宁夏地区大气颗粒物中多环芳烃的污染分布特征研究

王慧 韩春景 韩春香(宁夏泽瑞隆环保技术有限公司，宁夏 银川 750005)

0 引言

社会的进步推动了科技研究的发展领域与其侧重点，PAHs的研究方式与重点进行了质的过度变化，且日益发展。目前对于城市化管理方面的研究已然替代了先前乡村式的研究，主要的研究内容也转向了对生态环境影响的研究，大的方向为：城市交通污染、工业垃圾污染、焚烧污染，空气指数检测等指标体系，对PAHs的主要来源及其散布轨迹的研究也逐渐变得重要，还包括对居住环境以及水源的研究也日益凸显。经研究表明，对宁夏等地区城市来说，日益增长的人口、加快的城市化进程以及人均消费水平的提高等大多因素决定了PAHs在城市地区的排放和分布。

1 样品的采集

1.1 样品采集方法

空气中PAHs的采样方法多种多样，每一种都有其优点和缺陷，一般分为主动采样(active sampling)和被动采样(passive sampling)两种。对于其各自的利弊不能一言以避之，应该采取辩证分析法以及实际情况对二者做出选择。

1.2 样品的采集

样品采集一般采用现代化器械对采样点的数据指标进行采集，市面上有众多的采样器械设备，合理选择适合本研究的设备厂商制造的器械进行相应的研究。本研究最终选择了青岛金仕达电子有限公司，其生产制造的产品KB-1000型大流量大气采样设备精度高，便于实验。本研究利用该仪器来进行对试验区空气样本的收集与采样。影响本次实验研究的主要数据标本为-空气中被颗粒态的PM10所吸附的PAHs玻璃纤维滤膜。

1.3 样品的预处理

经过详细的实验操作以及对数据的整理分析，接下来，对实验样品进行预处理如下：

(1)前期处理。使用具塞磨口锥形瓶称取10g土，置于实验瓶中放置；于回收率指示物标记样品中加入PAHs；加活性铜片脱硫，计量为2g；将200mL二氯甲烷与丙酮进行比例混合，体积比为1:1。

(2)中期处理。温度控制：对水浴的温度使用冰块来进行控制，控制温度：40℃，控制时间：1h；超声波操作：过滤平底烧瓶内的有机溶液，量度：500mL，操作：超声提取，操作时间：30min，操作次数：3次完整实验。

(3)后期处理。合并实验提取物，转移样品，转移地点：实验旋转蒸发仪；实验环境：温度30℃、量程130bar: 空气含量为真空；浓缩结果量度：3～4mL，后将其转移到离心管中，并加入相同剂量的浓硫酸进行磺化。分离实验：对样品进行分析；实验操作：更换提取液为环已烷，使用硅胶层析柱分离样品。溶液比例为50mL V(正戊烷):V(二氯甲烷)=1:2。最后分离得到烷烃、多环芳烃等极性组分。最后在平底烧瓶中盛放多环芳烃的组分物质；浓缩蒸发量：10mL，使用N2浓缩至1mL；保存环境：冷冻与低温试验箱。

参照8300和EPA8100的方法对SPMD进行综合性实验预处理，主要分为提取、脱硫、抽提、净化、浓缩、分析等步骤，具体实验操作如下：

(1)脱硫。用滤纸将经过实验采集PAHs后的SPMD进行包裹；加入2g铜片进行样本脱硫操作，然后进行抽提操作。

(2)抽提。实验溶剂：150mL的二氯甲烷(CH2Cl2)；实验操作时间：48h；抽提具体操作：等待溶液在旋转蒸发器浓缩至5～10mL；加入10～15mL的正己烷，加入次数：3次；浓缩量度：1mL；之后将压缩溶液倒入5mL样品瓶进行抽提操作。

(3)分离。使用硅胶一氧化铝对层析柱中的活化硅胶进行分离净化，操作：冲洗：首先冲洗50mL V(正己烷):V(二氯甲烷)=1:1的混合液；分析：将浓缩后的冲洗液转移至1mL的样品瓶中进行定量分析；分析办法：基于HPLC的实验方法进行整个实验样品的分析归纳。

2 结果与讨论

2.1 宁夏地区大气中多环芳烃的分布特征

气相以及颗粒相方式这两种形式是大气中的PAHs存在的主要方式，本研究对宁夏地区的两种形式的PAHs的相对数量进行了综合性的系统研究分析，主要有两种对应的表现方式：其一种为来自气相的代表，主要研究内容是国槐叶和SPMD；另外一种就是PM10的相对含量，其主要的存在形式是颗粒相。

实验具体的操作过程是，通过对宁夏地区包括宝湖路、地质勘察院、仙桃高中、金丰路、宁夏报业、凯能实业、制药厂和印刷厂这8个采集点的实验研究，将这8个采集点采集到的国槐叶片的实验标本与SPMD中的PAHs进行数据行对比。在具体的实验操作中，由于环境气候及人为等一系列不可避免地问题影响下，对实验中国槐叶SPMD以及PAHs的样本数据的采集，只在实验点中进行采集，而不能跨区域进行采集。对实验PM10样品的采集也只能在凯能实业、制药厂和印刷厂3个采集点进行实验数据的采集，但是采集结果和实验预期基本吻合。

2.2 SPMD和国槐叶中多环芳烃的总量分布特征

宁夏地区SPMD和国槐叶中PAHs的空间分布如图1所示。对于气态化合物和溶解态化合物的采集来说，二者是对于SPMD的技术来说最为关键的两部分。由图1可知，对于宁夏地区的气态多环芳烃的浓度范围表现一般为420～929ng/d。其中工业区的制药厂含量最高，仙桃高中含量最低，相比之下其二者总量的差异比是1.2倍。而对于宁夏报业这个传统行业，在SPMD中的含量却也是相对来说是比较高的，这可能是因为在采样过程中，实验采样点的地理位置偏向于居民生活区，所以该区的SPMD含量比较高，这是该区生活的居民对其PAHs所带来的影响。该实验结果与山东477ng/d、佛山416ng/d、顺德301ng/d的SPMD含量范围只有少部分的偏颇，也就是实验证明各地都是处于中等污染程度的地区，通过刘国卿等人对PUF被动采样技术的研究为基本参照，可以对宁夏地区的大气污染防治起到一定的指导性建议。

图1 宁夏地区大气中SPMD与树叶中 PAHs 的含量分布

2.3 颗粒态多环芳烃的组分分布特征

图2为宁夏地区大气颗粒相中PAHs的平均组成分布图。可知，对于颗粒相中的PAHs来说，其组分的浓度特征主要表现在：(1)分子量大，不易挥发，故而其在宁夏地区的偏远地区的存在指标相对比较大；(2)指标浓度大。该分子的指标量在数据研究中占据主要的相对量，在数量级别上与其他物质是没有太大的差异的，其指标占颗粒相总分子数浓度的54%。接下来占比最大的是4环内分子量化合物，占总分子数的39%，其在整体的数值研究中的占比也是非常多的，具有较高的研究意义。而对于仅占总分子数的10%的2环化合物来说，其含量相对来说就是比较少的。这些化合物共同组成了大气颗粒相，其与PAHs含量较高的国槐树叶中的组分不同，但是和SPMD中国槐树叶的组分分布则非常接近，而对于PAHs中含量值最高的有机化合物则是颗粒态燃煤标志物(BaA)化合物。

图2 宁夏地区大气颗粒相中PAHs的平均组成分布

3 结语

本文研究分析了宁夏地区关于气态和颗粒态的多环芳烃的分布特征，根据实验结果以及分析，现对宁夏地区大气颗粒物中多环芳烃污染分布特征研究做出如下结论：(1)大气污染颗粒相中PAHs总量在其整个研究区处于一个中等情况的污染水平。PAHs的分布情况主要是以分子量大、不易挥发的城区为主要污染源。(2)研究通过对特征源的比值进行相关性的具体分析，总结了宁夏地区大气中PAHs的主要来源就是通过石油的污染源以及煤炭不完全燃烧污染源所造成的。而对于偏远的工业区的大气中，PAHs的来源主要是因为煤燃烧不充分所带来的污染性影响。