PM2.5中有機碳和元素碳的污染特征的分析

摘 要：本篇文章以某城市數據為例，對市區內的PM2.5中的元素碳、有機碳進行測量，并根據數據分析得知其污染特征，根據白天、夜間時段內PM2.5的濃度，得出它的變化趨勢。希望本文的研究能夠為讀者提供有益參考。

關鍵詞：PM2.5；有機碳；元素碳；污染特征

有機碳和元素碳，是大氣顆粒物（PM2.5）濃度最大的兩大形式，其中前者具有較高的吸附活性，在空氣的流動中會捕獲污染物，由此發生形態的變化。而后者主要吸收可見光、紅外光，它在空氣中的濃度變化，會直接影響著可見度。有機碳在大氣活動中為相關化學反應提供氧化劑，從而出現光線散射作用。元素碳產生的污染物，則與人息息相關，也是衡量某個地區空氣污染的重要指標。

一、有機碳、元素碳測量試驗準備以及方法

在1月至9月，對某市區的PM2.5中的有機碳、元素碳進行測量，位置安排在該城市的市中心，儀器安防高度在建筑樓頂，高度大于在30m。測量的儀器為RP1400a顆粒物分析，以此測定PM2.5的濃度，為了防止在這過程中濕度對測量數據準確性的影響，需要在測量開始前與測量過程中，將測試樣品進行加熱處理，使其保持在50℃左右。

測量儀器基于熱解法原理，用切割頭分離大氣顆粒物，再利用有機碳、元素碳的揮發特性，針對二氧化碳進行測量，從而得到PM2.5中的各項數據。

二、測量過程以及結果分析

1、測量氣象條件以及月段測量結果

首選是氣象條件，1月份測量地區的溫度變化在-10℃到5℃之間，平均氣溫保持在-1.2℃。當月的主要風向為北風，平均風速達每秒2.6m，這一時期的風速變化范圍較大，從0.1m～7.3m/s不等，平均濕度在40.9%。

根據1～9月這一時期的PM2.5測量結果，樣本數為435個。結果如下：1、有機碳濃度平均值為11.2，標準偏差7.3，最小值1.6，最大值30.6；2、元素碳的平均值、標準偏差、最小值、最大值分別為5.9、4.9、0.3、20.4。

通過以上數據可以得知，在測試時期內PM2.5的有機碳比元素碳的平均值更高，并且呈現較大的變化幅度。有機、元素碳的平均值，分別為11.2ug/m3和5.9ug/m3，其中前者濃度變化范圍在1.6ug/m3～30.6ug/m3之間，后者變化范圍在0.3ug/m3～20.4ug/m3之間。將測量地區的有機碳與其他城市同時段的濃度相對比，低于B城（18.5ug/m3），高于C城（10.3ug/m3）。在元素碳濃度方面，測量地區低于B城（7.3ug/m3）、C城（8.4ug/m3）[1]。

根據這次測試，可以得知PM2.5濃度平均值為78ug/m3，有機碳與元素碳在PM2.5的比重分別為7.7%、14.6%，兩者質量相加相當于PM2.5質量的22.3%，由此可以得知兩個元素是PM2.5的重要組成部分。再進一步對于PM2.5與其他兩者進行分析，可以得知濕度對有機碳、元素碳的影響，它們的相關系數均>0.8.

根據有機碳、元素碳的產生來源分析，可以得知機動車以及燃煤設備是主要的排放單元。根據濕度對其他三者相關性分析，PM2.5受濕度影響最大，主要是因為其含有硫酸鹽、硝酸鹽等物質。

2、日段內有機碳和元素碳的變化特征

按一天24小時的有機碳、元素碳濃度分析，得出兩者的變化曲線，然后將不同時段的有機碳濃度除以元素碳濃度，由此得出該日段的變化曲線。根據某一日短的測量結果顯示，有機、元素碳在日漸的濃度變化相似，都是在夜間較高，而在日漸降低。此外在0：00～8：59這一時間段內，有機碳的濃度呈現下降趨勢。在9：00～17：59之間，濃度變化較小，處于全日較低水平，并從18點開始濃度才有所升高，并在0：00左右濃度達到最大值。

關于元素碳的濃度變化，則是從0：00開始逐漸降低濃度，這種下降趨勢持續到下午，然后再開始緩慢提升。若是排除該測量地區源排放問題，單純考慮天氣變化的因素，那么有機碳和元素碳的濃度變化規律是同步的[2]。

將12：00～17：59之間的有機碳的數據除以元素碳的數據，可以發現當前采暖強度較低，同時元素碳排量較少，除以得到的值較高。但是從18：00開始，下班高峰期到來，測量區域內的車流量和采暖強度也隨之增加，有機碳除以元素碳的值正逐步降低。在3：00～5：59之間，發現由于測量地區減少了人為活動，有機碳和元素碳兩者的排放量都顯著減少，其中后者的比例降得更大，相應的有機碳/元素碳的值有所增加。

為了進一步分析這種變化的原因，又根據PM2.5在該日短的數據，發現有機碳、元素碳濃度降低原因，發現與當時天氣變化大有很大的關系。選取的日段冷空氣頻繁影響，使得大風、下雪天氣并存，由此影響帶起活動中各種污染物的運動情況，所以呈現規律性不強的濃度變化特點。鑒于此，將測量的數據壓縮到3個小時內，以此降低測量數據分析不規律性的影響。這樣的操作方式，可以得知當日機動車、采暖以及天氣對當日空氣PM2.5中有機碳、元素碳的而影響，以及它們呈現的變化規律。

綜合上述，有機碳和元素碳占了PM2.5的22.3%的比重，對測量地區1～9月的數據結果顯示，有機碳、元素碳的平均濃度為11.2ug/m3、5.9ug/m3，產生來源主要是機動車和燃煤設備。針對某一日段的濃度變化曲線分析，發現兩者濃度變化保持著一致的規律，只有在發生變化情況明顯的天氣下，才會出現大的差異。

參考文獻

[1]張晶晶，張清花.昌吉市典型區域PM_（2.5）中有機碳和元素碳污染特征分析[J].新疆環境保護，2018，40（01）：24-26+32.

[2]李晶，曲健，李哲，等.沈陽市環境空氣PM_（2.5）中有機碳、元素碳的污染特征研究[J].環境保護與循環經濟，2018，38（01）：50-54.

作者簡介：

戴煒帥（1993-11-22）男，漢族，籍貫浙江樂清，學歷研究生 研究方向：大氣污染

（作者單位：浙江師范大學）