沙漠區(qū)域空中懸浮有害污染顆粒物成分檢測(cè)技術(shù)研究

關(guān)鍵詞：沙漠區(qū)域；懸浮顆粒物；金屬無(wú)機(jī)元素；水溶性離子；含碳物質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：X837 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

隨著全球氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的不斷深入，沙漠地區(qū)的空氣質(zhì)量受到影響。懸浮在空中有害污染顆粒物成分威脅著當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)平衡。盡管已有許多關(guān)于顆粒物成分檢測(cè)技術(shù)的研究，但在沙漠區(qū)域，由于特殊的地理環(huán)境和氣候條件，這些技術(shù)需進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)和優(yōu)化。在上述背景下，關(guān)于空氣中顆粒物成分分析的研究有很多，例如，曹佳慧等人在開(kāi)封市分析了秋冬季細(xì)顆粒物的化學(xué)成分，并探究了來(lái)源。吳偉和姚小紅在北京的城區(qū)和郊區(qū)采樣，通過(guò)離子色譜法分析了顆粒物組成隨時(shí)間的變化。周菁清等人則在浙江省采集了11個(gè)點(diǎn)位的大氣顆粒物樣品，并運(yùn)用多種技術(shù)測(cè)定了PM_2.5的化學(xué)組分。

現(xiàn)有研究多集中于城市和工業(yè)區(qū)的顆粒物檢測(cè)，沙漠地區(qū)研究較少。文章針對(duì)沙漠特性，提出創(chuàng)新的顆粒物檢測(cè)技術(shù)，以新疆某沙漠為例，研究空中懸浮有害污染顆粒物的成分。通過(guò)分類(lèi)測(cè)定金屬無(wú)機(jī)元素、水溶性離子和含碳物質(zhì)，驗(yàn)證方法可行性，并與已有研究對(duì)比，分析沙漠環(huán)境中的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。結(jié)合多學(xué)科知識(shí)，采用先進(jìn)設(shè)備，確保結(jié)果準(zhǔn)確可靠，并特別關(guān)注沙漠特殊環(huán)境，使技術(shù)更具針對(duì)性。此研究旨在為新疆沙漠空氣質(zhì)量改善提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

新疆地域廣闊，資源豐富，但沙漠面積大，降水少，導(dǎo)致沙漠地區(qū)空氣質(zhì)量差，影響發(fā)展。此研究選擇新疆某沙漠地區(qū)作為實(shí)驗(yàn)區(qū)，采集空氣中顆粒物樣品，進(jìn)行有害污染顆粒物成分分析，以提供空氣質(zhì)量改善的科學(xué)依據(jù)。

2顆粒物成分測(cè)定方法

懸浮空氣中的污染顆粒物成分三種，即金屬無(wú)機(jī)元素、水溶性離子及含碳物質(zhì)。針對(duì)這三種成分需要采用不同的方法進(jìn)行測(cè)定，

2.1金屬無(wú)機(jī)元素測(cè)定

針對(duì)金屬無(wú)機(jī)元素，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法進(jìn)行測(cè)定，首先需要對(duì)采集到的顆粒物樣品進(jìn)行預(yù)處理。具體過(guò)程如下：

（1）利用陶瓷剪刀減取四分之一張PTFE濾膜，稱(chēng)重后將剪碎放人消解管當(dāng)中。

（2）在消解管當(dāng)中放人硝酸和鹽酸，二者比例為1：1，直至完全沒(méi)過(guò)濾膜碎片并蓋緊消解管蓋子。

（3）將消解管放人微波消解儀當(dāng)中，進(jìn)行四個(gè)階段的微波消解。

（4）取出消解管并冷卻至室溫。

（5）超純水反復(fù)沖洗，直至將酸全部趕盡。

（6）將消解管內(nèi)的剩余液體轉(zhuǎn)移至試劑瓶中，定容待測(cè)。

試劑瓶連接電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，進(jìn)樣到電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中，進(jìn)行金屬無(wú)機(jī)元素測(cè)定。在測(cè)定出樣品顆粒物中金屬無(wú)機(jī)元素成分和濃度之后，通過(guò)式（1）計(jì)算顆粒物中每種金屬元素的濃度。

2.2水溶性離子測(cè)定

針對(duì)水溶性離子測(cè)，采用離子色譜法進(jìn)行測(cè)定，首先同樣需要對(duì)采集到的顆粒物樣品進(jìn)行預(yù)處理。具體過(guò)程如下：

（1）利用陶瓷剪刀裁取四分之一張PTFE濾膜，稱(chēng)重后將剪碎放人棕色密封瓶當(dāng)中。

（2）在密封瓶加入去離子水，浸泡30 min。

（3）將密封瓶放人超聲波清洗儀當(dāng)中超聲提取30 min。

（4）利用水相針式過(guò)濾器過(guò)濾并提取清液。

（5）將清液轉(zhuǎn)移至離子色譜儀專(zhuān)用的進(jìn)樣瓶中。

清液通過(guò)進(jìn)樣瓶進(jìn)入到離子色譜儀當(dāng)中，進(jìn)行水溶性離子測(cè)定。

基于檢測(cè)結(jié)果，通過(guò)式（2）計(jì)算顆粒物中每種水溶性離子的濃度。

2.3含碳物質(zhì)測(cè)定

采用熱光法對(duì)顆粒物樣品中的含碳物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定過(guò)程如下：

（1）利用陶瓷剪刀從石英纖維濾膜上裁取尺寸為1cm·1cm的正方形樣品。

（2）利用錫箔紙將剪裁下來(lái)的濾膜樣品包裹住。

（3）放入馬弗爐烘燒，先通入氦氣，后通入氧氣，實(shí)現(xiàn)熱解。

將熱解后的物質(zhì)放人熱光碳分析儀進(jìn)樣器，利用熱光碳分析儀對(duì)顆粒物中的有機(jī)碳和元素碳進(jìn)行分析。

通過(guò)式（3）計(jì)算顆粒物中每種含碳物質(zhì)的濃度。

3實(shí)驗(yàn)過(guò)程

3.1樣品采集

顆粒物成分分析的第一步就是采集空中懸浮的有害污染顆粒物樣品。首先在研究區(qū)設(shè)置采樣點(diǎn)，然后將沙塵采樣器布設(shè)到采樣點(diǎn)處，等待進(jìn)行采集，所使用的沙塵采樣器是利用濾膜稱(chēng)重法捕集環(huán)境大氣中懸浮的沙塵，空氣恒速通過(guò)已知質(zhì)量的采樣器濾膜，空氣中懸浮顆粒物被阻留在濾膜上，完成顆粒物樣品采集。

3.2實(shí)驗(yàn)試劑

顆粒物樣品組成成分分析中用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)表1。

4結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)章節(jié)1研究，得到沙漠地區(qū)空中懸浮有害污染顆粒物成分的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2、表3及圖1。

4.1金屬無(wú)機(jī)元素測(cè)定結(jié)果

從表2看出，采樣點(diǎn)1和2樣品中檢測(cè)出來(lái)的顆粒物類(lèi)型大致相同，分別為8種和7種，前者比后者多了一種As元素，在這些元素中，排在前3名的分別為T(mén)i元素、Mn元素和Zn元素。3、4、5采樣點(diǎn)金屬無(wú)機(jī)元素則相對(duì)較多，分別為10種、9種和12種，其中排在前3名的均為T(mén)i元素、Sn元素和Ca元素。

4.2水溶性離子測(cè)定結(jié)果

從表3看出，采樣點(diǎn)1樣品顆粒中包含了3種陰離子，2種陽(yáng)離子，其中Cl^-的濃度最大；采樣點(diǎn)2樣品顆粒中包含了2種陰離子，2種陽(yáng)離子，其中Cl^-的濃度最大；采樣點(diǎn)3、4、5樣品顆粒中均包含了4種陰離子，5種陽(yáng)離子，其中Cl^-的濃度最大。

4.3含碳物質(zhì)測(cè)定結(jié)果

如圖1所示，5個(gè)采樣點(diǎn)均含有元素碳和有機(jī)碳兩類(lèi)，其中前者的濃度均要大于后者。

5結(jié)束語(yǔ)

在面對(duì)全球氣候變化和日益嚴(yán)重的空氣污染問(wèn)題時(shí)，對(duì)沙漠區(qū)域空中懸浮有害污染顆粒物成分的檢測(cè)技術(shù)研究顯得尤為重要。這項(xiàng)研究不僅對(duì)理解全球環(huán)境變化有深遠(yuǎn)影響，而且對(duì)制定相關(guān)環(huán)境保護(hù)政策，保護(hù)人類(lèi)健康具有實(shí)質(zhì)性的價(jià)值。文章研究主要集中在顆粒物成分的測(cè)定上，通過(guò)金屬無(wú)機(jī)元素、水溶性離子和含碳物質(zhì)的測(cè)定，更深入地理解了這些顆粒物的形成和來(lái)源。在研究區(qū)設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)并采集樣品針對(duì)顆粒物樣品中的金屬無(wú)機(jī)元素、水溶性離子及含碳物質(zhì)三種成分，通過(guò)三種不同的方法進(jìn)行了測(cè)定，最后根據(jù)測(cè)定結(jié)果分析出了5個(gè)采樣點(diǎn)顆粒物的組成成分以及對(duì)應(yīng)的濃度，為保護(hù)和改善這些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。