南京北郊OC、EC与水溶性离子的关系

论文总字数：18251字

目 录

引言 1

1 数据处理与研究方法 2

1.1 采样时间与地点 2

1.2 仪器介绍 2

1.2.1 水溶性离子仪器及分析方法 2

1.2.2 OC、EC仪器及分析方法 3

2 结果与讨论 3

2.1 水溶性离子浓度及日变化特征 3

2.2 OC、EC浓度变化及污染特征 9

2.3 OC、EC的来源 12

2.4 OC、EC与水溶性离子的关系 13

3 结论 20

参考文献 21

致谢 23

南京北郊OC、EC和水溶性离子的关系

叶昊天

，China

Abstract: A continuous observation campaign was carried out with the FA - type 3 Anderson aerosol particle sampler, 850 professional IC type ion chromatography analyzer, Anderson 9th impingement sampler, DRI Model 2001 a hot/light carbon analyzer, in northern suburb of Nanjing on January 8, 2015 - February 3rd atmospheric concentrations of water soluble ion, OC and EC for continuous observation and analysis of 30 days. Results show that the highest levels of water soluble ion is secondary water soluble ion: nitrate ion, sulfuric acid root ion, ammonium ions and their average concentration of 25.18、20.43 and 16.02µg·m-3 . The change trend of three kinds of ions is similar, affected by traffic, industrial significantly. OC and EC have similar change trend, the correlation coefficient of 0.85, may come from the same source. OC/EC during the period of observation value is greater than 2, in the northern suburb of Nanjing regional atmospheric particulate matter of the existence of secondary orCanic carbon, namely the northern suburb of Nanjing winter there are secondary pollution. OC and EC respectively with NO₃^-、SO₄²-、NH₄ were positively correlated, may come from the city of the same kind of emission source, secondary water soluble ion concentration changes can affect the concentration of OC and EC. OC and EC respectively with primary water-soluble ions K were positively correlated, may come from the city of the same kind of emission source.

Keywords: water-soluble ions，OC，EC，correlation

引言

近年来，南京市北郊经济迅速发展，交通设施越来越完善（宁六路的通车，地铁的修建）、工业生产增加迅速，在迅猛发展的同时，出现了很严重的大气气溶胶污染现象，气溶胶污染逐渐成为了南京北郊大气环境的主要污染物。在全球范围内，大气气溶胶影响着气候变化、辐射、能见度、环境质量、人类健康。大气颗粒物成分很复杂，大气中的气体污染物状况与其有密切联系，在一定程度上反映了大气环境的质量。大气气溶胶几乎不存在单一成分，通常由多种化学成分组成，包括水溶性离子、EO、OC等。

水溶性离子（water soluble ion）是大气气溶胶的重要组成部分，在近些年中国的城市大气PM_2.5中，水溶性离子占很大的比重，其中部分离子和元素对人类的生活有很大的影响，不同的活动区域和影响也有不同。同时在南京市，水溶性离子是PM₁₀的重要组成部分，NO₃^-、SO₄^2-为南京PM10中离子的主要成分，南京市北郊PM₁₀中NO₃^-、SO₄^2-更多地来自于机动车尾气排放^[4]。 南京位于长江三角洲地区，是综合性工业基地，同时也是重要的交通枢纽和经济文化中心。本研究于2015年1月南京采集大气颗粒物样品，主要水溶性无机离子的分布特征和变化趋势、阴阳离子平衡、占比变化。碳质气溶胶主要分为有机碳(orCanic carbon， OC)、元素碳( elemental carbon，EC)和无机碳(inorCanic carbon， IC)。有机碳并不是特定分子组成的一种或一类有机物，而是有机化合物的混合体，包括脂肪类、芳香族类化合物、有机酸等，也包括多环芳烃、酞酸脂、醛酮类羟基化合物等有毒有害物质。环境中的OC主要来自直接排放的一次性有机碳(POC)和挥发性有机物(VOCs)经光化学反应生成的二次有机碳(SOC）^[1~2]。EC是一种高聚合的、黑色的、在400℃以下很难被氧化的物质。在常温下，EC具有较强的惰性、憎水性，不溶于任何溶剂。在实际大气研究中EC被认为是惰性的，这种惰性决定了EC的转换和清除机制都是物理过程。EC主要来自化石燃料或木材等生物质的不完全燃烧，并存在于污染源直接排放的一次气溶胶中^[3]。IC在颗粒物中的含量通常很低，在研究颗粒物污染时一般可以忽略。

在国内外学者的共同努力下，大气环境中水溶性离子、OC、EC的研究取得一定的成果。关于含碳气溶胶的污染源、粒径分布以及对光吸收或辐射强迫的影响等方面的研究已经开展。研究表明^[11]，在唐山，碳质气溶胶在各粒径颗粒物中占比较大，有明显的季节变化。程萌田等人^[14]利用OC/EC的关系，分析得到天津市典型城区细颗粒物中的碳质颗粒物的来源以及碳质颗粒物与能见度的关系。近年来，许多学者已经对南京地区大气气溶胶的化学组分开展了一系列的研究^［4］。 研究表明， 南京地区气溶胶污染较为严重，细粒子( PM2.5)的质量浓度很高，日均值常会超过35μg·m^－3。水溶性无机离子是气溶胶的重要组分，而来源于二次转化过程的NO₃^-，SO₄²-、NH₄ 是最主要的水溶性离子，并且在细粒子上浓度较高。许明君[5]等对南京市城区与郊区秋季PM10中水溶性离子的浓度水平，变化规律及其相关性进行分析。结果表明: 水溶性离子是南京市颗粒污染物的重要组成部分。同时南京城郊气溶胶污染存在季节性的变化^[6]， 除了夏季,其他3个季节南京城郊气溶胶污染都较严重。南京城郊气溶胶谱分布特征基本在 0.652.1µm 和 5.8～9µm 粒径段出现峰值。在大气气溶胶污染过程中，我们现在并不能解释在城市市区、城郊的高度污染现象。水溶性离子和OC、EC是控制大气气溶胶污染的关键点，对于水溶性离子与EC、OC的关系几乎没有相关文献。如若想要改善高度污染的状况，我们需要了解这些关键点的来源、如何形成的、它们的变化特征、影响它们浓度的因素、更主要的是它们之间的关系。所以我们必须对大气中的水溶性离子与EC和OC进行系统的研究，并对其形成、发展、来源以及它们的关系进行全面且深入了解。

1 数据处理与研究方法

1.1 采样时间与地点

本观测于2015年1月8日～2月3日在南京北郊的展开。采样点位于气象楼楼顶（32° 21'N，118 °72'E），距地约40m，平均海拔62m，其东面500m左右是繁华的宁六路；东南方是南京龙王山风景区。观测点西侧为校园，北侧为盘城镇住宅区和农田。观测点东南方3km为南京工业园区，区内有扬子石化、南化集团、南钢集团等化工、钢铁、能源企业，而且观测点距离交通主干线很近，因此本观测点的资料可代表南京北郊大气污染特点^[7]。

1.2 仪器介绍

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