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《清华大学》 2004年
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北京PM_(2.5)水溶性物种污染特征及来源解析

余学春  
【摘要】:本论文通过对样品预处理条件(去离子水用量、超声提取时间与次数等)及分析条件(分析柱匹配、淋洗液梯度设定等)的摸索,建立了一套同步测定颗粒物中7种无机阴离子及15种水溶性有机酸的离子色谱分析方法,使对颗粒物中水溶性二元羧酸的测定范围由目前的C2~C6拓宽至C2~C12,且在分析时间、样品回收率等分析指标方面也有较大的提高。同时,在北京市选择3个典型采样点(车公庄、清华园及昌平),在持续2年多(2001.3~2003.6)的时间里进行了PM2.5的小流量连续采样、中流量加密采样及分级采样,并用本研究建立的同步测定方法,对PM2.5中各水溶性物种含量进行了测定。在此基础上,对北京PM2.5水溶性物种组成、浓度水平、时空变化、粒径分布、气-固分配等污染特征及来源解析进行了研究,得出如下结论:(1) SO42-、NO3-及NH4+为北京大气PM2.5中主要的水溶性离子物种,三者浓度之和占PM2.5质量浓度21%,其它无机离子占7%,水溶性有机酸占1.7%。在水溶性有机酸中,乙二酸含量最丰。(2) 各水溶性物种大致分布在三个模态:0.7(m左右的液滴模态、2(m左右及5(m左右的粗模态。除Na+、Ca2+、Mg2+在粗、细模态中大致各占50%左右外,其它组分绝大多数分配在细模态中。(3) 阴、阳离子在大部分粒径范围并不平衡,仅在3.3(m左右接近平衡。在小于3.3(m颗粒物中,阴离子过剩,颗粒物显酸性;在大于3.3(m的颗粒物中,阳离子过剩,颗粒物显弱碱性。(4) Denuder实验表明:甲酸、乙酸、亚硝酸分别约有12%、14%、8%存在于颗粒态,乙二酸、硝酸分别约有31%、26%存在于气态。(5) 多重线性回归分析表明:SO42-的浓度与湿度相关性较强,说明液相反应为SO42-的重要形成途径;NO3-、C2O42-浓度与O3及湿度相关性较强,说明气相反应和液相反应均为NO3-、C2O42-的重要形成途径。(6) 因子分析结果发现:北京PM2.5水溶性无机物有43%来源于经由复杂的大气化学反应而形成的二次污染物、20%来源于土壤、11%来源于工业和机动车排放、7%来源于海盐;水溶性有机酸有51%来源于植物排放和生物质燃烧、39%来源于VOCs的大气光化学氧化而形成的二次污染物。(7) 扩散模型模拟发现:外来源对北京市区PM2.5中SO42-、NO3-、NH4+的浓度影响最大,分别贡献57%、58%和69%;工业污染源和采暖锅炉对市区PM2.5中SO42-、NO3-、 WP=5 NH4+浓度贡献分别为29%、13%和17%;机动车对市区PM2.5中SO42-、NO3-、NH4+浓度贡献分别为4%、27%和10%。
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