论文总字数：17531字
目 录
1引言 4
2实验材料以及方法 4
2.1研究区域概况 5
2.2样品采集以及预处理 5
2.3道路尘样品的分析 6
2.3.1样品分离 6
2.3.2有机物的提取与测定 7
2.4标准曲线的制作 7
3结果与讨论 7
3.1正构烷烃的化学组成和分布 8
3.2道路尘PM2.5中正构烷烃的来源解析 9
3.2.1主峰碳数（Cmax） 9
3.2.2碳优势指数（CPI） 9
3.3邻苯二甲酸酯的化学组成以及分布 11
3.4道路尘PM2.5中邻苯二甲酸酯酯的来源 12
4结论 14
参考文献 15
致谢 17
南京化工园区道路尘PM2.5中的有机物化学组成
王珊珊
, China
Abstract:To understand the chemical composition, spatial and temporal distribution, and sources of organic matter in road dust PM2.5 in Nanjing Chemical Industry Park, samples were taken at the Nanjing Chemical Industry Park in October 2017 and January 2018.Qualitative and quantitative analyses of n-alkanes and phthalates were performed using gas chromatography-mass spectrometry. The results show that the road dust PM2.5 in Nanjing Chemical Industry Park contains C14~C31 n-alkanes and six phthalates.The content of n-alkanes and phthalates in autumn is generally lower than in winter. The sources of n-alkanes were analyzed by the two methods of main carbon number and carbon dominance index. The results showed that the source of n-alkanes was the combustion of fossil fuels and the discharge of wax from higher plants. The use of principal component analysis to determine the source of phthalates showed that phthalates were derived primarily from industrial plasticizers and the use of cosmetics and skin care products in daily life.
Key words: Road dust; PM2.5; n-alkanes; phthalates
1引言
道路尘中包含大量的汽车尾气排放物、大气气溶胶沉降物、风化的泥土以及老化的路面物质等,是一种复杂的环境介质。人为活动对城市环境的影响程度一定程度上可以通过道路尘的化学组成和分布特征体现出来[1]。而且道路尘容易受到机动车，风这些外力干扰，可以重新悬浮进入到大气中，会形成二次污染源[2]。通过湿沉降和干沉降这两种方式，环境中的有机污染物可以聚集在道路尘中。通过地表径流这种方式，道路尘可以进入水体，从而对河流中的沉积物和生物产生污染，然后进入人体，对人体的健康产生危害[3]。道路尘在城市中分布十分广泛，而且持续时间长，污染环境和危害人体健康，因此对道路粉尘进行研究十分重要。
道路尘中包含多种有机污染物，包括多环芳烃，正构烷烃以及邻苯二甲酸酯等。其中正构烷烃是具有毒性的一类有机污染物，根据正构烷烃碳数的不同，其对人体的危害程度也不一样。低分子量的正构烷烃的毒性相对较小，但是它的毒性会随着正构烷烃相对分子质量的增大而增加。引起神经系统障碍的是碳数大于8小于16的正构烷烃，这类正构烷烃是中级烷烃，而且会强烈刺激生物的呼吸系统。随着正构烷烃相对分子质量的继续增大，正构烷烃的刺激性虽然有所降低，但是会对人体皮肤造成损伤，严重的甚至会造成皮肤癌[4，5，6]。
邻苯二甲酸酯（phthalate esters ,PAEs）又称酞酸酯。在工业上有着广泛的应用，主要用于增塑剂。邻苯二甲酸酯的生产量大，在生产过程或者生活中，PAEs可以通过塑料制品进入环境。PAEs普遍存在于水体、大气和土壤中，并且在这些环境介质中迁移和转化，最后进入尘土中[7]。邻苯二甲酸酯进入人体的方式有以下几种，分别是呼吸、皮肤接触以及饮食等。进入人体的邻苯二甲酸酯对人体健康产生一定的威胁，是重要的环境激素类化合物[8]。有研究表明邻苯二甲酸酯会引起多发性神经炎，造成感觉迟钝，并且会抑制和麻痹中枢神经系统[9]。其中有一部分邻苯二甲酸酯对生物有致畸和致突变作用，对内分泌具有比较强的干扰作用[10]。
目前对于道路尘中有机物的研究较少，有学者研究了北京道路尘中多环芳烃的分布特征，发现细颗粒物中多环芳烃含量最高，且冬季道路尘中多环芳烃含量高于秋季[11，12]。国内对于正构烷烃的研究大多集中在京津冀，珠江三角洲这些经济发达地区，主要研究正构烷烃的分布特征及来源[4,13]。有研究表明，正构烷烃的主要来源为人为源和生物源，人为源包括化石燃料的燃烧及交通排放，生物源包括高等植物蜡的排放以及微生物等[14]。也有学者研究了西安市道路尘中邻苯二甲酸酯的组成分布，来源以及对人体健康的影响，发现其主要源于增塑剂和化妆品的使用，且对儿童危害较高[15]。也有对天津道路尘中的邻苯二甲酸酯的来源进行了解析[16]。
南京化工园作为南京主要化工生产基地，工业发展对环境产生了一定程度的影响。而且园区内目前对于南京化工园道路尘PM2.5中有机物的研究并不多，因此，本研究在2017年10月和2018年1月，选取南京化工园园作为采样区域设置采样点，采集园区内的道路尘，进一步分析道路尘PM2.5中正构烷烃和邻苯二甲酸酯这两类有机物的化学组成以及时空分布特征，以及探究正构烷烃和邻苯二甲酸酯这两类有机物的排放源。
2实验材料以及方法
2.1研究区域概况
南京（北纬31º13´—32º36´，东经118º19´—119º24´）靠近长江，属于亚热带季风气候，秋冬季以东北风为主。秋季干燥、凉爽，冬季干燥、寒冷。南京化工园区位于南京市北部，处于江北，自然地理条件优越，交通便利。南京化学工业园区是江苏沿江开发战略的重要组成部分，也是南京市石化产业重点扶持发展区域，多家石化集团公司分布在园区中。
2.2样品采集以及预处理
选择在秋季（2017年10月）和冬季（2018年1月）进行采样，采样点设在在南京化工园区和大厂生活区，如图1所示，在南京市化工园区各条主次道路上设置34个采样点，大厂生活区设置10个采样点，秋季共采集33个样品，冬季共采集35个样品。在采样前，采样地区至少要连续七天没有降水。在每个采样点沿着机动车道或者非机动车道的边缘，用清洗干净的芒草扫帚和簸箕在0.5m宽×30m长的范围内采集多个小样，同时挑除样品中的树叶，石块等，最后将采集的小样合并成1个混合样，要确保最终每个采集的样品的重量不少于1000g，采集的样品存放在清洁的聚乙烯密封袋中。将所有采集的样品带回实验室后，将样品铺在干净的玻璃板上，放在通风橱中自然风干。将风干的样品通过孔径为200目（75μm）的不锈钢筛子，剔除粒径过大的样品，保留粒径小于75μm的样品，过筛后的样品重量不能少于100g，然后将样品冷冻保存。在使用前应该将芒草扫帚，簸箕，不锈钢筛子和聚乙烯密封袋清洗干净，并且烘干。
a-化工园区
b-生活区
图1 采样点分布示意图
2.3道路尘样品的分析
2.3.1样品分离
用自制的聚乙烯实验箱（图2）来分离道路尘中的PM2.5。聚乙烯实验箱的规格为50 cm×30 cm×40cm。上面是边缘设有密封圈的盖板，而且盖板可以自由拆卸，以便加入样品、清理实验箱和实验箱内的PM2.5采样器的取出和放入。实验箱内放有自制装尘罐和PM2.5采样器。在实验箱的侧面开有一个小孔，用干净的胶管通过侧面小孔，将鼓风机与箱子内部的自制装尘罐相连。在实验箱的另一侧面开有两个小孔，其中一个小孔的作用是将实验箱内的PM2.5采样器通过干净的胶管与实验箱外的真空泵相连，另一个小孔是通过干净的胶管与室外相连，来保持聚乙烯实验箱内的气压。每次放入100g样品进行分离实验，用鼓风机将空气吹入实验箱内的自制装尘罐底部，放置在装尘罐的底部的粒径小于75μm的尘样被风吹起，鼓风机风量可以通过调节鼓风机侧面的进风口来控制。在实验箱中，同时用一台流量为28.3L/min的PM2.5采样器来采集悬浮在实验箱内的细粒子，PM2.5要用孔径为0.22μm的玻璃纤维滤膜来采集。每次样品分离的时间为15分钟, 分离后每张玻璃纤维滤膜上采集的PM2.5的量不能少于10mg，若是样品量不足10mg可适当延长分离时间。
图2 PM2.5分离系统
玻璃纤维滤膜在使用前需要在500℃的条件下灼烧2个小时，消除其中可能存在的有机物，以免对实验产生的影响。而且在使用前应该先检查玻璃纤维滤膜，确保玻璃纤维滤膜厚薄均匀，没有污染，没有破损,不能有针孔[17]。所有的玻璃纤维滤膜在采样前后都要在相同的温度和湿度条件下平衡24小时，然后用分析天平称重并且记录下来。用铝箔（在500℃条件下灼烧2小时）包裹分离后得到的PM2.5样品，然后称重，最后将样品放在冰箱中冷冻保存。在每次分离实验前，应该将残留在装尘罐，实验箱和采样仪内残留的尘土清除掉，以免影响下个样品的分离。
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