伊宁市采暖期 PM2.5载带主要水溶性无机离子特征分析

胡锋，王兴磊，刘云庆，加娜尔

(1.污染物化学与环境治理重点实验室 伊犁师范学院化学与环境科学学院，新疆 伊宁，835000；2.伊犁州环境监测站 监测分析室，新疆 伊宁，835000；)

大气颗粒物是影响我国西部城市空气质量的重要污染物之一[1]。很多研究表明细颗粒物(PM2.5)严重危害人类的健康[2]。近年来国内外众多研究者广泛关注PM2.5研究表明[3-5]，如果水溶性无机组分占到城市大气PM2.5质量的三分之一以上，对大气降水的酸碱度有直接的影响，增加有毒有害物质在人体内吸收。对水溶性离子分析，在一定程度上反映这个地区环境的污染特征。伊宁市为西部边陲重要城市，市区基本采用燃煤集中供暖方式(城中村除外)，研究采暖期间PM2.5中水溶性离子的组成、阴阳离子平衡及离子结合方式等，对于追踪PM2.5的来源具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 样品采集

采样点选择在伊犁州环保局大楼楼顶(43°92′N，81°23′E，125m)，离地面约15m，离南环路300m，附近无工厂企业，该采样点可作为伊宁市中心城区大气和交通干线的代表点。PM2.5样品同步采集于2016年11月25日至2017年2月27日，为连续采样周期。预先将玻璃纤维滤膜于450℃恒温灼烧4h，冷却后放置于干燥皿中备用。采用TH-150C型中流量PM2.5切割头进行采样，采样流量为100L/min，记录下现场温度、气压等气象参数。滤膜采样后，须放入恒温恒湿实验箱中平衡24h。取滤膜面积的1/4剪成碎片，置于10ml具塞管中，加入高纯去离子水5ml，超声提取30min，用孔径0.45μm滤膜过滤提取液，用离子色谱法进行分析。同样方法对空白膜和样品加标膜进行超声提取和测定，并计算加标回收率,同时做加标回收率实验。结果表明，在此条件下，8种水溶性离子的回收率在83.5%～101.2%之间，符合实验要求。

2 结果与讨论

2.1 PM2.5 浓度水平

观测期间 PM2.5质量浓度变化趋势如图1所示，42个样品的PM2.5，总平均质量浓度为54.9μg/m3，低于我国《环境空气质量标准》(GB3095-2012)日平均二级标准(75μg/m3)，为一级标准(35μg/m3)的1.57倍。低于北京(115.8μg/m3，2014)[6]、 西安(142.6μg/m3，2010)[7]、 成都(165.1μg/m3，2013)[8]、广州(76.8μg/m3，2014)[9]等国内大城市。相比之下，伊宁市采暖期大气PM2.5浓度总体污染程度较轻。

图1 PM2.5质量浓度日变化趋势Fig.1 Daily variation of PM2.5 mass concentration

从2017年1月15日到2月17日，PM2.5平均质量浓度(153μg/m3)较高，1月16日达到259μg/m3，是整个观测期间浓度最高日，说明当日PM2.5污染较为严重。而且此期间PM2.5浓度波动幅度较大，随后呈逐渐递减趋势。2月17日后，出现较大幅度的降低。查阅观测期间天气条件可知，2月18日发布大风蓝色预警信号，对PM2.5浓度下降起到很大作用。

2.2 主要水溶性离子浓度分析

表1、表2分别列出了伊宁市采暖期PM2.5样品中主要水溶性离子浓度及国内部分城市水溶性离子的浓度。伊宁市采暖期大气水溶性离子总浓度平均值为6.44μg/m3，最大值和最小值分别为16.9μg/m3和3.83μg/m3，采暖期PM2.5中总水溶性离子占比为11.7%，其中水溶性阳离子占比为2.8%，水溶性阴离子占比为8.9%。

表1 采暖期PM2.5样品中主要水溶性离子浓度值(μg/m3)Table 1 Statistics of main soluble ions concentrations in atmospheric PM2.5 during the heating season(μg/m3)

表2 国内其他地方采暖期PM2.5样品中主要水溶性离子浓度值(μg/m3)Table 2 Concentrations of primary water-soluble ions in PM2.5 samples in otherplaces of China during the heating period(μg/m3)

2.4 采暖期 PM2.5中水溶性离子的阴阳离子平衡

大气颗粒物的酸碱性常用离子平衡来评价[13-14]，阴离子和阳离子电荷摩尔数的比值来确定颗粒物的酸碱性，比值>1，颗粒物呈酸性；比值<1，颗粒物呈碱性。本研究利用阴阳离子当量公式计算出样品中阴阳离子平衡情况，所用的阴阳离子当量公式如下：

样品测试数据的有效性可以通过阴离子和阳离子的相关性来反映，根据图2，伊宁市城区冬季采暖期PM2.5中阴、阳离子的相关性较好，系数R2为0.81，表明所分析的离子具有一定代表性，可以代表采暖期PM2.5中主要水溶性组分，方程的斜率K= 0.529，即 AE/CE<1，说明PM2.5中阴离子相对亏损，PM2.5组分偏碱性。这与兰州[11]、南京[15]等城市的研究略有区别。查阅同期酸雨的pH值，呈弱碱性，本研究数据得到一定印证。

(1)

(2)

图2 伊宁市城区采暖期PM2.5中水溶性阴阳离子的相关性Fig.2 Correlation between water soluble anions and cations in PM2. 5 during heating period in Yining City

2.5 PM2.5中主要WSIN的结合方式

表2 伊宁市采暖期 PM2.5样品中WSIN相关系数表(n=42)

注：**表示在置信度(双测)为0.01时，相关性显著；*表示在置信度(双测)为0.05时，相关性显著。

伊宁市位于我国西部内陆地区，远离海洋，受海洋等自然因素影响很小，所以伊宁市大气PM2.5中的Cl-主要来源以燃煤源为主，其次工业排放等。Cl-可能与K+和Na+结合成少量的KCl 和 NaCl。采暖期施工地停工、大雪盖地，由扬尘和建筑尘等产生的Ca2+和Mg2+等阳离子的相对含量很低。这与国内其他城市的研究结果有差异，生成的钙盐、镁盐远低于济南、邯郸和西安[2-6]等城市。

综上所述，根据离子间的相关性分析显示，NH4NO3、(NH4)2SO4、NH4HSO4、NH4Cl可能是伊宁市PM2.5样品中WSIN主要的结合方式，此外还存在一部分的 KNO3、NaNO3、K2SO4、Na2SO4、KCl 和 NaCl 的结合。仅从水溶性离子的含量来看，采暖期伊宁市PM2.5中水溶性离子的平均污染程度轻于国内主要城市，但仍然不能忽视。

3 结论

2)伊宁市冬季采暖期PM2.5中水溶性阴阳离子不平衡，总体是阴离子亏损，颗粒物偏碱性。这可能因为伊宁市采暖期较干燥寒冷，不利于水份参与SO2通过液相反应生成H2SO4有关，但也应该引起重视采暖排放的污染物可以导致WSIN酸度的变化。