论文总字数：15380字

目 录

1 引言 5

2 实验与方法 5

2.1 采样地点和时间 5

2.2 实验仪器与方法原理 5

3 结果与讨论 6

3.1 各站点离子平衡与差异分析 6

3.2 水溶性粒子分析 7

3.3元素碳和有机碳（EC、OC）分析 9

3.3.1 EC和OC的相关性分析 9

3.3.2 EC、OC来源分析 10

3.3.3 二次有机碳的估算值 11

3.4 结合气象要素分析PM_2.5浓度变化 12

4 结论 13

参考文献 14

致谢 16

长三角地区冬季大气细颗粒物化学成分分析

施见秋

, China

Abstract: In order to study the chemical composition of the fine particulate matter in the Yangtze River Delta region in winter, atmospheric samples were collected at three sites ( Nanjing, Suzhou and Lin'an) from January to early February 2015. The weight concentration method, ion chromatography analysis, and photo/thermal carbon analysis were used to obtain the concentration of fine particulate matter, water-soluble ions, elemental carbon, and organic carbon. The high concentration of PM_2.5 in the Yangtze River Delta in winter indicates that the fine particulate matter in this area is heavily contaminated. The largest proportion of mass in PM_2.5 is secondary water-soluble ions, namely NH₄ , NO₃^-, and SO₄^2-, and may exist in the states of (NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃. The higher value of NO₃^-/ SO₄^2- indicates that the mobile source contributes more to the emission of sulfur and nitrogen than the fixed source; the major source of carbon components in PM_2.5 is, fossil fuel combustion, motor vehicle exhaust and biomass combustion. Compared with Nanjing and Lin'an, Suzhou has a relatively high proportion of OC1, and the secondary aerosol pollution is more serious. Taking Nanjing as an example to analyze the impact of meteorological factors on PM_2.5 concentration, the heavy PM_2.5 pollution in winter may be caused by two mechanisms, namely, high wind transport pollution and local cumulative pollution.

Key words: PM_2.5, water soluble ion, element carbon, organic carbon.

1 引言

随着环境的日益变化，大气污染逐渐成为影响民众健康的重要因素^[1~3]。据统计，长三角地区霾日数总体呈现上升趋势^[4~6]，而大气中的PM_2.5为主要污染，其中重要组份之一为水溶性无机离子，能直接影响大气能见度、降水酸碱度，尤以硫酸盐、硝酸盐为主^[7]。近年有关水溶性无机离子的研究甚多，有银燕等（2009）^[8]分析了南京PM_2.5污染，发现主要水溶性离子为NH₄ 、F^-、Cl^-、NO₂^-、NO₃^-、SO₄^2-，且冬季浓度较大；PM_2.5浓度受各类气象要素影响，贺瑶等（2017）^[9]分析了长三角地区PM_2.5与气象要素的关系，得出大风阶段水平输送贡献大于源排放；而积累阶段源排放为主，水平输送可忽略不计。

此外细颗粒物还包括碳成分，分为元素碳和有机碳。元素碳（elemental carbon, EC），即为单质碳，又称作黑碳，有较强吸收作用^[10]，一般源自化石燃料、生物质不完全燃烧；有机碳（organic carbon, OC）具有散射作用，OC为复杂有机化合物，主要来自污染源排放和挥发性碳氢化合物经光化学反应生成。碳成分大多源于人为排放，元素碳因其生化惰性及热稳定性^[11]，能够长期存在于大气中，对于地球辐射热量平衡，人类身体健康等具有重要影响；而有机碳中包括有多环芳烃、正构烷烃、有机酸、羰基化合物以及杂环化合物等有毒物质^[12]，部分具有致癌性；部分有机碳可溶，对气溶胶和云具有重要影响^[13]。碳成分浓度受诸多条件影响，有关碳成分近年有诸多学者研究，李立伟等^[14]对于京津冀地区PM_2.5碳组分污染研究中发现，京津冀冬季受到采暖燃烧化石燃料和冬季不利气象条件影响，冬季有更多的碳质气溶胶排放；发现二次有机碳SOC浓度主要受低温、逆温小风和混合层高度降低等影响。关于PM_2.5的浓度分布和源，段卿等^[15]在研究南京北郊夏季大气碳成分污染中发现：EC多富集于超细颗粒物中，OC多存在于细颗粒物中；以OC/EC特征物比值法得出碳成分来源于机动车尾气、燃煤和扬尘。

长江三角洲地区位于中国东部沿海，跨江浙沪皖四省、直辖市，包括上海、南京、杭州、合肥等26市，土地面积21万余平方公里，涉及1.5亿人口；总GDP占全中国20%，空气状况干系重大；而冬季又是大气污染较为严重的季节^[16]。分析此处冬季大气细颗粒物化学成分特征，具有重要意义。

2 实验与方法

2.1 采样地点和时间

大气采样地点在南京、苏州、临安。南京的采样具体位置是内的气象楼楼顶，距离地面62 m，在观测点的东北3 km是杨子工业区，东方500 m是宁六路主干道，并且附近有农田分布；苏州观测点处在姑苏区的人民路一旁的高楼房顶（149号，汉庭）；临安的是临安大气本底站。南京的采样时间为1月8日到2月3日；苏州和临安的采样时间在1月9日到1月31日。

2.2 实验仪器与方法原理

实验采用KC-120H型中流量TSP采样器，产自青岛崂山，切割头流量为100 L/min，单次样品采集时间为340 min（苏州和临安1月28日后采样时间分别改为170 min、230 min），配用TSP/PM₁₀/PM_2.5切割头；采样膜使用的是石英滤膜，膜直径是90 mm，对PM_2.5进行采样。

采样后膜取1/4放入PET瓶中，加入10 mL去离子水，恒温超声处理30 min，后震荡30 min，过滤，后使用瑞士万通850谱峰思维™系列离子色谱仪测定离子含量，包括钠（Na ）、铵（NH₄ ）、钾（K ）、镁（Mg² ）、钙（Ca² ）、氯（Cl^-）、氟（F^-）、亚硝酸根（NO₂^-）、硝酸根（NO₃^-）、硫酸根（SO₄^2-）综上离子。阴离子检测用Supp5-150分离柱，用1.0 mmol·L^-1NaHCO₃溶液和3.2 mmol·L^-1Na₂CO₃溶液做淋洗液；阳离子检测用Metrosep C4-150分离柱，用1.7 mmol·L^-1的HNO₃和0.7 mmol·L^-1的吡啶二羧酸水溶液作为淋洗液。

对于采样膜的EC、OC质量浓度的测定，采用Model 2001A热/光碳高级分析仪。随机取部分采样膜放入仪器，处于不同温度下，加热并释放EC、OC，用He-Ne激光分离EC、OC，以此测定质量浓度。热光炉通氦气（He），无氧升温，使得有机碳（140 ℃分离OC1、280 ℃分离OC2、480 ℃分离OC3和580 ℃分离OC4）逐步挥发，后通入98%氦2%氧混合气体，在有氧情况下加热，以燃烧元素碳，580 ℃分离EC1、740 ℃分离EC2和840 ℃分离EC3。过程中释放的有机物由MnO₂催化氧化，生成CO₂，经还原炉还原成CH₄，最后用火焰离子化检测器（FID）测定。在无氧加热时会发生焦化效应，因此部分有机碳生成裂解碳（OCPyro）。

3 结果与讨论

3.1 各站点离子平衡与差异分析

(1)

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：15380字