李 媛，姜承志

(沈陽理工大學 環(huán)境與化學工程學院，沈陽 110159)

沈陽市大氣PM10濃度變化特征及其無機水溶性成分分析

李 媛，姜承志

(沈陽理工大學 環(huán)境與化學工程學院，沈陽 110159)

霧霾中可吸入顆粒物PM10能通過呼吸系統(tǒng)沉積于肺部對人體造成傷害。沈陽市為典型的重工業(yè)城市，PM10污染較為嚴重。本研究主要基于沈陽市2006～2015年的大氣顆粒物濃度觀測數(shù)據(jù)，探究沈陽市近幾年空氣質量狀況，大氣污染物的時空特性。利用中流量采樣器采集顆粒物的樣品(2016)，并對樣品進行化學成分分析；利用火焰原子吸收器分析PM10中主要無機水溶性成分(Ca2+和Mg2+)的含量。結果表明，PM10中無機水溶性成分Ca2+的質量變化范圍為0.0721～0.3123mg；Mg2+的質量變化范圍為0.0354～0.0690mg。

沈陽；霧霾；無機水溶性離子；PM10

環(huán)境問題事關人類的健康和生存，一直是人們關心和科學研究的熱點課題。近些年來，霧霾天氣持續(xù)擴散，嚴重影響了人民群眾的身體健康、環(huán)境質量、社會穩(wěn)定。霧霾天氣是一種大氣污染狀態(tài)，霧霾是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標的籠統(tǒng)表述。

中國不少地區(qū)把陰霾天氣現(xiàn)象并入霧一起作為災害性天氣預警預報，統(tǒng)稱為“霧霾天氣”。當前已引起人們重視的霧霾顆粒物分為兩類：PM2.5(細顆粒物)和PM10(可吸入顆粒物)。歐盟空氣質量標準限定，PM10的年平均值最多為25μg/m3。聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織的指導原則建議：PM10的年平均值為10μg/m3。

1 霧霾成分分析

大氣顆粒物化學組分形成機理復雜，來源多種多樣，對環(huán)境有相當嚴重的危害。可吸入顆粒物PM10已成為大氣環(huán)境的主要污染物之一?？晌腩w粒物會危害人體健康，散射太陽輻射，影響地球-大氣系統(tǒng)能量平衡，降低能見度[1-3]。流行病學數(shù)據(jù)表明：顆粒物對人體健康的危害有季節(jié)性變化，如在同樣顆粒物污染濃度的暴露下,夏季有更高的死亡率和住院率[4]。

大氣顆粒物PM10是環(huán)境大氣中空氣動力學直徑小于或等于10μm的固態(tài)或液態(tài)顆粒狀物質的總稱。降塵和PM10是粒徑不同的2種空氣顆粒物，其化學組成特征的差異能夠有效傳遞大氣環(huán)境污染的多種信息。相關研究發(fā)現(xiàn)，不同城市大氣PM10化學組成的時空分布和來源存在顯著特點[5-9]。

按化學組成分類，顆粒物主要由硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、重金屬及有機物等成分構成。其中，重金屬主要包括來自人為源和自然源的銅、鎘、鉛、錳、鋅、釩等元素，有機物按其官能團分類主要分為多環(huán)芳烴、正構烷烴、雜環(huán)化合物及有機酸等組分。

2 實驗部分

2.1 數(shù)據(jù)來源

沈陽市大氣顆粒物濃度數(shù)據(jù)來源于沈陽市空氣質量發(fā)布系統(tǒng)。

2.2 水溶性離子分析方法

取1/4濾膜放入25mL稱量瓶中，加入10mL去蒸餾水，恒溫超聲40min，靜置，用0.45μm濾膜過濾；再次向原稱量瓶中加入5mL蒸餾水，并置于超聲波清洗器中再次超聲40min后經(jīng)0.45μm微孔濾膜第二次過濾，將兩次濾液混合。將配置好的溶液用火焰原子吸收(WFX-130B型，北京瑞利分析儀器公司)，分析樣品中的陽離子(Ca2+、Mg2+)濃度。

3 沈陽市大氣顆粒物濃度變化分析

3.1 沈陽市PM10濃度逐月變化特征

圖1為PM10濃度逐月變化趨勢圖。

圖1 PM10濃度逐月變化趨勢

從圖1中可以看出，2006年到2015年，沈陽市空氣污染物PM10基本上呈現(xiàn)為先下降后升高的趨勢，PM10大多分布在50μg/m3到200μg/m3之間，變化幅度較大；2006到2015年，最小月均值出現(xiàn)在5月至9月，最大值多出現(xiàn)在1月或12月；其中2014年、2015年出現(xiàn)2月較1月PM10升高，10月到11月急速上升，11月到12月下降的現(xiàn)象；2007年出現(xiàn)7月小峰值現(xiàn)象，形成“W”型趨勢線；各個月的月均PM10年際變化趨勢不明顯。

3.2 PM10濃度季度變化分析

圖2為沈陽市 2006-2015年PM10濃度季度變化趨勢圖。

從圖2中可以看出，沈陽市PM10具有季節(jié)變化的趨勢。在夏秋季節(jié)低，在春冬季節(jié)則升高，四季PM10變化波動比較大，大多分布在60μg/m3到180μg/m3之間；沈陽市季節(jié)變化曲線總體呈鋸齒形，各年份內PM10先減后增，表現(xiàn)為“U”型波動。

對于形成明顯四季變化的原因，從氣候氣象特征來看，北方冬季少雨多霧，逆溫天氣較夏季頻繁，且光照較弱，日照時間短，不利于空氣中污染物的擴散和稀釋，是造成冬季污染重的主要原因。而夏季逆溫天氣偏弱，太陽福射很強，溫度高，大氣對流活動旺盛，尤其5月左右降水充足，對空氣中的污染物起到清除和沖刷的作用，故而夏季污染較輕。

圖2 沈陽市 2006-2015年PM10濃度季度變化趨勢

3.3 PM10濃度年度變化分析

圖3為沈陽市2006-2015年PM10濃度年度變化趨勢圖。

圖3 PM10濃度年度變化趨勢

從圖3中可以看出，2006年到2012年沈陽市PM10有明顯的下降趨勢，表明此階段大氣污染得到了有效的控制；2012年開始，PM10升高，到2013年后開始下降。PM10濃度在91μg/m3到128μg/m3之間波動。

4 水溶性離子的測定

Ca2+和Mg2+作為土壤、沙塵的示蹤離子，具有相同的季節(jié)變化趨勢。Ca2+和Mg2+平均濃度冬季最高，夏季最低，這可能是由于夏季較多的降水，有利于大氣中土壤、沙塵粒子的濕清除；冬季風速較大、降水較少，空氣比較干燥有利于土壤、沙塵粒子的再懸浮，使得大氣氣溶膠中Ca2+和Mg2+濃度增加。

利用中流量采樣器采集春季3、4、5月上中下旬的顆粒物的樣品，經(jīng)過前處理成水溶液，利用火焰原子吸收器進行Ca2+和Mg2+成分吸光度分析，通過標準曲線計算，得到Ca2+和Mg2+的質量與占比，見表1。

沈陽市春季PM10質量變化范圍為2.8～13.5mg；PM10中無機水溶性成分Ca2+的質量變化范圍為0.0721～0.3123mg；Mg2+的質量變化范圍為0.0354～0.0690mg；PM10中水溶性離子Ca2+占PM10的比例為1.44%～10.6%；PM10中水溶性離子Mg2+占PM10的比例為0.44%～2.03%。

表1 PM10中Ca2+和Mg2+質量與占比

5 結論

通過對沈陽市2006-2015年PM10濃度的數(shù)據(jù)整理，大氣顆粒物TSP和可吸入顆粒物PM10的分級采集，分析其中主要的無機水溶性離子(Ca2+和Mg2+)的含量，得出以下結論：

(1)沈陽市年際大氣污染物變化呈“U”型波動，春冬季節(jié)污染較嚴重，夏秋季節(jié)污染較小；PM10波動較劇烈，近似為“U”型的變化趨勢；大氣污染物在2006-2012年呈下降趨勢，2012年后污染物出現(xiàn)升高現(xiàn)象，2013年開始下降。

(2)沈陽市春季PM10質量變化范圍為2.8～13.5mg；PM10中無機水溶性成分Ca2+的質量變化范圍為0.0721～0.3123mg；Mg2+的質量變化范圍為0.0354～0.0690mg；PM10中水溶性離子Ca2+占PM10的比例為1.44%～10.6%；PM10中水溶性離子Mg2+占PM10的比例為0.44%～2.03%。

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CharacteristicsofAtmosphericPM10ConcentrationVariationandAnalysisofInorganicWaterSolubleComponentsinShenyang

LI Yuan，JIANG Chengzhi

(Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

Haze inhalable particulate PM10can be deposited through the respiratory system in the lungs and cause harm to the human body.Shenyang City as a typical heavy industrial city,PM10pollution is more serious.This study is based on the observation data of atmospheric particulate matter in Shenyang from 2006 to 2015,and explores the air quality and atmospheric and temporal characteristics of air pollutants in Shenyang in recent years.Samples of the particulate matter (2016) were collected using a flow sampler and the samples were analyzed for chemical composition.The contents of main inorganic water-soluble components (Ca2+and Mg2+) in PM10were analyzed by flame atomic absorber.The results showed that the mass change of Ca2+in PM10was 0.0721～0.3123mg,and the mass change of Mg2+was 0.0354 ～0.0690mg.

Shenyang；haze；inorganic water-soluble ions；PM10

2017-04-07

遼寧省科學事業(yè)公益研究基金資助項目(201500100)；遼寧省科學計劃項目(2015225025)；沈陽市科學計劃項目

(F14-222-5-00)；沈陽市委教科委2015“雙服務”專項資助項目。

李媛(1993—)，女，碩士研究生；通訊作者：姜承志(1974—)，女，博士，副教授。研究方向：大氣污染防治、廢水治理技術。

1003-1251(2017)06-0084-04

TQ028.3

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趙麗琴)