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SHIYANYANJIU沈阳市大气不同粒径的颗粒物离子组成研究

李振，许祥明，徐东林，庄晓虹(辽宁大学环境学院，辽宁 沈阳 110036)

摘要：本研究采用手持式8532型气溶胶监测仪，通过在沈阳市崇山中路交叉口的交通岗处对不同粒径颗粒物（PM1、PM2.5、PM4、PM10）

进行了连续监测，分析了可吸入颗粒物离子组成进行分析和讨论，本研究属沈阳市大气研究项目，旨在对不同污染源贡献率进行分析，了解沈阳市大气污染现状，以便为制定合理的环境政策而服务。关键词：沈阳市；大气颗粒物；离子；机动车尾气中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X(2019)03-0100-02DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.03.058

Study on the composition of particulate matter in different particle sizes of Shenyang CityLi Zhen,Xu Xiangming, Xu Donglin, Zhuang Xiaohong(College of Environmental Sciences,Liaoning University,Shenyang Liaoning 110036,China)

Abstract:This study used a handheld 8532 aerosol monitor to continuously monitor different particle sizes (PM1, PM2.5, PM4, PM10) at the intersection of

Chongshan Middle Road in Shenyang. The composition of inhalable particulate ions is analyzed and discussed. This study is a Shenyang atmospheric research project, which aims to analyze the contribution rate of different pollution sources and understand the status of air pollution in Shenyang in order to provide a reasonable environmental policy.Key words:Shenyang City;Atmospheric particulate matter;Ion;Motor vehicle exhaust

本次研究的主要研究对象为PM1、PM2.5、PM4、PM10四种大气污染颗粒物，对交通干道周围的大气颗粒物进行阶段性采样，通过对大气颗粒物的浓度，走势进行分析，对四种大气污染颗粒物进行污染源解析。本次研究，对交通主干道（交通繁忙路段）和辽大家属区（较少车辆来往路段）中不同粒径的颗粒物进行检测，研究了大气颗粒物粒径分布特征，讨论沈阳市大气颗粒物的主要来源及机动车对大气颗粒物的贡献。本次采样研究了大气中四类不同粒径颗粒物的水溶性离子进行监测，通过分析离子的分布情况得出其变化走势，判断它们的主要污染来源。1 材料与方法1.1 采样仪器本研究使用了美国TSI公司的产品—DustTrak 8532式气溶胶便携式采样器，是基于气溶胶微粒的体积与光散射强度成比例的原理进行颗粒物浓度的测定。该仪器配备四种粒径选择撞击器，仪器在默认流量(3L/min)的设置时能够保证切割头的准确性。粒径选择撞击器由切割头、撞击盘和底座构成，切割粒径由切割头决定。Tsi8532适合于各种应用和环境，散射激光光度计、电池驱动以及数据资料记录是气溶胶监测仪的主要结构，该仪器可以准确有效地显示气溶胶质量浓度，它们通过鞘气系统来保持光学洁净并隔离光学室内的颗粒物来改进数据的可靠性和低维护成本。Tsi8532既可以在清洁的地方如干净的办公室等测量，也同样适用于颗粒物污染较为严重的建筑工地、工业车间等地，测量对象主要是烟雾、灰尘、薄雾中的气溶胶和浓烟等等。而且Tsi8532具有较广的测量范围、检测周期短、测量的数据可靠、性能比较稳定、体积小、重量轻、携带方便等特点。1.2 采样方法采样时垂直高度为马路高处约2.5m。采集每小时颗粒物浓度数据。绘制相应的图表,分析研究可吸入颗粒物的污染状况及其浓度与时间的相关性，研究道路环境及校区内四种大气颗粒物的分布规律及其影响因素。采样条件尽量保持一致并严格记录，每类颗粒物检测10min，取其平均值。1.3 检测地点及检测时间检测时间从早6点至晚6点，每小时采样，根据天气条件连续采集10天。采样仪器每5秒钟记录1次颗粒物浓度数据，检测15min内的记录作为该颗粒物每小时平均浓度。采样地点分别选在沈阳市皇姑区交通繁忙的一级马路的交通干道交通岗（崇山中路）以及辽大家属区无机动车通过或有较少车辆通过的地点进行布点采样监测。采样点没有较为集中的工业污染源，能够作为沈阳市区大气环境代表。2 实验结果2.1 沈阳大气中颗粒物阴离子浓度水平为研究交通情况对离子的贡献比例，选择4月和5月进行采样。采样器测得4月和5月日均PM浓度。4月颗粒物浓度范围为71.3～309.4μg/m3，5月为82.20～433.56μg/m3。在4月的采样结果中F-、Cl-、NO3-、SO42-四种离子的浓度范围是0.28～2.38μg/m3、0.18～1.32μg/m3、0.69～23.03μg/m3、20.15～67.16μg/m3，占全部颗粒物的0.19%～0.71%、0.09%～1.42%、0.281%～12.45%、11.05%～24.05%。5月F-、Cl-、NO3-、SO42-各离子的浓度范围为0.38～2.25μg/m3、0.23～3.56μg/m3、1.18～32.56μg/m3、6.28～61.54μg/m3，为全部颗粒物的0.18%～0.94%、0.21%～2.66%、1.25%～11.30%、3.45%～21.97%。4月和5月四种阴离子占全年颗粒物的16.88%～45.73%和6.97%～32.88%。2.2 不同粒径颗粒物中阴离子分布特征PM2.5和PM10在监测期间达到的平均浓度最大为173.68μg/m3、261.73μg/m3，PM10无机离子之中，四种离子的总量均高于细颗粒物的平均水平。PM2.5和PM10中的无机离子质量贡献占总颗粒物浓度的6.68%、13.95%。PM2.5中F-、Cl-、NO3-、SO42-的平均质量浓度占总PM10离子浓度的46.81±24.31%、52.58±43.69%、49.46±37.81%、65.88±32.94%，四种阴离子的比例在PM2.5中占PM10中离子浓度的一半以上。由图2可以得出，四种不同粒径的大气颗粒物在采样期间内的浓度变化呈现较强的相关性，即主干道＞次干道＞辽大家属区。其中，大气颗粒物的来源主要是交通干道，这样就造成了道路两侧的颗粒物浓度明显高于其他位置的大气颗粒物浓度，并且体现出一定的距离效应；居住区由于距交通道路的距离较远，污染物在扩散过程中，来自汽车尾气的▲HUANJINGYUFAZHAN

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实验研究污染物中，颗粒物浓度最低，此类环境由于受到生活燃烧污染源（如烹饪、烧烤等）的影响较大；在道路两旁的居民住宅区，PM4与PM10的浓度相差不大，其主要的原因是住宅区域距离交通源的距离较大，在扩散作用的影响下大气颗粒物浓度下降，且存在绿色植物对于大气颗粒物的阻碍作用，道路扬尘对于居民住宅区颗粒物的浓度影响小；交通道路环境中的大气颗粒物一方面来自于机动车尾气释放的颗粒物，另一方面来自于机动车行驶过程中产生的道路扬尘。02468101214161820 PM10 PM2.5 SO42-NO3-Cl-Concentration of ions(μg/m3) F-图1󰀁󰀁不同粒径颗粒物中4种离子浓度对比6080100120140160180200220240260280LNU communitySub-roadConcentration(μg/m3) PM1 PM2.5 PM4 PM10Main-road 图2󰀁󰀁不同检测点颗粒物浓度对比分析3 讨论沈阳市4月颗粒物浓度范围为69.75～322.54μg/m3，5月为85.21～425.64μg/m3。4月四种离子的浓度范围分别为0.27～1.11μg/m3、0.06～1.81μg/m3、0.62～25.31μg/m3、21.52～67.81μg/m3，占颗粒物的比例分别为0.24%～0.78%、0.07%～2.36%、0.29～11.80%、12.05%～33.21%。5月四种离子浓度范围分别为0.36～3.55μg/m3、0.25～3.68μg/m3、1.28～35.66μg/m3、6.23～65.87μg/m3，占大气颗粒的比例为0.27%～0.91%、0.15%～2.68%、1.54%～11.37%、3.28%～21.39%。4月和5月四种阴离子的总量贡献率为16.55%～43.28%和6.89%～28.54%。各离子浓度的关系为SO42->NO3-> Cl->F-。参考文献[1]Huang RJ,Zhang YL,Bozzetti C,et al.High secondary aerosol contribution to particulate pollution during haze events in China[J].Nature,2014,514:218-222.[2]Qiao LP,Cai J,Wang HL,et al.PM2.5 constituents and hospital emergency-room visits in Shanghai, China[J]．Environ Sci Technol,2014,48:10406-10414.[3]杨周,李晓东,于静等.成都市冬季不同粒径大气颗粒物水溶性无机离子的变化特征[J].生态学杂志,2013,32(3):682-688.[4]赵金平,张福旺,徐亚,et al.滨海城市不同粒径大气颗粒物中水溶性离子的分布特征[J].生态环境学报,2010,19(2):300-306.收稿日期：2018-11-29资助项目：本论文受辽宁大学大学生创新创业训练计划项目“辽宁大学崇山校区各典型区域环境空气质量评价”资助。作者简介：李振（1994-），男，汉族，硕士，研究方向为大气污染。通讯作者：庄晓虹（1971-），女，汉族，博士，副教授，研究方向为大气污染。