成都市东区大气颗粒物PM2.5水溶性离子特征

张梦+黄艺+苏挺+程馨

摘 要：大气颗粒物正成为威胁人类健康和自然环境的首要污染物。为了更好地了解成都市东区PM2.5水溶性离子来源及对其相关性制定控制政策和实施减排措施提出意见，本文系统地对PM2.5水溶性离子特征进行了描述。结果表明：水溶性离子浓度从大到小顺序为：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。季节分布特征是冬季>春季>秋季>夏季。进行源解析表明：其来源主要是煤的燃烧。

关键词：大气颗粒物；PM2.5；水溶性离子；源解析

1 概述

空气污染仍然是明显威胁全球健康的存在[1]。成都市总体风速小，静风频率高，常年存在逆温现象，为全国两大静风区之一，不利于大气污染的水平和垂直扩散。空气污染是这个城市的一个严重问题。

水溶性离子是大气颗粒物的一类重要组分，其在大气颗粒物中的含量有可能达到其总质量浓度的60%-70%[2]，其浓度可以随着气象条件、季节变换及污染强度的改变而发生一定的变化[3]。PM2.5中水溶性物种具有亲水性，能促使云的凝结核的形成，从而对气候产生影响[4]。水溶性组分非常容易被人体吸收[5]，能对人体造成一定的危害。陈源等[6]2015年对成都市大气细颗粒物中水溶性无机离子的污染特征进行了研究，表明在采样期间，水溶性无机离子占PM2.5总质量浓度的48.9% 14.7%，其中以二次无机离子SO42-，NO3-和NH4+为主。张燕美[7]等人对成都市青羊区雾霾期间大气PM10样品进行了分析，发现NO3-、SO42-、NH4+是其水溶性离子的主要成分，约占水溶性离子的80%，表明二次无机离子污染严重。

本文重点研究了成都市东区大气颗粒物PM2.5水溶性离子的季节分布特征，从而为了更好地了解成都市东区PM2.5的水溶性离子来源提供了借鉴。

2 分析方法

剪取约1/4的样品，放入50ml PET瓶中，加入10ml的超纯水，放入超声清洗器中，温度50℃，功率50%下超声1h，关闭电源，取出，再放入水浴振荡器中室温震荡1h，关闭电源。空白膜和试剂空白做相同处理。

取出PET瓶，用注射器进行样品的过滤，采用滤孔为0.22μm的滤头。在4℃的条件下，保存至上机测试。上机采用瑞士万通792型离子色谱仪，阴离子柱型号为MetrosepA Supp 5-150/4.0，阳离子柱型号为Metrosep C 4-150。上机测定F-，Cl-，NO3-，SO42-四种阴离子和Na+，NH4+，K+，Ca2+，Mg2+五种阳离子的浓度，阴阳离子标准曲线R2=0.999。

3 结果与讨论

阴阳离子浓度见表1。

从上表可以看出：研究区PM2.5中的水溶性离子年均浓度从大到小顺序为：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

分别对各个季节的水溶性离子浓度百分比进行计算，结合数据做出如图1。从图可以看出，PM2.5中的水溶性离子季节分布特征是冬季>春季>秋季>夏季，且在各个季节，水溶性离子浓度百分比从大到小顺序都为：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

4 源解析

主成分分析方法[8，9]是一种降维的分析方法，把多指标转化为少数几个综合指标，最后推测出颗粒物的主成分类别、贡献量及贡献率，不需要事先输入源谱，可以辨识一些被遗漏掉的重要来源且操作简单方便。

利用主成分分析法进行研究区PM2.5水溶性离子源解析，结果见表2。

从表2可以看出，成分1中的As、Cd、Cu、Pb、Zn具有较大的因子载荷。研究表明[10]：熔炉、钢铁生产排放的Pb、Cd、As等元素是城市空气中相关重金属的主要来源，大气中的Ni主要来源于自然环境，也来源于工业冶金，Cr主要来自于冶金工业，Cu[11]主要来源于焦炭的粉尘、钢铁厂熔炉的废气。结合研究区为成都市东区属于工业区，故其可能来源于煤炭的燃烧、工厂的废气排放、液化石油的燃烧。成都属于第二大汽车城市，故Cd、Pb、Zn主要来源于燃油、汽车尾气和橡胶轮胎的磨损[12]。成都市土壤本底值Cd高[13]，故其可能来源于土壤扬尘。V具有中等载荷，但其富集因子小于10，故其很有可能来源于土壤风沙尘或者来自于液化石油的燃烧。Cr和Ni因子载荷较小，其富集因子小于10，Cr可能来源于燃煤电厂的排放和工业冶金。

5 结束语

成都市东区大气颗粒物PM2.5水溶性离子研究表明：

（1）水溶性离子浓度年均从大到小顺序为：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

（2）季节分布特征是冬季>春季>秋季>夏季，且在各个季节，水溶性离子浓度百分比从大到小顺序都为：SO42->NO3->NH4+>Ca2+>K+>Cl->Na+>Mg2+>F-。

（3）源解析结果表明：研究区PM2.5水溶性离子主要来源于煤的燃烧，其次是土壤风沙尘、冶金工业、钢铁厂废气的排放以及汽车尾气和橡胶轮胎的磨损。

参考文献

[1]MAO Jie-tai， ZHANG Jun-hua， and WANG Mei-hua， ActaMeteorologicaSinnca[J].2002， 60 （5） ： 625.

[2]張丹.重庆市主城区可吸入颗粒物的来源解析[D].成都：西南大学，2007.

[3]Leibler L. Theory of microphase separation in block copolymers [J].Macromolecules， 1980， 13（6）：1602-1617.

[4]余学春，贺克斌，马永亮，等.北京市PM2.5水溶性有机物污染特[J].中国环境科学，2004，24（1）：53-57.

[5]李友谊，肖化云，刘学炎，等.贵阳市大气总悬浮颗粒物（TSP）中水溶性无机离子的化学特性及季节变化特征[J].矿物岩石地球化学通报，2008，27（1）：43-49.

[6]陈源，谢绍东，罗彬.成都市大气细颗粒物中水溶性无机离子的污染特征[J].中国环境科学学会学术年会论文集——大气污染物综合防控治理技术，2015.

[7]张燕美，李金娟，张维，等.成都市一次重雾霾天气PM10中水溶性离子污染特征[J].地球与化学，2016，44（2）：219-224.

[8]Gorden G E. Recept or models[J].Environ SciTechnol， 1988， 22（10）： 1132～1142.

[9]Dzubay T G， Gordon G E， Courtney W J et al. A composite receptor method applied to Philadelphia aerosol[J].Environ SciTechnol， 1988， 22（1）： 6-52.

[10]唐孝炎，张远航，邵敏.大气环境化学[M].北京：高等教育出版社，2006.

[11]杨勇杰，王跃思，温天雪，等.鼎湖山PM2.5中化学元素的组成及浓度特征和来源[J].环境科学，2009，30（4）：987-992.

[12]HU X， ZHANG Y， DING Z， et al. Bioaccessibility and health risk of arsenic and heavy metals （ Cd， Co， Cr， Cu， Ni， Pb， Zn and Mn） in TSP and PM2.5 in Nanjing， China[J].Atmospheric Environment， 2012（57）：146-152.

[13]施泽明，倪师军，张成江.不同粒径近地表大气尘元素分配规律研究——以成都经济区为例[J].生态环境，2007，16（6）：1590-1596.