(0.1～3.0 mg)的標(biāo)準(zhǔn)品建立碳,氮,硫元素的工作曲線,根據(jù)樣品中相應(yīng)元素的峰面積進(jìn)行定量.

1.2.2 熱/光碳分析儀測定總碳(total carbon,TC)質(zhì)量濃度

用熱/光碳分析儀(DRI 2001A,美國Atmoslytic Inc儀器公司)采用Improve升溫程序定量分析PM2.5樣品中有機(jī)碳(organic carbon,OC)、元素碳(element carbon,EC)的質(zhì)量濃度.具體過程如下:切取0.52 cm2石英膜樣品置于儀器加熱爐中,樣品首先在純氦氣環(huán)境下被分段加熱(140,280,480,580?C),之后在含2%氧氣的氦氧混合環(huán)境下繼續(xù)分段升溫至840?C,樣品加熱過程中產(chǎn)生的含碳有機(jī)物在二氧化錳催化劑的作用下被充分氧化生成CO2,然后在充填有Ni催化劑的還原爐中將CO2轉(zhuǎn)化為甲烷,再用火焰離子化檢測器(flame ionization detector,FID)測定甲烷質(zhì)量濃度.

1.2.3 離子色譜法測定無機(jī)離子濃度

切取3 cm2的PM2.5樣品膜,加入10 mL超純水,在室溫下超聲萃取30 min,用0.45μm親水性聚四氟乙烯過濾頭過濾,抽提液用雙通道離子色譜(Metrohm IC,瑞士萬通公司)測定NO?3,SO2?4和NH+4離子的質(zhì)量濃度.這里,陰離子分離柱為Metrosep A-SUPP5-250,以3.2 mmol Na2CO3/1.0 mmol NaHCO3混合溶液作為流動(dòng)相,流速0.7 mL·min?1;陽離子分離柱為Metrosep C2-250,以4 mmol酒石酸/0.75 mmol吡啶二羧酸混合溶液為流動(dòng)相,流速為1.0 mL·min?1.

1.2.4 水溶性總氮質(zhì)量濃度測定

采用化學(xué)氧化-紫外分光光度法測定PM2.5樣品水溶性總氮(water soluble total nitrogen,WSTN)質(zhì)量濃度.準(zhǔn)確移取適量超純水抽提液于帶蓋玻璃試管中,加超純水定容至5 mL,加入5 mL堿性過硫酸鉀溶液后置于高壓蒸汽滅菌器中,120?C下密閉加熱30 min,自然冷卻至室溫,然后用紫外/可見分光光度計(jì)(TU-1901,北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)在220和275 nm波長測定吸光度,進(jìn)而計(jì)算WSTN的質(zhì)量濃度.

1.3 質(zhì)量保證和質(zhì)量控制

采樣期間每季度采集一個(gè)野外空白樣品,在實(shí)驗(yàn)過程中每個(gè)批次至少分析一個(gè)實(shí)驗(yàn)空白,野外空白和實(shí)驗(yàn)空白的分析過程與樣品完全一致,分析結(jié)果中扣除實(shí)驗(yàn)空白;每10個(gè)樣品增加一個(gè)平行樣,平行樣的偏差小于10%;在分析開始前對各儀器進(jìn)行線性標(biāo)定,工作曲線的線性(R2)大于0.99.

2 結(jié)果與討論

2.1 元素分析儀與熱/光碳分析儀對TC分析結(jié)果的比較

元素分析儀和熱/光碳分析儀都能測得大氣PM2.5中TC的質(zhì)量濃度,但2種儀器的工作過程顯著不同,結(jié)果如圖1所示.元素分析儀是在加氧條件下使樣品于1 150?C充分燃燒,樣品中的含碳物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2,再通過TCD測定CO2質(zhì)量濃度從而直接得到TC質(zhì)量濃度.熱/光碳分析儀則是在無氧和有氧2種不同的環(huán)境下分別對樣品進(jìn)行分步加熱,再將產(chǎn)生的CO2還原為甲烷后用FID檢測,最高加熱溫度為840?C;在無氧加熱過程中,樣品中的一些有機(jī)物會(huì)裂解后轉(zhuǎn)化為積碳并被測定成EC,因此在熱/光法測量過程中采用633 nm氦-氖激光監(jiān)測樣品濾膜反射/透射光強(qiáng)度的變化,利用光強(qiáng)變化指示OC和EC的分隔點(diǎn)[12],在熱/光法分析中所有碳峰的質(zhì)量濃度之和為TC質(zhì)量濃度.

由圖1可以看出,用元素分析儀測得的TC質(zhì)量濃度和用熱/光碳分析儀測得的TC質(zhì)量濃度之間具有極強(qiáng)的相關(guān)性(R2≈0.99),說明二者之間具有較強(qiáng)的一致性.用元素分析儀和熱/光碳分析儀測得的2013～2014年上海PM2.5中TC質(zhì)量濃度的平均值分別為15.24和13.49μg·m?3;用元素分析儀測得的TC質(zhì)量濃度高于熱/光碳分析儀測得的TC質(zhì)量濃度(擬合直線的斜率為1.06),但總體上相差不大,說明2種方法測定結(jié)果的差異主要源于其分析系統(tǒng)的固有差別.由于元素分析儀的燃燒溫度顯著高于熱/光碳分析儀,因此元素分析儀測得結(jié)果中包含了無機(jī)碳(如碳酸鹽)的貢獻(xiàn),而熱/光碳分析儀受無機(jī)碳的影響較小.從圖1擬合直線的斜率(約1.06)可知,上海大氣PM2.5中無機(jī)碳占TC的比例很小,約為6%.進(jìn)一步的分析顯示,元素分析儀和熱/光碳分析儀測得的TC質(zhì)量濃度之間的擬合直線的斜率在春、夏、秋、冬季分別為1.03,1.13,1.07和1.05,冬春季的差別較小,而夏季的差別相對較大,說明夏季無機(jī)碳對上海大氣PM2.5中TC的貢獻(xiàn)較大,夏季有機(jī)物揮發(fā)導(dǎo)致有機(jī)碳質(zhì)量濃度較低是一個(gè)重要原因.因此,對冬、春、秋季的上海PM2.5樣品而言,可直接用元素分析儀的測定結(jié)果作為PM2.5中TC的質(zhì)量濃度,由此帶來的誤差較小;夏季樣品的誤差相對較大,但小于15%.總體而言,元素分析儀測定PM2.5中TC質(zhì)量濃度的誤差在可接受范圍內(nèi).

圖1 元素分析儀和熱/光碳分析儀測得的TC質(zhì)量濃度的相關(guān)性Fig.1 Correlation of TC mass concentrations between elemental analyzer and DRI carbon analyzer

2.2 元素分析儀與化學(xué)氧化-紫外分光光度法對總氮分析結(jié)果的比較

分別用元素分析儀和化學(xué)氧化-紫外分光光度法測定了上海大氣PM2.5中的總氮以及WSTN的質(zhì)量濃度,整個(gè)采樣期間元素分析儀測得的上海PM2.5中總氮的平均質(zhì)量濃度為7.99μg·m?3,化學(xué)氧化-紫外分光光度法測得的WSTN的平均質(zhì)量濃度為8.59μg·m?3,二者較為接近(見圖2).從圖2可以看出,二者的測定結(jié)果具有非常強(qiáng)的一致性(R2≈0.99),擬合直線的斜率約為1.03,接近于1.雖然圖2擬合直線中截距的存在表明2種方法之間存在一定的系統(tǒng)誤差,元素分析法的結(jié)果會(huì)比化學(xué)氧化-紫外分光光度法小,但這種系統(tǒng)誤差不會(huì)影響對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總體解析.圖2顯示的2種方法所獲結(jié)果的一致性表明,上海PM2.5中的含氮物質(zhì)絕大部分是水溶性的,不溶于水的含氮物質(zhì)的占比非常小,甚至可以忽略不計(jì).Miyazaki等[13]提出,海洋氣溶膠中不溶于水的含氮物占總氮的比率可達(dá)55%,說明城市氣溶膠和海洋氣溶膠有顯著的差別.

圖3為用元素分析儀測得的總氮質(zhì)量濃度與離子色譜法獲得的無機(jī)氮質(zhì)量濃度的相關(guān)性,其中離子色譜法無機(jī)氮是NO?3和NH+4中氮質(zhì)量濃度之和.可見,總氮質(zhì)量濃度和水溶性無機(jī)氮質(zhì)量濃度之間有較強(qiáng)的正相關(guān)性(R2≈0.99),表明水溶性無機(jī)氮是上海大氣PM2.5中總氮的主要部分.從擬合直線的斜率(約1.11)可知,總氮中還有約10%以NO?3和NH+4之外的其他形式存在,已被認(rèn)為主要是含氮有機(jī)物[14].

圖2 元素分析儀和化學(xué)氧化-紫外分光光度法測得的總氮質(zhì)量濃度的相關(guān)性Fig.2 Correlation of total nitrogen mass concentrations between elemental and chemical oxidation-UV photometer analyzer

圖3元素分析儀測得的總氮濃度與離子色譜法無機(jī)氮質(zhì)量濃度的相關(guān)性Fig.3 Correlation of total nitrogen mass concentrations from elemental analyzer with inorganic nitrogen from ion chromatography

2.3 元素分析儀與離子色譜法對硫元素分析結(jié)果的比較

圖4 為用元素分析儀測得的上海PM2.5中硫元素的總質(zhì)量濃度(整個(gè)采樣期間平均為5.01μg·m?3),以及用離子色譜法測得的以硫酸根離子形式存在的硫元素的質(zhì)量濃度(整個(gè)采樣期間平均質(zhì)量濃度為4.59μg·m?3)之間的相關(guān)性.從圖4可以看到,二者之間也存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(R2≈0.97),而且擬合直線的斜率約為1.02,表明上海PM2.5中的硫幾乎全部以硫酸鹽的形式存在,即用元素分析儀測得的硫質(zhì)量濃度可以直接換算為硫酸根質(zhì)量濃度(年平均質(zhì)量濃度為15.03μg·m?3).需要指出的是,由于硫元素具有較大的原子質(zhì)量,元素分析儀對硫的響應(yīng)(以質(zhì)量濃度計(jì))明顯小于碳和氮,因此低質(zhì)量濃度樣品的誤差會(huì)稍大,這也可能是用元素分析儀測得的結(jié)果與離子色譜儀測得的結(jié)果之間的相關(guān)性與碳、氮相比稍差的原因.

圖4元素分析儀測得的硫質(zhì)量濃度與離子色譜儀測定結(jié)果的相關(guān)性Fig.4 Correlation of sulphur mass concentrations from elemental analyzer with that from ion chromatography

2.4 上海PM2.5中碳、氮、硫質(zhì)量濃度的季節(jié)分布特征

圖5 為用元素分析儀測得的上海2013～2014年P(guān)M2.5中碳、氮、硫元素質(zhì)量濃度的季節(jié)分布.由圖中可以看出,3種元素的質(zhì)量濃度都存在冬春季高、夏秋季低的分布特征,這主要是緣于大氣擴(kuò)散條件以及污染物排放強(qiáng)度的季節(jié)差異.冬季及春季氣溫較低,大氣混合層高度較低,因而大氣擴(kuò)散條件較差,污染物容易積累;相反,夏秋季大氣溫度較高,大氣混合層高度較高,因而大氣污染物擴(kuò)散條件較好[15].內(nèi)陸污染氣團(tuán)向上海的輸送也是冬春季時(shí)碳、氮、硫元素質(zhì)量濃度較高的重要原因,而夏季上海的風(fēng)向主要來自于海上(東南風(fēng)).由圖5還可以看出,除夏季外都存在C的質(zhì)量濃度>N的質(zhì)量濃度>S的質(zhì)量濃度的分布特征,C元素在春、夏、秋、冬季的質(zhì)量濃度的平均值分別為14.26,10.44,11.89和24.35μg·m?3,而S元素的四季質(zhì)量濃度分別為6.50,4.06,3.66和6.00μg·m?3,C,N元素的質(zhì)量濃度都存在冬季>春季>秋季>夏季的季節(jié)變化趨勢,而S元素的質(zhì)量濃度的季節(jié)變化趨勢為春季>冬季>夏季>秋季;與此同時(shí),由圖5可以看到,總氮質(zhì)量濃度的季節(jié)變化幅度(冬/夏比為5.0)最大,其次為TC質(zhì)量濃度,冬/夏比為2.3,而S元素的質(zhì)量濃度的季節(jié)變化幅度最小,春/秋的濃度比為1.8,說明S元素的來源或存在形式與元素C,N有一定差別.如前所述,PM2.5中N的重要存在形式為硝酸銨,而硝酸銨有較強(qiáng)的揮發(fā)性,隨著溫度的升高,部分硝酸銨會(huì)發(fā)生分解并以氣態(tài)形式存在從而降低顆粒態(tài)硝酸銨的質(zhì)量濃度[16];大氣PM2.5中的C元素主要以有機(jī)物的形式存在,其中很大一部分有機(jī)物具有半揮發(fā)性,在氣態(tài)和顆粒態(tài)同時(shí)存在,不同大氣溫度下氣-粒平衡會(huì)發(fā)生變化[17-18];而S元素以硫酸鹽形式存在,為非揮發(fā)性物質(zhì),因此除排放源、擴(kuò)散條件等的季節(jié)變化外,溫度導(dǎo)致的氣-粒平衡偏移是硫質(zhì)量濃度季節(jié)變化趨勢與C,N不同的重要因素.總體而言,C,N,S質(zhì)量濃度之間存在顯著相關(guān)性,C和N之間、C和S之間、N和S之間的線性相關(guān)系數(shù)(R2)分別為0.75,0.41和0.61(p<0.05),表明氣象條件是控制大氣PM2.5質(zhì)量濃度的重要因素.

離子色譜分析結(jié)果表明,上海2013～2014年中銨根離子和硝酸根離子的濃度比([NH+4]/[NO?3])在春、夏、秋、冬季及整個(gè)采樣期間分別為2.1,2.8,3.0,2.2和2.5;對PM2.5而言,可以假定硝酸根全部與銨根結(jié)合,多余的銨根離子與硫酸根結(jié)合,則與硫酸根結(jié)合的銨根離子和硫酸根離子的濃度比([NH+4]/[SO2?4])在春、夏、秋、冬季及整個(gè)采樣期間分別為1.0,0.9,1.3,2.0和1.4.因此,除冬季硫酸根可能全部以(NH4)2SO4形式存在(完全中和)外,春、夏、秋季部分硫酸根可能以硫酸氫銨的形式存在.

圖5 上海PM2.5中C,N,S質(zhì)量濃度的季節(jié)分布(2013～2014)Fig.5 Seasonal distribution of the mass concentrations of C,N and S in PM2.5in Shanghai(2013～2014)

2.5 上海PM2.5中含碳、氮、硫組份的質(zhì)量濃度及其對PM2.5質(zhì)量的貢獻(xiàn)

碳、氮、硫是大氣PM2.5中最主要的元素,主要以有機(jī)物和元素碳、銨根和硝酸根、硫酸根的形式存在.上述分析表明,上海PM2.5中的含C物質(zhì)以有機(jī)物(organic matter,OM)及元素碳為主,無機(jī)碳的貢獻(xiàn)很小.OM的量常以O(shè)C×1.6進(jìn)行估算[19],則含碳有機(jī)氣溶膠質(zhì)量濃度(OM+EC)與TC質(zhì)量濃度的比值可用OC/EC比值加以估算:(OC/EC×1.6+1)/(OC/EC+1). 基于本實(shí)驗(yàn)及已有文獻(xiàn)結(jié)果,上海PM2.5中的OC/EC比值一般在2.0～5.0[5,15,20-22],對應(yīng)的(OM+EC)/TC比值為 1.4～1.5,因此上海 PM2.5的(OM+EC)/TC比值可取為1.45.

為用元素分析儀得到的N元素的質(zhì)量濃度合理估算出大氣PM2.5中含氮物質(zhì)的質(zhì)量,需要明確含氮物質(zhì)的平均摩爾質(zhì)量(對應(yīng)一個(gè)N原子),對水溶性含氮無機(jī)物,可以根據(jù)銨根和硝酸根的相對組成進(jìn)行估算.依據(jù)不同季節(jié)NH+4和NO?3濃度的比值(春、夏、秋、冬季分別為2.1,2.8,3.0,2.2),上海PM2.5中單個(gè)氮原子對應(yīng)的含氮無機(jī)物(NH+4+NO?3)的摩爾質(zhì)量在春、夏、秋、冬季分別為 32.2,29.6,29.0 和 31.8 g·mol?1,年平均 30.6 g·mol?1. 由此可知,不同季節(jié)含氮無機(jī)物的摩爾質(zhì)量相對變化較小,以年平均摩爾質(zhì)量計(jì)算4個(gè)季節(jié)含氮無機(jī)物的質(zhì)量濃度可能產(chǎn)生的誤差分別為?5%,3%,5%和?4%,大致在可接受范圍內(nèi).基于現(xiàn)有認(rèn)識(shí),含氮有機(jī)物的平均分子量大于含氮無機(jī)物,不過含氮有機(jī)物的組成極其復(fù)雜,尚難以估算出其摩爾質(zhì)量的具體數(shù)值[23];不過上海PM2.5中的含氮組份90%左右為無機(jī)氮,因此可將含氮組份的平均摩爾質(zhì)量取值為31,則上海PM2.5中含氮組份的質(zhì)量濃度可通過公式(含氮組份質(zhì)量濃度=元素分析儀N元素的質(zhì)量濃度/14×31)進(jìn)行估算.

基于上述方法,用元素分析儀測得的結(jié)果估算的含碳、氮、硫組份的季節(jié)平均質(zhì)量濃度如表1所示,就年均質(zhì)量濃度而言,存在含碳組份>含氮組份>含硫組份的分布特征.3種組份的總質(zhì)量濃度在2013～2014年春、夏、秋、冬季的平均值分別為59.50,34.13,39.43和86.71μg·m?3,分別占PM2.5質(zhì)量濃度的75%,62%,71%,84%,年均貢獻(xiàn)約75%,與預(yù)期結(jié)果基本相符;其中夏季含碳、氮、硫組份的貢獻(xiàn)率較低的一個(gè)重要原因是夏季溫度較高,部分半揮發(fā)性的有機(jī)物及硝酸銨鹽由以顆粒態(tài)轉(zhuǎn)為以氣態(tài)形式存在.與2000年上海PM2.5的組成相比[5],2013～2014年上海PM2.5中碳質(zhì)氣溶膠的貢獻(xiàn)相對有明顯下降,而含氮組份的貢獻(xiàn)相比含硫組份有顯著增大(2000年時(shí)含氮組份年均貢獻(xiàn)明顯小于含硫組份),說明近年來各項(xiàng)污染控制措施的推進(jìn),以及機(jī)動(dòng)車數(shù)量的快速增大使得上海PM2.5的組成發(fā)生了明顯的改變.需要指出的是,含氮有機(jī)物也是含碳有機(jī)氣溶膠的一部分,故含氮組份和含碳組份會(huì)有部分重疊,但含氮有機(jī)物只占含氮組份的一小部分,對定量結(jié)果的影響較小.

表1 上海PM2.5中含C,N,S組份的季節(jié)平均質(zhì)量濃度Table 1 Seasonal average mass concentrations of C,N,S containing components in PM2.5in Shanghai μg·m?3

3 結(jié)論

(1)上海大氣PM2.5中含碳組份以有機(jī)碳和元素碳為主,無機(jī)碳的貢獻(xiàn)很小;含氮組份的絕大部分為水溶性物質(zhì),且以無機(jī)氮為主,水溶性有機(jī)氮的貢獻(xiàn)約10%;硫幾乎全部以水溶性硫酸鹽的形式存在.

(2)上海大氣PM2.5中碳、氮、硫元素存在冬春高、夏秋低的季節(jié)變化趨勢,除夏季外存在C的質(zhì)量濃度>N的質(zhì)量濃度>S的質(zhì)量濃度的分布特征;含碳組份、含氮組份、含硫組份的質(zhì)量濃度之和約占PM2.5質(zhì)量的75%.

(3)雖然與其他方法間存在一定的系統(tǒng)誤差,但元素分析儀適合于大氣PM2.5中碳、氮、硫元素的直接測定,測量結(jié)果可以有效反映大氣PM2.5的組成特征.