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        長(zhǎng)沙冬季PM2.5、PM10中金屬元素的濃度及分布特征

        2021-03-07 08:07:48黃金秀
        湖南有色金屬 2021年1期
        關(guān)鍵詞:商業(yè)區(qū)金屬元素顆粒物

        黃金秀

        (湖南品標(biāo)華測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410000)

        大氣顆粒物是表征環(huán)境空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)[1],其主要由含碳物質(zhì)、水溶性無(wú)機(jī)鹽和不溶性礦物質(zhì)組成,且其上能附著各種有毒有害的病原體,當(dāng)其進(jìn)入到人體后,會(huì)嚴(yán)重?fù)p害人體健康并引起各種疾?。?],粒徑越小的顆粒物對(duì)人體的傷害越大[3],依據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3095-2012)要求,現(xiàn)階段大氣污染物監(jiān)測(cè)中對(duì)大氣顆粒物主要監(jiān)測(cè)粒徑為PM10和PM2.5,就危害程度而言,PM2.5的危害更大[4]。

        顆粒物中金屬元素的質(zhì)量占比雖然不大,但其危害卻遠(yuǎn)大于顆粒物中其它組分,所以探索顆粒物中的金屬元素含量是十分有必要的[5]。本文選取長(zhǎng)沙縣三個(gè)有代表性的區(qū)域進(jìn)行PM10和PM2.5濃度觀測(cè)和成分分析,以求探索顆粒物中各金屬濃度和分布特征,為長(zhǎng)沙縣市民冬季出行提供一定的科學(xué)參考。

        1 試驗(yàn)材料與儀器

        1.1 試驗(yàn)藥品

        硝酸(優(yōu)級(jí)純);氫氟酸(優(yōu)級(jí)純);超純水(實(shí)驗(yàn)室自制);K、Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Zn、Pb、Mn、As、Al、Ba、Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液及其它實(shí)驗(yàn)室常規(guī)藥品。

        1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

        電子分析天平(上海恒平,AE323型);超聲波(深圳萬(wàn)德盛,XWDS-1018型);環(huán)境顆粒物測(cè)塵儀(美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司,SHARP 5030型);超級(jí)純水機(jī)(南京易普易達(dá)科技發(fā)展有限公司,EPED-E2-20TH型);電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(安捷倫,ICP-MS7500ce)。

        移液管、玻璃棒、容量瓶,燒杯、量筒、膠頭滴管等常規(guī)實(shí)驗(yàn)室玻璃儀器。

        2 試驗(yàn)方法

        2.1 采樣方法

        選取長(zhǎng)沙縣某商業(yè)區(qū)、居住區(qū)和對(duì)照區(qū)3個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域選擇1個(gè)居?。ɑ蜣k公)場(chǎng)所的室內(nèi)和1個(gè)人少的室外共計(jì)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)結(jié)果取2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平均值。

        從12月1日~30日,連續(xù)監(jiān)測(cè)30 d,對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PM2.5進(jìn)行采樣,采樣時(shí)間為24 h,獲得的樣品在4 h內(nèi)進(jìn)行處理和分析。

        2.2 消解方法

        塑料鑷子輕輕夾住石英濾膜,于電子天平上稱量其質(zhì)量,用陶瓷剪刀把石英濾膜剪成8等份,稱量任意一份質(zhì)量。然后用陶瓷剪刀把這份石英濾膜剪成小塊于清潔的10 mL離心管中(注意不要污染樣品),加入10 mL 5%硝酸,70℃超聲3 h,空白石英濾膜的處理和樣品處理一致。取出,冷卻,用一次性注射器和0.45μm的水相針式過(guò)濾器過(guò)濾,待測(cè)。

        2.3 測(cè)試方法

        金屬元素的濃度測(cè)定方法:將消解定容后的待測(cè)液于電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中測(cè)定,每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試3次,取平均值作為最終值。PM2.5的測(cè)定:重量法(HJ 618-2011)。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 空氣中PM2.5的月變化率

        對(duì)各區(qū)域空氣中PM2.5進(jìn)行采樣檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如圖1所示。

        圖1 PM2.5物日均濃度變化

        由圖1可知,空氣中PM2.5濃度總體呈現(xiàn)商業(yè)區(qū)>居住區(qū)>對(duì)照區(qū)的趨勢(shì),其中商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、對(duì)照區(qū)PM2.5濃度達(dá)到空氣中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)分別為12 d、13 d、19 d,達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)分別為27 d、29 d、30 d,商業(yè)區(qū)在20日PM2.5濃度達(dá)到最高,達(dá)97 μg/m3,居住區(qū)PM2.5濃度最高為87μg/m3,且最高值出現(xiàn)的日期與商業(yè)區(qū)相同,對(duì)照區(qū)PM2.5濃度最高為63μg/m3。

        3.2 空氣中PM10的月變化率

        對(duì)各區(qū)域空氣中PM10進(jìn)行采樣檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果如圖2所示。

        圖2 PM10物日均濃度變化

        由圖2可知,空氣中PM10濃度總體呈現(xiàn)與PM2.5相同的趨勢(shì),商業(yè)區(qū)>居住區(qū)>對(duì)照區(qū)的趨勢(shì),其中商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、對(duì)照區(qū)PM10濃度達(dá)到空氣中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)分別為9 d、17 d、28 d,達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)分別為29 d、30 d、30 d,商業(yè)區(qū)在22日PM10濃度達(dá)到最高,達(dá)160μg/m3,與二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)150μg/m3較為接近,居住區(qū)16日PM10濃度最高為94μg/m3,對(duì)照區(qū)14日PM10濃度最高為62μg/m3,與一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)50μg/m3較為接近。

        對(duì)比同一個(gè)區(qū)域PM10濃度與PM2.5濃度的變化發(fā)現(xiàn),商業(yè)區(qū)和居住區(qū)的兩者并未有發(fā)現(xiàn)兩個(gè)呈現(xiàn)明顯相同的變化趨勢(shì),對(duì)照區(qū)PM10濃度與PM2.5濃度的變化趨勢(shì)有一定的相似,說(shuō)明對(duì)照區(qū)PM10濃度與PM2.5濃度的影響源大體相同。

        3.3 金屬元素的加標(biāo)回收率試驗(yàn)

        對(duì)K、Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Zn、Pb、Mn、As、Al、Ba、Cr元素進(jìn)行加標(biāo)回收率試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 金屬元素加標(biāo)回收率 %

        由表1可知,各元素的加標(biāo)回收率在85.2%~102%之間,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.19%~8.39%,符合測(cè)試要求。

        3.4 PM2.5中金屬元素的濃度分析

        對(duì)各區(qū)域空氣中PM2.5進(jìn)行采樣檢測(cè),分析PM2.5中K、Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Zn、Pb、Mn、As、Al、Ba、Cr元素的月平均值,結(jié)果見(jiàn)表2。

        表2 PM2.5中化學(xué)組分質(zhì)量濃度 μg/m3

        對(duì)以上13中金屬元素在3個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)PM2.5中的含量進(jìn)行分析,各元素在3個(gè)區(qū)PM2.5中的含量雖然存在一定差異,但質(zhì)量濃度前五的元素相同,為Na、Ca、K、Al和Mg,其中含量最高的重金屬元素為Cu和Mn,在商業(yè)區(qū)分別達(dá)到0.138μg/m3和0.187μg/m3,居民區(qū)分別達(dá)到0.087μg/m3和0.192μg/m3,對(duì)照區(qū)分別達(dá)到0.053μg/m3和0.164μg/m3。

        對(duì)單個(gè)元素在不同區(qū)域PM2.5中含量進(jìn)行比較,除少數(shù)幾個(gè)元素外,如Mn、Ca等,總體呈現(xiàn)商業(yè)區(qū)>居住區(qū)>對(duì)照區(qū)的趨勢(shì),且對(duì)照區(qū)PM2.5中,As的含量處于電感耦合等離子體質(zhì)譜儀檢出限以下。

        3.5 PM10中金屬元素的濃度分析

        對(duì)各區(qū)域空氣中PM10進(jìn)行采樣檢測(cè),分析PM10中K、Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Zn、Pb、Mn、As、Al、Ba、Cr元素的月平均值,結(jié)果見(jiàn)表3。

        表3 PM10中化學(xué)組分質(zhì)量濃度 μg/m3

        對(duì)3個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)PM10中的金屬元素含量進(jìn)行分析,質(zhì)量濃度前5的元素為:Na、Ca、Fe、Al和Mg,其中含量最高的重金屬元素為Cu和Zn,在商業(yè)區(qū)分別達(dá)到1.34μg/m3和1.23μg/m3,居民區(qū)分別達(dá)到0.974μg/m3和1.01μg/m3,對(duì)照區(qū)分別達(dá)到0.532μg/m3和0.568μg/m3。對(duì)單個(gè)元素在不同區(qū)域PM10中含量進(jìn)行比較,除少數(shù)幾個(gè)元素外,如Mn、Ca等,總體呈現(xiàn)商業(yè)區(qū)>居住區(qū)>對(duì)照區(qū)的趨勢(shì)。

        對(duì)比PM2.5、PM10中的各金屬元素含量,在相同區(qū)域,PM2.5、PM10中的各金屬元素含量大小排序基本相同,含量最高的5種元素中,相同的有4種,而重金屬元素中,Cu的含量都較高,而含量最低的重金屬則都為As。這從一個(gè)方面顯示,PM2.5、PM10中的各金屬元素的貢獻(xiàn)源基本相同。

        4 結(jié) 論

        通過(guò)對(duì)現(xiàn)商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、對(duì)照區(qū)三個(gè)區(qū)域的PM2.5、PM10濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,空氣中PM10、PM2.5濃度總體呈現(xiàn)商業(yè)區(qū)>居住區(qū)>對(duì)照區(qū)的趨勢(shì),商業(yè)區(qū)和居住區(qū)的PM10濃度與PM2.5濃度變化趨勢(shì)不同,對(duì)照區(qū)PM10濃度與PM2.5濃度的變化趨勢(shì)有一定的相似,說(shuō)明對(duì)照區(qū)PM10濃度與PM2.5濃度的影響源大體相同。

        K、Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Zn、Pb、Mn、As、Al、Ba、Cr元素進(jìn)行加標(biāo)回收率試驗(yàn),各元素的加標(biāo)回收率在85.2%~102%之間,符合測(cè)試要求。

        對(duì)PM2.5、PM10的各元素貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析,PM2.5中貢獻(xiàn)率最大的5類金屬元素為Na、Ca、K、Al和Mg,重金屬中貢獻(xiàn)率最大的為Cu和Mn;PM10中為Na、Ca、Fe、Al和Mg,重金屬中貢獻(xiàn)率最大的為Cu和Zn,PM2.5、PM10中含量最低的重金屬元素都為As。

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