西安地城大氣PM10水溶性陰離子的特征研究

竇蓓蕾 王舒婷 田渭花 杏艷

摘 要：通過實驗建立了西安城區大氣PM10中SO42-、NO3-質量濃度的數據及其與PM10的相關度。結果表明，空氣污染狀況下，小于PM2.1的細粒徑顆粒物是PM10的主要組成部分，西安市城區燃煤發電、冬季燃煤取暖、生活用煤導致SO42-的分布及排放相對穩定，汽車尾氣的排放和其他因素影響導致NO3-在不同時間段的分布變化較大。

關鍵詞：大氣顆粒物;PM10;水溶性陰離子

中圖分類號 X513 文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2018）24-0094-2

Abstract：In this paper，the mass concentration data of? SO42-，NO3-in PM10 and their correlation with PM10 in Xi'an urban area were established through experiments. The results show that the fine particle size less than PM2.1 is the main component of PM10 under air pollution. The distribution and emission of SO42- are relatively stable due to coal-fired power generation，coal-fired heating in winter and domestic coal in Xi'an city. The distribution of NO3-? is relatively stable due to the emission of automobile exhaust and other factors.

Key words：Atmospheric particulates;PM10;Water soluble anions

水溶性組分是大氣顆粒物的重要組成部分，具有特有的理化性質，使其對大氣環境中各理化進程有著重要的影響。SO42-、NO3-是大氣可吸入顆粒物中2種重要的二次離子，也是造成酸雨的主要原因。如今對可吸入顆粒物中水溶性陰離子的研究都非常重視，其離子濃度已經成為了大氣可吸入顆粒物理化性質研究的必測項目[1-3]。本文主要研究了西安城區大氣PM10中SO42-、NO3-的質量濃度及其與PM10的相關度。

1 儀器試劑與實驗方法

1.1 儀器與試劑 Andersen 8級采樣器（美國Thermo fish）;ICS 2100離子色譜儀（德國賽默飛）。各種分析元素的標準儲備液（購于國家標準物質中心）;所用試劑均為優級純;試驗用水為超純水或新制備的去離子水。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的采集 采樣點位于陜西省環境保護大廈3樓平臺，周圍無阻擋物，且附近無明顯的排放源。采用Andersen八級采樣器，采樣器距離地面高度1.5m，采樣流量28.0L/min，采集時每層采集板上放置熱處理過的石英纖維濾膜，將顆粒物按照粒徑分為8級分別收集。為確保采樣均勻，每隔12h輕轉各級切割頭1次。采樣過程中同時記錄氣溫、氣壓風向、風速等氣象情況及周圍環境狀況。

1.2.2 質量濃度計算 采用重量法計算大氣8級顆粒物的質量濃度。將采集的濾膜放置于恒溫干燥器24h后稱重。其計算公式為：

式中：W0、W分別為采樣前后濾膜的質量，V0、T0、V、T分別為標準狀況和實際狀況下的體積和溫度。實際氣壓由氣壓計讀出，實際體積由采樣時間t乘以流量Q得出。

1.2.3 水溶性無機離子及元素的預處理及分析測定 小心剪取1張顆粒物濾膜試樣，放入樣品瓶內，加入100mL實驗用水浸沒濾膜，加蓋浸泡30min后，至于超聲波清洗器中超聲提取20min。提取液經抽氣過濾裝置過濾后，傾入樣品管通過離子色譜儀的自動進樣器直接進樣測定陰離子濃度，以保留時間定性，儀器響應值定量。同步驟制備全程序空白試樣。測定選用ICS 2100離子色譜儀對樣品進行檢測。

2 結果與分析

2.1 西安城區PM10的質量濃度分布分析 2017年11月20日至2018年3月7日進行樣品采集。利用采樣前、后濾膜的質量差、采樣流量、當日氣壓、當日溫度等參數計算每一級粒徑的質量濃度、PM2.1/PM10和PM1/PM2.1占比情況。結果分析得知，西安地區冬季采暖季的PM10的質量濃度為93～561μg/m3，其中PM2.1/PM10在45.5%～54.7%，PM1/PM2.1在65.8%～75.6%。說明空氣污染狀況下，小于PM2.1的細粒徑顆粒物是PM10的主要組成部分。與往年同期數據相比，細顆粒物均在可吸入顆粒物中占有較高分布，進一步驗證了細粒徑顆粒物是PM10的主要組成部分。結合人體呼吸暴露模型，推測進入人體的顆粒物主要沉積末端支氣管、細支氣管及肺泡中，對人體健康產生了較大危害。

2.2 西安城區大氣PM10中SO42-、NO3-的數據分析

2.2.1 西安城區大氣PM10中SO42-、NO3-的質量濃度及其與PM10的相關度 SO42-、NO3-為西安PM10中的主要組成離子，離子濃度與PM10的相關性可以反映離子與PM10污染的關系，繪制2017年12月SO42-、NO3-離子濃度與PM10的關系見圖1。從圖1可知，NO3-與PM10的變化趨勢基本一致，而SO42-的含量基本穩定，與PM10的變化趨勢關系不大，這種狀況同燃煤發電、冬季燃煤取暖等實際情況相對一致。西安市城區燃煤發電、冬季燃煤取暖、生活用煤導致SO42-的分布及排放相對穩定，汽車尾氣的排放和其他因素影響導致NO3-在不同時間段的分布變化較大。

2.2.2 西安城區大氣中SO42-與NO3-的污染特征分析 汽油、柴油燃燒排放的NOX/SOX質量比為8∶1～13∶1，燃煤排放的NOX/SOX質量比為1∶2，將SO42-作為固定源排放的指標，將NO3-作為交通源排放的指標，故常用大氣顆粒物中NO3-/SO42-質量比是否大于1來判斷城市是以流動源（如汽車尾氣）污染還是以固定源（如燃煤）污染為主。繪制2017年12月大氣顆粒物中NO3-/SO42-質量比的變化趨勢如圖2。從圖2可知，NO3-/SO42-為1.77～2.91，說明西安市PM10中NO3-與SO42-污染以移動源為主，近幾年來西安市的機動車數量呈現高速增長態勢，這可能是西安市NO3-/SO42-值偏高的原因。

3 結論與討論

（1）空氣污染狀況下，小于PM2.1的細粒徑顆粒物是PM10的主要組成部分，細顆粒物在可吸入顆粒物中占較高分布，結合人體呼吸暴露模型，推測進入人體的顆粒物主要沉積在末端支氣管、細支氣管及肺泡中，對人體健康會產生較大危害。

（2）NO3-與PM10的變化趨勢基本一致，而SO42-的含量基本穩定。西安市城區燃煤發電、冬季燃煤取暖、生活用煤導致SO42-的分布及排放相對穩定，汽車尾氣的排放及其他因素，導致NO3-在不同時間段的分布變化較大。

（3）西安市PM10中NO3-與SO42-污染以移動源為主，近幾年來西安市的機動車數量呈現高速增長態勢，這可能是西安市NO3-/SO42-值偏高的主要原因。

參考文獻

[1]常清，楊復沫，李興華，等.北京冬季霧霾天氣下顆粒物及其化學組分的粒徑分布特征研究[J].環境科學學報，2015，35（2）：363-370.

[2]Calvo A I，Alves C，Castro A，et al.Research on aerosol sources and chemical composition：Past，current and emerging issues [J].Atmospheric Research，2013，120-121：1-28.

[3]環境空氣顆粒物中水溶性陰離子的測定 離子色譜法.HJ799-2016[S].

（責編：張宏民）