成都市東區大氣顆粒物PM2.5水溶性離子特征

張夢+黃藝+蘇挺+程馨

摘 要：大氣顆粒物正成為威脅人類健康和自然環境的首要污染物。為了更好地了解成都市東區PM2.5水溶性離子來源及對其相關性制定控制政策和實施減排措施提出意見，本文系統地對PM2.5水溶性離子特征進行了描述。結果表明：水溶性離子濃度從大到小順序為：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。季節分布特征是冬季>春季>秋季>夏季。進行源解析表明：其來源主要是煤的燃燒。

關鍵詞：大氣顆粒物；PM2.5；水溶性離子；源解析

1 概述

空氣污染仍然是明顯威脅全球健康的存在[1]。成都市總體風速小，靜風頻率高，常年存在逆溫現象，為全國兩大靜風區之一，不利于大氣污染的水平和垂直擴散。空氣污染是這個城市的一個嚴重問題。

水溶性離子是大氣顆粒物的一類重要組分，其在大氣顆粒物中的含量有可能達到其總質量濃度的60%-70%[2]，其濃度可以隨著氣象條件、季節變換及污染強度的改變而發生一定的變化[3]。PM2.5中水溶性物種具有親水性，能促使云的凝結核的形成，從而對氣候產生影響[4]。水溶性組分非常容易被人體吸收[5]，能對人體造成一定的危害。陳源等[6]2015年對成都市大氣細顆粒物中水溶性無機離子的污染特征進行了研究，表明在采樣期間，水溶性無機離子占PM2.5總質量濃度的48.9% 14.7%，其中以二次無機離子SO42-，NO3-和NH4+為主。張燕美[7]等人對成都市青羊區霧霾期間大氣PM10樣品進行了分析，發現NO3-、SO42-、NH4+是其水溶性離子的主要成分，約占水溶性離子的80%，表明二次無機離子污染嚴重。

本文重點研究了成都市東區大氣顆粒物PM2.5水溶性離子的季節分布特征，從而為了更好地了解成都市東區PM2.5的水溶性離子來源提供了借鑒。

2 分析方法

剪取約1/4的樣品，放入50ml PET瓶中，加入10ml的超純水，放入超聲清洗器中，溫度50℃，功率50%下超聲1h，關閉電源，取出，再放入水浴振蕩器中室溫震蕩1h，關閉電源。空白膜和試劑空白做相同處理。

取出PET瓶，用注射器進行樣品的過濾，采用濾孔為0.22μm的濾頭。在4℃的條件下，保存至上機測試。上機采用瑞士萬通792型離子色譜儀，陰離子柱型號為MetrosepA Supp 5-150/4.0，陽離子柱型號為Metrosep C 4-150。上機測定F-，Cl-，NO3-，SO42-四種陰離子和Na+，NH4+，K+，Ca2+，Mg2+五種陽離子的濃度，陰陽離子標準曲線R2=0.999。

3 結果與討論

陰陽離子濃度見表1。

從上表可以看出：研究區PM2.5中的水溶性離子年均濃度從大到小順序為：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

分別對各個季節的水溶性離子濃度百分比進行計算，結合數據做出如圖1。從圖可以看出，PM2.5中的水溶性離子季節分布特征是冬季>春季>秋季>夏季，且在各個季節，水溶性離子濃度百分比從大到小順序都為：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

4 源解析

主成分分析方法[8，9]是一種降維的分析方法，把多指標轉化為少數幾個綜合指標，最后推測出顆粒物的主成分類別、貢獻量及貢獻率，不需要事先輸入源譜，可以辨識一些被遺漏掉的重要來源且操作簡單方便。

利用主成分分析法進行研究區PM2.5水溶性離子源解析，結果見表2。

從表2可以看出，成分1中的As、Cd、Cu、Pb、Zn具有較大的因子載荷。研究表明[10]：熔爐、鋼鐵生產排放的Pb、Cd、As等元素是城市空氣中相關重金屬的主要來源，大氣中的Ni主要來源于自然環境，也來源于工業冶金，Cr主要來自于冶金工業，Cu[11]主要來源于焦炭的粉塵、鋼鐵廠熔爐的廢氣。結合研究區為成都市東區屬于工業區，故其可能來源于煤炭的燃燒、工廠的廢氣排放、液化石油的燃燒。成都屬于第二大汽車城市，故Cd、Pb、Zn主要來源于燃油、汽車尾氣和橡膠輪胎的磨損[12]。成都市土壤本底值Cd高[13]，故其可能來源于土壤揚塵。V具有中等載荷，但其富集因子小于10，故其很有可能來源于土壤風沙塵或者來自于液化石油的燃燒。Cr和Ni因子載荷較小，其富集因子小于10，Cr可能來源于燃煤電廠的排放和工業冶金。

5 結束語

成都市東區大氣顆粒物PM2.5水溶性離子研究表明：

（1）水溶性離子濃度年均從大到小順序為：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

（2）季節分布特征是冬季>春季>秋季>夏季，且在各個季節，水溶性離子濃度百分比從大到小順序都為：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

（3）源解析結果表明：研究區PM2.5水溶性離子主要來源于煤的燃燒，其次是土壤風沙塵、冶金工業、鋼鐵廠廢氣的排放以及汽車尾氣和橡膠輪胎的磨損。

參考文獻

[1]MAO Jie-tai， ZHANG Jun-hua， and WANG Mei-hua， ActaMeteorologicaSinnca[J].2002， 60 （5） ： 625.

[2]張丹.重慶市主城區可吸入顆粒物的來源解析[D].成都：西南大學，2007.

[3]Leibler L. Theory of microphase separation in block copolymers [J].Macromolecules， 1980， 13（6）：1602-1617.

[4]余學春，賀克斌，馬永亮，等.北京市PM2.5水溶性有機物污染特[J].中國環境科學，2004，24（1）：53-57.

[5]李友誼，肖化云，劉學炎，等.貴陽市大氣總懸浮顆粒物（TSP）中水溶性無機離子的化學特性及季節變化特征[J].礦物巖石地球化學通報，2008，27（1）：43-49.

[6]陳源，謝紹東，羅彬.成都市大氣細顆粒物中水溶性無機離子的污染特征[J].中國環境科學學會學術年會論文集——大氣污染物綜合防控治理技術，2015.

[7]張燕美，李金娟，張維，等.成都市一次重霧霾天氣PM10中水溶性離子污染特征[J].地球與化學，2016，44（2）：219-224.

[8]Gorden G E. Recept or models[J].Environ SciTechnol， 1988， 22（10）： 1132～1142.

[9]Dzubay T G， Gordon G E， Courtney W J et al. A composite receptor method applied to Philadelphia aerosol[J].Environ SciTechnol， 1988， 22（1）： 6-52.

[10]唐孝炎，張遠航，邵敏.大氣環境化學[M].北京：高等教育出版社，2006.

[11]楊勇杰，王躍思，溫天雪，等.鼎湖山PM2.5中化學元素的組成及濃度特征和來源[J].環境科學，2009，30（4）：987-992.

[12]HU X， ZHANG Y， DING Z， et al. Bioaccessibility and health risk of arsenic and heavy metals （ Cd， Co， Cr， Cu， Ni， Pb， Zn and Mn） in TSP and PM2.5 in Nanjing， China[J].Atmospheric Environment， 2012（57）：146-152.

[13]施澤明，倪師軍，張成江.不同粒徑近地表大氣塵元素分配規律研究——以成都經濟區為例[J].生態環境，2007，16（6）：1590-1596.