长三角地区大气PM2.5水溶性离子与水溶性有机碳分析

论文总字数：23093字

目 录

1 绪论 1

1.1 研究背景及意义

1.2国内外研究进展

1.3 本文研究目的与内容

1.3.1 研究目的

1.3.2研究内容

1.4采样点污染概况

2 实验方法与仪器 5

2.1实验方法

2.1.1样品采集

2.1.2样品预处理

2.2实验试剂与仪器

2.2.1 离子色谱仪

2.2.2有机碳分析仪

2.2.3 热光碳分析仪

3 结果与讨论 10

3.1 PM_2.5质量浓度

3.2水溶性离子分析

3.2.1水溶性离子浓度水平

3.2.2水溶性离子来源分析

3.2.3 阴阳离子电离平衡

3.3水溶性有机碳分析

3.3.1 OC、EC、WSOC的浓度水平

3.3.2 OC/EC比值

3.3.3　WSOC与OC、EC和SOC的相关性分析

4 结论 17

参考文献 18

致谢 20

长三角地区PM_2.5中水溶性离子和有机碳分析

韩放

,China

Abstract： In order to explore the water-soluble ions and Organic Carbon in PM_2.5 over Yangtze River Delta region,this paper mainly concentrates on a typical city in Yangtze River Delta region named Yangzhou Hanjiang,of which the samples are colleceted by TSP large flow sampling instrument.Ion chromatograph is used for the analysis of water soluble ions while the total organic carbon analyzer and the thermal optical carbon are used for the analysis of the concentration of WSOC,organic carbon(OC),and element carbon(EC),respectively.The results show that ,nine kinds of common water-soluble ionic concentrations in descending order are NO ₃^-＞SO₄^2-＞NH₄ ＞Ca² ＞CL^- ＞ K ＞Na ＞F ^-＞Mg² . secondary inorganic species NO ₃^-，SO₄^2-and NH₄ were the major components of water-soluble ions in pm2.5 ，and amounting to39.93% of mass concentration. Soil dust is the main source of Mg² and Ca² while fossil fuel combustion is the main source of NO₃^-and SO₄^2-；The average concentration of OC and EC is 14.8±7.6μg/cm³ and 5.4±1.8μg/cm³.A good correlation is observed between OC,SOC and WSOC which proved that the major component of WSOC are secondary pollutants.

Key words：Yangtze River Delta、Air Pollution、PM2. 5、water soluble ions、water soluble Organic Carbon

1 绪论

1.1 研究背景及意义

近年来，长江三角洲地区城市化和工业化进程的迅猛发展，在给人类生活带来便利的同时也对环境造成了一系列污染，特别是日益加剧的雾霾天气，严重影响了人类的生存环境与正常生产，危害着人类的身体健康。

研究表明，灰霾中的绝大部分的有害元素和化合物都富集在细粒子上，并且随着细粒子粒径的降低，粒子在大气中的保留时间和在呼吸系统的吸收率随之增加，因此，PM_2.5被认定为灰霾的首要污染物^[1]，大气颗粒物在光化学烟雾，臭氧层损耗和酸雨的形成上都起着至关重要的作用，对气候和人体健康的影响都不容小觑。水溶性离子是可吸入颗粒物的重要化学组成成分之一， 能够影响颗粒物的形成和性质，它可以和大气中很多有害物质发生化学反应，增加对人体的危害，因此对大气细粒子及其中的水溶性离子的研究显得格外迫切；而有机碳对人体健康会产生巨大危害，可诱发呼吸系统、心血管疾病和机体突变等疾病^[2]，有机碳中的正构烷烃、多环芳烃、有机酸、羰基化合物( 醛类、酮类) 及杂环化合物等均为有毒物质^[3]，部分甚至具有较强的致癌性。除此之外，部分水溶性有机碳还会对气溶胶与云的相互作用有着十分重要的影响。因此分析和研究PM_2.5中的水溶性离子和水溶性有机碳是大气化学研究的重要方向之一。扬州作为长三角城市群中重要的综合性工业生产基地和交通枢纽，机动车的保有量、工业废气和建筑扬尘等人为源的排放不断的增加，大气气溶胶污染状况一直比较严重，逐渐引起了社会的关注。

文本主要在长三角核心地区扬州市进行颗粒物实地采样，运用离子色谱法研究PM_2.5中水溶性离子，了解水溶性离子的主要成分和浓度水平，并利用它们之间的相关性探讨主要来源。同时用总有机碳分析仪和热光碳分析仪测定PM_2.5中水溶性有机碳的浓度特征，探讨其可能的来源，为采取有针对性的治理提供方法措施为城市大气污染治理提供理论依据，对改善大气环境、保障人体健康具有实际意义。

1.2国内外研究进展

目前我国对PM_2.5的研究还存在着很多不足，首先是我国关于PM_2.5的研究工作起步比较晚，缺乏检测资料，所开展的研究都是局部性和试探性的，缺乏系统性和连续性，长期连续跨季节的样品分析还很少。其次是对PM_2.5中的水溶性成分的研究和分析多侧重于组成分析，季节变化和粒径分布，对水溶性离子和有机碳之间关联研究偏少。我国关于PM_2.5污染现状及源解析研究得出的主要结论有：（1）我国PM_2.5呈现明显的时空分布特征，PM_2.5高值区主要分布在四川盆地，华北平原和长三角城市群，各城市的PM_2.5浓度季节变化大致为冬＞春＞秋＞夏。（2）燃煤源，工业源，汽车尾气是对PM_2.5有明显贡献的主要排放源类，工业尾气对PM_2.5的贡献大多在10%-30%。（3）要想对PM_2.5的污染状况有清楚的认识，需要进行大规模和系统性的研究监测。而由于缺乏详尽的PM_2.5源清单，再加上源解析的工作采用方法不同，不确定性较大^[4]。

而国外对于PM_2.5环境行为研究起步比我国更早，从上世纪80年代起，美国环保局就率先颁布了PM_2.5 的空气质量标准，它为PM_2.5的年均浓度和日均浓度都规定了一个限值，分别为15ug/m³和65ug/m³，并在16年将标准制定的更为严格，将日均浓度限值降为35ug/m³，之后其它的欧美及亚洲国家、澳大利亚等也都陆续出台相应的空气质量标准，而且在颗粒物组成结构和源解析等方面做了也很多的工作^[5]。我国于2012年1月29日颁布了最新的空气质量标准，并将PM_2.5的质量浓度纳入其中，它将年均浓度限值设定为35 μg/m³，将日均浓度限值设定为75 μg/m³。而在有机碳的检测分析等方面，我国多依赖于国外的技术标准，要想开展一些大规模的颗粒物成分分析和源解析等工作，需要相关人员加强对采样技术的研制开发。

总体来看，尽管对于PM_2.5中水溶性离子和水溶性有机碳研究，国内外都取得了一些进展，但仍需要引起足够的重视，以期能早日突破实验室条件的限制，为创造美好的生态和生活环境保驾护航。

1.3 本文研究目的与内容

1.3.1 研究目的

本研究于2015年11月13日—2016年3月6日期间在扬州地区开展大气颗粒物采样工作，得到三个月的滤膜样品，利用离子色谱仪、热光碳分析仪和TOC/TN分析仪等仪器对扬州地区的样品进行离线分析，得出PM_2.5中水溶性离子和有机碳的浓度水平和来源特征，以期能为有效控制颗粒物的污染提供一些科学依据。

1.3.2研究内容

近年来，随着我国大气颗粒物污染局势愈发险峻，长三角地区的很多重要城市都开展了一些关于PM_2.5中水溶性离子和含碳物质的研究。本文选取扬州为站点，利用TSP大流量采样器在扬州邗江市环保局进行采样，并利用离子色谱仪和有机碳分析仪对扬州站点的大气颗粒物中的水溶性离子和有机碳进行分析。

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