含碳氣溶膠的影響與定量偏差研究

張 潔

（江蘇省環境科學研究院大氣所 江蘇南京 210000）

引言

伴隨著經濟的迅速發展以及城市化進程的不斷加快，長三角地區能源消耗與機動車數量大幅增加，已成為全國范圍內重污染區。含碳氣溶膠，即有機碳（OC,Organic Carbon）和元素碳（EC,Elemental Carbon）為PM2.5中的重要組成。其中OC對人體健康影響顯著，EC對區域乃至全球尺度的氣候變化產生不可忽視的影響。由于石英膜易吸附氣態有機物，同時吸附于顆粒物上的SVOC在采樣過程中也可能揮發，含碳氣溶膠的定量受到采樣偏差影響。受OC、VOC與半揮發性有機物（SVOC,Semi-Volatile Organic Compounds）濃度、組成及氣象等其他因素的影響，OC的采樣偏差隨采樣時間、地點不同存在較大變化。

1 含碳氣溶膠的健康影響

有機碳（organic carbon,OC）與元素碳（elemental carbon,EC）是顆粒物種的主要成分。OC主要來源于燃煤、機動車、生物質燃燒，以及與大氣化學轉化過程中生成的二次有機物。OC對人體健康影響顯著，其中多環芳烴（PAHs）是致癌物和致突變物。流行病學調查指出，心血管與呼吸道疾病的發病率與致死率的上升，與交通源排放的顆粒物暴露有關長期暴露更可能導致肺癌。EC主要來源于含碳燃料的不完全燃燒，包括工業燃燒、鋼鐵、機動車和居民生活燃燒排放等。

2 含碳氣溶膠的環境影響

根據上海與杭州市的觀測結果，含碳氣溶膠占PM2.5濃度的21%和30%，南京市的觀測結果顯示含碳氣溶膠站PM2.5濃度的23%[1-2]。長三角地區化工與石化行業總產值高，這些行業排放大量的顆粒碳與揮發性有機物（VOC,Volatile Organic Compounds），對二次有機氣溶膠（SOA,Secondary Organic Aerosol）形成存在關鍵影響。同時，機動車排放對一次PM2.5中OC與EC的濃度，以及SOA的生成，均有重要貢獻。EC對區域乃至全球尺度的氣候變化產生不可忽視的影響，大氣中EC造成的加熱效應已經抵消其他人為源排放氣溶膠的冷卻效應，進而增強溫室效應，EC可作為云凝結核，造成降水量變化。

3 含碳氣溶膠正負偏差的定量方法

含碳氣溶膠的采樣受正負偏差的影響而難以定量。由于石英膜耐高溫，因此被廣泛運用于含碳氣溶膠采樣與分析中，但是石英膜比表面積較大，易吸附氣態有機物，造成正偏差而高估OC。同時吸附于顆粒物上的SVOC在采樣過程中也可能揮發，造成負偏差而低估OC。有研究者利用層疊濾膜的方式觀測正偏差，即在采樣膜之后再增加一層石英膜，認為吸附在此石英膜上的OC為正偏差。也有研究者采用溶蝕器（denuder）與吸附膜相結合的方式進行正負偏差的同時定量，即首先使用denuder吸附采樣氣流中的氣態有機物，再使用濾膜采集顆粒態OC，最后利用吸附膜采集并定量顆粒物種揮發出來的SVOC，其中正偏差定義為這種方法獲得OC與傳統單張石英膜采樣得到OC的差值，負偏差定義為吸附膜收集的SVOC。

4 大氣環境含碳氣溶膠的正負偏差影響分析

受 OC、VOC與半揮發性有機物（SVOC,Semi-Volatile Organic Compounds）濃度、組成及氣象等其他因素的影響，OC的采樣偏差隨采樣時間、地點不同存在較大變化。已有研究針對北京市的冬、春和夏季分別進行30天左右的連續采樣，結果表明OC的正偏差在三個季節占OC的比例分別為10%、18%和23%[3]。研究普遍認為正偏差在采樣偏差中占主導地位，負偏差通常較小，甚至可以忽略。除排放可能被低估等原因之外，較大的正偏差也將造成OC觀測值的高估。

結語

綜上所述，含碳氣溶膠對大氣環境和人體健康都存在嚴重影響，且由于其特征容易造成樣品采集偏差，因此需要進一步改進采樣方法，準確定量含碳氣溶膠濃度，為空氣質量改善提供基礎數據。