哈尔滨市大气中TSP、PM10和PM2.5相关性分析*

黄丽坤，王 琨，王广智，任 琼，李俊生

（1.哈尔滨商业大学 食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150076；2.哈尔滨工业大学 市政环境工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090）

哈尔滨市大气中TSP、PM10和PM2.5相关性分析*

黄丽坤1,2，王 琨2，王广智2，任 琼1，李俊生1

（1.哈尔滨商业大学 食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150076；2.哈尔滨工业大学 市政环境工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090）

对哈尔滨市大气环境中的TSP、PM10、PM2.5进行了采集和质量浓度的分析。实验结果表明：细颗粒（PM2.5）所占比例全年变化比较明显，1月、10月、11月和12月含量较高，均占到总量的55%以上，同时PM2.5/PM10也处于全年最高值，说明此期间细颗粒污染较为严重，环境危害较大；PM10含量全年变化相对稳定，PM10/TSP变化幅度仅为0.71～0.79，说明全年颗粒物质量分布的变化主要由PM2.5和PM2.5-10引起。根据TSP和PM10、PM10和PM2.5之间的相对关系曲线可以看出，两种大气颗粒物均来自相似的污染源，且污染源排放大气颗粒物的粒度分布长期比较稳定，而PM10和PM2.5的相关系数R值为0.973，也具备一定的相关性，可认为两者的变化趋势是一致的。

TSP；PM10；PM2.5；相关性

引言

随着经济的发展和城市化进程的不断加快，以城市为中心的大气污染问题日趋严重。许多大中城市，由于日益增多的汽车尾气排放和工业及采暖燃煤排放造成一次气溶胶和通过气粒转化形成的二次气溶胶排放量增加，可吸入颗粒物超标十分严重，并且污染程度具有持续上升趋势[1～4]。可见大气颗粒物已成为我国大多数城市的首要污染物，是影响城市空气质量的主要因素。

哈尔滨市位于我国最北端，是我国东北北部地区最大中心城市，也是我国纬度最高、气温最低的城市，作为我国老工业基地之一，城市重工业所占比重较大，特别是近年来受国家经济倾斜政策影响，工业经济迅速发展，城市化进程加快，而随之带来的是城市空气污染情形的不断恶化，同时受冬季低温影响，哈尔滨冬季供暖期可长达6～7个月，此期间的悬浮颗粒物污染更为严重。因此有必要对哈尔滨市大气颗粒物的组成及相对含量进行深入的研究。

1 实验材料与方法

1.1 样品采集

本研究所使用的采样仪器为武汉市天虹仪表有限责任公司生产的TH-150型智能中流量颗粒物采样器，分别用来采集TSP、PM10和PM2.5大气颗粒物。仪器可自动记录采样时温度、压力、采样累积体积、标况体积以及采样时间等，采样流量调节范围为80～130 L/min，准确度为±2.5%。滤膜为美国PALL公司生产的石英纤维滤膜，能耐1000℃的高温，具有极好的总量和结构的稳定性及低背景值。

采样器在采样点的摆放位置应根据国家规定的标准设置，采样高度以离地2～15m为原则，采样器的摆放不能受到周边其它建筑物、树木等障碍物的影响，且与主要障碍物之间的距离应为障碍物高度的10倍以上，采样点尽量要求水平45°之范围内，不要有任何阻隔物，以免影响悬浮颗粒的采集。采样结束后，记录仪器中显示的采样温度、压力、采样时间及采集的气体流量，另外为了保证滤膜不受污染，采集后的滤膜应立即放入塑封袋或密闭性较好的塑料盒中，带回实验室干燥保存，48h后进行称重。

1.2 颗粒物质量浓度分析

颗粒物在空气中的质量浓度是将采样后滤膜重量减去采样前滤膜重量得到的悬浮颗粒总重量，再除以采气体积，即可得到空气中颗粒物浓度，其计算过程如式（1）所示。

空气中颗粒物质量浓度可由下式计算：

式中C—颗粒物质量浓度（μg/m3）；

We—采集后滤膜重量（g）；

Ws—采集前滤膜重量（g）；

V—累积气体体积（m3）。

2 结果与讨论

2.1 三种粒径颗粒物相对含量分析

大气颗粒物的粒径不同产生的环境危害性也不同，特别是对人类身体健康会存在不同程度的威胁，粒径越小产生的危害性越大，因此有必要清楚不同时期各种粒径大气颗粒物的质量分布及其含量之间的相对关系，为环境质量评价和制定控制对策提供依据。尤其当条件受到限制时，不能对城市大范围进行颗粒物质量浓度的监测，本研究所得的大气颗粒物质量分布及相对含量关系式对问题的解决就具有更重要的意义[5-6]。表1所示为TSP、PM10和PM2.5在全年各月份的质量分布特征。

表1 三种粒径颗粒物相对含量Table 1 The relative contents of the particles with 3 kinds of particle size

从表中1可以看出，细颗粒（PM2.5）所占比例全年变化比较明显，1月、10月、11月和12月含量较高，均占到总量的55%以上，同时PM2.5/PM10也处于全年最高值，说明此期间细颗粒污染较为严重，环境危害较大；PM10含量全年变化相对稳定，PM10/TSP变化幅度仅为0.71～0.79。

因此可以得出结论，全年颗粒物质量分布的变化主要由细颗粒（PM2.5）和粗颗粒（PM2.5-10）引起，而粗细颗粒物浓度的变化由污染源性质、气象条件以及粒子间的物理和化学过程所决定，当这些条件发生变化时，颗粒物质量谱分布也随之发生变化[7-8]。

2.2 不同粒径大气颗粒物质量浓度相关性分析

图1 PM10与TSP相关性Fig.1 The correlation between PM10and TSP

图2 PM2.5与PM10相关性Fig.2 The correlation between PM2.5and PM10

TSP、PM10、PM2.5之间相关性分析可以验证彼此间的相对稳定性，找出它们之间相对含量的经验关系，若相关性较高，说明两种颗粒物的污染源相似，可由其中一种颗粒物浓度推估另一种。图1和图2所示为TSP和PM10、PM10和PM2.5之间的相对关系曲线及经验公式。从相关程度上来看，代表TSP和PM10相关性的R值达到了0.993，可以看出，两种大气颗粒物均来自相似的污染源，且污染源排放大气颗粒物的粒度分布长期比较稳定。而PM10和PM2.5的相关系数R值为0.973，也具备一定的相关性，可认为两者的变化趋势是一致的，但是由于PM2.5并非全部来自污染源的直接排放，有很大一部分为空气中气态、颗粒态经二次反应生成的二次气溶胶[9]，所以用相关性来判断贡献源的稳定性略显不足。

3 结论

哈尔滨市全年颗粒物质量分布的变化主要由细颗粒（PM2.5）和粗颗粒（PM2.5-10）引起，而粗细颗粒物浓度的变化由污染源性质、气象条件以及粒子间的物理和化学过程所决定。通过TSP、PM10、PM2.5之间的相关性分析验证彼此间的相对稳定性，并确定了相对含量的经验关系。根据TSP和PM10、PM10和PM2.5之间的相对关系曲线及经验公式，可以看出，两种大气颗粒物均来自相似的污染源，且污染源排放大气颗粒物的粒度分布长期比较稳定。而PM10和PM2.5的相关系数R值为0.973，也具备一定的相关性，可认为两者的变化趋势是一致的，但是由于PM2.5并非全部来自污染源的直接排放，有很大一部分为空气中气态、颗粒态经二次反应生成的二次气溶胶，因此本文结论可作为下一步污染源解析的依据。

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［9］鄢超.济南室内环境大气颗粒物数浓度及粒径分布特征研究［D］.山东大学,2012.

期刊征订信息

《化学与黏合》杂志，1964年创刊，由黑龙江省科学院石油化研究院主办。是报道石油化工、高分子材料、特别是合成胶黏剂行业的最新研究成果和最新技术成就的学术兼技术性刊物。 登载内容有：研究报告、实验简报、分析测试报告；专论与综述；化工技术、胶接工艺、科技成果推广和新产品应用实例等。 读者对象为从事相关专业基础理论研究和应用研究的科研、生产、应用、管理等人员。

订阅电话：0451-82639490 E-mail:hxynh@163.com

《中国胶粘剂》杂志，1986年创刊，杂志由上海市合成树脂研究所主办。主要报道中国国内外胶黏剂最新研究成果、基础研究、分析测试技术生产应用技术、发展动态、综述、专利介绍等。主要读者对象为从事胶黏剂管理、销售、生产、应用、研究、信息及高等院校教学人员等。

订阅电话：021-64821610 E-mail:bjb@chinaadhesives.com.cn

《粘接》杂志1980年创刊，由湖北省襄樊市胶粘技术研究所主办。是报道国内外胶黏剂及相关领域的最新理论、研究成果、实用技术的胶黏剂专业科技期刊。 是各大专院校师生、科研院所、胶黏剂生产厂家等从事胶黏剂研究、生产及应用人员的良师益友。

订阅电话：0710-3820811 E-mail:zhanjzz@263.net

《化学推进剂与高分子材料》杂志是由黎明化工研究设计院有限责任公司主办，主要报道聚氨酯、工程塑料等高分子材料，化学推进剂原材料以及精细化工等相应专业研究论文、专论与综述、生产实践经验总结、新产品和新知识介绍、国内外科技信息及市场动态等。

订阅电话：0379-62301691 E-mail:hxtjjbjb@hotmail.com

Analysis of the Correlation of TSP,PM10 and PM2.5 in Harbin Atmosphere

HUANG Li-kun1,2,WANG Kun2,WANG Guang-zhi2,REN Qiong1and LI Jun-sheng1
（1.College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China;2.College of municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,China）

The TSP,PM10,PM2.5data from the atmospheric environment in Harbin were sampled and the mass concentration was analyzed.The experimental results showed that the proportion changes of the fine particles（PM2.5）were more obvious and higher in January,October,November and December,in which accounted for more than 55%of the total atmospheric particulate matter,while the PM2.5/PM10was also the highest.It was indicated that the fine particle pollution was serious during this period and had a great harm to environment.The content change of PM10was relatively stable throughout the year and the variation range of PM10/TSP was only from 0.71 to 0.79,which indicated that the mass distribution variations of the particle were mainly caused by PM2.5and PM2.5-10.According to the correlation curve between TSP and PM10,PM10and PM2.5,it could be seen that these two kinds of atmospheric particles were from similar pollution sources,and the size distribution of atmospheric particulate from the pollution source were stable for a long time.The coefficient correlation between PM10and the PM2.5was 0.973,which showed a certain relationship and could be considered as having a same variation trend.

TSP;PM10;PM2.5;correlation

X501

B

1001-0017（2014）06-0463-03

2014-08-26 *基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目（编号：12521141）

黄丽坤（1980-），女，吉林辉南人，博士，副教授，主要从事环境污染防治研究工作，E-mail:hlk1980@163.com。