第 十 一 届 全 国 离 子 色 谱 学 术 报 告 会 论 文 集 浙 江 杭 州.2006.11.280 16 气 象 条 件 对 大 气 颗 粒 物 中 无 机 阴 离 子 浓 度 变 化 的 影 响 研 究 杨 怀 金, 叶 芝 祥 *, 陈 媛 媛, 徐 洁 ( 成 都 信 息 工 程 学 院 环 境 工 程 系, 成 都 610225) 摘 要 : 本 文 采 用 离 子 色 谱 法 对 大 气 颗 粒 物 中 的 无 机 阴 离 子 进 行 测 定, 研 究 了 气 象 条 件 对 成 都 市 西 南 航 空 港 经 济 开 发 区 大 气 颗 粒 物 中 F Cl NO 2 SO4 浓 度 变 化 的 影 响 研 究 结 果 表 明, 成 都 市 西 南 航 空 港 经 济 开 发 区 大 气 中 颗 粒 物 的 含 量 与 天 气 条 件 有 关, 降 雨 是 影 响 大 气 中 含 量 的 重 要 因 素 ; 受 气 象 条 件 的 影 响, 大 气 颗 粒 物 中 四 种 阴 离 子 (F Cl NO SO42 ) 的 浓 度 变 化 很 大, 且 这 四 种 无 机 阴 离 子 的 含 量 呈 正 相 关 性 空 气 湿 润 有 利 于 无 机 阴 离 子 在 颗 粒 物 上 吸 附, 特 别 是 NO SO 42 2 ; 该 区 域 单 位 质 量 大 气 颗 粒 物 中 SO4 含 量 最 高,NO 含 量 次 之, 其 次 是 Cl,F 2 含 量 最 低 ; 导 致 SO4 含 量 最 高 的 主 要 原 因 是 该 区 处 于 郊 外, 燃 料 以 燃 煤 为 主, 汽 车 尾 气 飞 机 尾 气 以 及 农 田 施 用 肥 料 是 导 致 NO 含 量 较 高 主 要 因 素 关 键 词 : 离 子 色 谱 ; 大 气 颗 粒 物 ; 无 机 阴 离 子 1 引 言 大 气 颗 粒 物 含 有 多 种 离 子, 部 分 离 子 对 人 体 健 康 有 很 大 的 危 害, 如 亚 硝 酸 根 离 子 有 致 癌 的 作 用, 过 量 的 氟 离 子 会 引 起 氟 牙 症 和 氟 骨 症 大 气 颗 粒 物 影 响 大 气 环 境 和 气 候 变 化, 是 当 今 大 气 化 学 前 沿 研 究 领 域 的 重 要 对 象 大 气 中 颗 粒 物 含 量 受 多 种 因 素 影 响, 季 节 变 化 [1] 是 其 中 的 一 个 因 素, 一 般 来 说 冬 季 最 高, 春 季 次 之, 然 后 是 秋 季, 夏 季 最 低 大 气 颗 粒 物 的 化 学 性 质 受 其 粒 径 和 化 学 组 成 以 及 表 面 可 能 吸 附 气 体 性 质 的 影 响, 在 某 些 情 况 下 颗 粒 [45] 物 与 可 吸 附 的 气 体 结 合, 可 产 生 比 各 个 组 分 更 大 的 危 害 性 不 同 城 市 和 地 区 因 地 理 环 境 气 象 条 件 工 业 构 成 城 市 格 局 等 方 面 的 差 异, 大 气 颗 粒 物 中 所 含 元 素 的 种 类 数 量 存 在 状 态 构 成 比 例 亦 有 所 不 同, 对 不 同 环 境 条 件 下 大 气 颗 粒 物 进 行 粒 径 及 成 分 观 测, 有 助 于 [6] 揭 示 不 同 区 域 大 气 颗 粒 物 的 来 源, 以 便 全 面 评 价 大 气 颗 粒 物 的 环 境 效 应 目 前 我 国 大 气 [6] 颗 粒 物 的 研 究 一 般 集 中 在 人 口 众 多 的 城 区, 而 对 周 边 ( 特 别 是 郊 外 ) 的 报 道 很 少 因 此, 监 测 和 分 析 郊 区 大 气 颗 粒 物 的 的 分 布 及 组 成, 对 鉴 别 大 气 颗 粒 物 的 来 源 有 重 要 的 意 义 成 都 市 西 南 航 空 港 经 济 开 发 区 位 于 成 都 外 南 机 场 路 双 流 段, 西 起 西 南 最 大 的 航 空 港 成 都 双 流 国 际 机 场, 东 与 成 都 市 区 接 壤, 东 西 长 45 千 米, 南 北 宽 4 千 米, 规 划 面 积 1 平 方 千 米, 起 步 区 4 平 方 千 米 开 发 区 以 第 三 产 业 为 主, 带 动 第 一 第 二 产 业, 主 要 以 商 贸 餐 饮 金 融 房 地 产 科 研 教 育 电 子 医 药 机 械 精 细 化 工 高 新 农 业 等 行 业 为 主 目 前, 该 开 发 区 正 处 在 开 发 新 建 阶 段, 大 气 颗 粒 物 污 染 较 为 严 重 本 文 采 用 离 子 色 谱 法 对 该 区 大 气 颗 粒 物 中 的 F Cl NO 2 SO4 进 行 监 测 与 分 析, 以 便 为 弄 清 该 区 大 气 颗 粒 物 的 组 成 来 源 以 及 全 面 评 价 大 气 颗 粒 物 的 环 境 效 应 提 供 科 学 依 据 2 实 验 部 分 2.1 主 要 仪 器 与 试 剂 IC761 型 离 子 色 谱 仪 (Metrohm), 电 导 检 测 器, 阴 离 子 分 离 柱 (Metrosep A supp4), 20 μl 定 量 环,TH150C 型 智 能 中 流 量 空 气 总 悬 浮 颗 粒 物 采 样 器 ( 武 汉 天 虹 智 能 仪 表 厂 ), 超 声 波 清 洗 器 (DL60A, 上 海 之 信 仪 器 有 限 公 司 ), 超 纯 水 器 (Millipore, 型 号 :simplicity,
第 十 一 届 全 国 离 子 色 谱 学 术 报 告 会 论 文 集 浙 江 杭 州.2006.11.280 164 柱 子 :simpak1), 光 电 分 析 天 平 (TG28B, 上 海 精 密 科 学 仪 器 公 司 ) NaF ( 广 东 汕 头 市 西 陇 化 工 厂 ), NaCl ( 成 都 科 龙 化 工 试 剂 厂 ), KNO ( 成 都 科 龙 化 工 试 剂 厂 ), Na SO ( 成 都 科 龙 化 工 试 剂 厂 ), H SO 2 4 2 4 ( 广 东 汕 头 市 西 陇 化 工 厂 ), NaHCO ( 成 都 露 澄 化 工 试 剂 厂 ), Na CO 2 ( 广 东 汕 头 市 光 华 化 学 厂 ) 试 剂 均 为 分 析 纯, 所 用 的 水 均 为 超 纯 水 2.2 色 谱 分 析 条 件 混 合 淋 洗 液 : 0.002mol L NaHCO 和 0.001mol L Na CO ( 经 超 声 脱 气 后 使 2 用 ), 流 速 : 0.8μL s, 进 样 量 : 20 μl, 定 量 方 法 : 标 准 曲 线 法 2. 样 品 采 集 及 预 处 理 2..1 采 样 采 样 地 点 : 选 在 位 于 成 都 市 西 南 航 空 港 经 济 开 发 区 学 府 路 一 段 24 号 的 成 都 信 息 工 程 学 院 采 样 时 间 :2006 年 5 月 1 日 至 2006 年 5 月 20 日, 每 天 9:00 至 21:00( 其 中 2006 年 5 月 4 日 和 5 日 因 降 雨, 没 有 采 样 ) 2..2 样 品 前 处 理 采 样 后 将 采 样 膜 放 在 烧 杯 中 置 于 10~105 烘 箱 内 烘 干, 至 恒 重 ( 两 次 称 量 相 差 不 超 过 0.0004) 采 样 膜 前 后 的 质 量 差 即 为 采 集 的 颗 粒 物 的 量, 再 除 以 实 际 采 样 标 准 体 积 就 可 以 计 算 出 大 气 颗 粒 物 的 体 积 浓 度 将 采 样 和 称 重 后 的 采 样 膜 用 50mL 超 纯 水 超 声 提 取 0min, 提 取 前 往 超 声 清 洗 器 中 加 适 量 冰 块 和 100μL 乙 醇 提 取 得 到 的 溶 液 用 0.45μm 的 滤 膜 过 滤 到 塑 料 瓶 中 采 集 的 样 品 当 日 用 超 纯 水 洗 脱, 定 容 于 100mL, 放 于 冰 箱 4 冷 藏 保 存,24h 内 测 定 2.4 标 准 曲 线 的 制 作 与 样 品 的 测 定 2.4.1 标 准 曲 线 的 制 作 分 别 配 制 系 列 浓 度 的 F Cl NO 2 SO4 标 准 溶 液, 分 别 用 离 子 色 谱 仪 进 行 测 定, 并 记 录 峰 面 积, 以 浓 度 为 横 坐 标, 峰 面 积 为 纵 坐 标 制 作 标 准 曲 线 配 制 的 F Cl NO 2 SO4 标 准 系 列 浓 度 和 标 准 曲 线 见 表 1 序 号 标 准 系 列 F ( μ ml ) F Cl ( μ ml ) NO ( μ ml ) 2 SO ( μ ml ) 4 表 1 标 准 曲 线 制 作 及 相 关 系 数 1 2 4 5 标 准 曲 线 相 关 系 数 0.125 0.25 0.25 10.00 20.00 10.00 20.00 40.00 y = 0.01059 + 0. 9016 x y = 0.04016 + 0. 591 x y = 0.01868 + 0. 084x y = 0.04210 + 0. 4076x 0.996 2.4.2 样 品 的 测 定 在 与 测 定 标 准 溶 液 相 同 的 色 谱 分 析 条 件 下, 待 基 线 稳 定 后, 注 入 超 纯 水 确 认 无 杂 质 后, 将 样 品 通 过 C 18 小 柱 去 除 的 有 机 物, 然 后 再 用 注 射 器 注 入 离 子 色 谱 仪 进 行 测 定 标 准 溶 液 和 样 品 的 色 谱 图 分 别 见 图 1 和 图 2
第 十 一 届 全 国 离 子 色 谱 学 术 报 告 会 论 文 集 浙 江 杭 州.2006.11.280 165 结 果 与 讨 论.1 单 位 体 积 大 气 颗 粒 物 的 含 量 变 化 本 次 监 测 共 18 次 采 样, 每 次 采 样 12h, 并 记 录 每 天 的 天 气 情 况, 见 表 2 对 每 次 采 得 的 样 品 进 行 前 处 理 后, 用 重 量 法 可 得 到 单 位 体 积 大 气 颗 粒 物 的 含 量 监 测 期 间, 成 都 市 西 南 航 空 港 经 济 开 发 区 单 位 体 积 大 气 颗 粒 物 的 含 量 变 化 情 况 见 图 由 图 还 可 看 出, 大 气 中 颗 粒 物 的 含 量 随 时 间 变 化 较 大, 其 中 前 次 采 样 单 位 体 积 大 气 颗 粒 物 含 量 比 较 高, 这 是 由 于 长 时 间 没 有 下 雨, 日 照 强 度 大, 空 气 干 燥 降 低 了 颗 粒 物 凝 结 的 机 会 致 使 大 气 中 颗 粒 物 含 量 增 高 ; 第 4 次 采 样 前 有 降 雨, 降 雨 增 加 大 气 的 湿 度, 使 颗 粒 物 碰 撞 凝 结 的 机 会 增 多, 并 且 大 气 中 的 部 分 颗 粒 物 附 着 在 雨 滴 上 降 落 到 地 面, 所 以 大 气 中 的 颗 粒 物 减 少 很 多 ; 接 着 的 几 天 晚 上 经 常 下 雨, 白 天 晴 朗, 颗 粒 物 的 采 集 量 都 比 较 少 ; 第 12 次 采 样 样 品 中 颗 粒 物 含 量 特 别 高, 单 位 体 积 大 气 中 颗 粒 物 含 量 达 到 0.404 μ L, 当 天 为 阴 天, 天 空 灰 蒙 蒙 的, 能 见 度 很 低 因 此, 降 雨 是 影 响 大 气 中 颗 粒 物 含 量 的 一 个 重 要 的 因 素, 降 雨 会 将 部 分 颗 粒 物 冲 到 地 面, 使 大 气 中 的 颗 粒 物 含 量 减 少.2 单 位 质 量 的 大 气 颗 粒 物 中 四 种 阴 离 子 的 含 量 变 化 采 用 离 子 色 谱 法 对 样 品 进 行 分 析, 可 得 出 单 位 质 量 的 大 气 颗 粒 物 中 四 种 阴 离 子 (F Cl 2 NO SO4 ) 的 含 量, 结 果 见 表 2
第 十 一 届 全 国 离 子 色 谱 学 术 报 告 会 论 文 集 浙 江 杭 州.2006.11.280 166 采 样 日 期 采 样 重 量 () 表 2 单 位 质 量 颗 粒 物 中 无 机 阴 离 子 的 含 量 F ( 1 Cl NO ) ( 1 ) ( 1 ) 2 SO4 ( ) 天 气 情 况 2006.5.1 0.0292 12.08 274.5 21.2 796.5 阴 2006.5.2 0.0275 45.60 297. 2.1 90.4 晴 2006.5. 0.026 47.20 250.9 411.4 148.9 阴 2006.5.4 未 采 样 / / / / 降 雨 2006.5.5 未 采 样 / / / / 降 雨 2006.5.6 0.0181 15.52 114.1 224.8 10.6 晴 2006.5.7 0.0117 7.26 172.8 66.1.0 晴 2006.5.8 0.0092 65.87 182. 56.1 494.9 阴 ( 夜 间 降 雨 ) 2006.5.9 0.0085 56.00 246.8 591.7 9.4 阴 2006.5.10 0.0069 56.8 251.7 201.4 887.1 阴 ( 夜 间 降 雨 ) 2006.5.11 0.0104 7.12 222.9 672.8 86.2 晴 2006.5.12 0.0065 64.00 260.2 147.7 1696.6 晴 ( 空 气 湿 润 ) 2006.5.1 0.015 49.41 14.4 87.1 1204. 晴 2006.5.14 0.0271 42. 152.2 601.2 672.1 阴 ( 能 见 度 低 ) 2006.5.15 0.0117 2.65 114.0 58.9 1202.7 晴 2006.5.16 0.019 6.04 10.7 2.9 1412.1 晴 2006.5.17 0.0164.29 68.96 07.8 1428.7 晴 2006.5.18 0.0157 2.55 81.21 55.7 851.78 阴 2006.5.19 0.0149 67.85 272.2 506.8 120.9 晴 2006.5.20 0.0149 7.56 289.2 56.8 1618.1 晴 74 表 2 可 看 出, 监 测 期 间, 该 区 域 单 位 质 量 大 气 颗 粒 物 中 F 含 量 为 12 μ ~ μ 1,Cl 含 量 为 μ ~ 00,NO μ 2 1475 μ,so4 含 量 为 10μ ~ 1697μ 4 含 量 为 200μ 每 天 单 位 质 量 的 大 气 颗 粒 物 中 四 种 阴 离 子 (F Cl NO SO42 ) 的 含 量 变 化 情 况 见 图 由 图 4 可 以 看 出, 采 样 期 间 气 象 条 件 不 同, 大 气 颗 粒 物 中 四 种 阴 离 子 (F Cl NO SO42 ) 的 浓 度 变 化 很 大, 且 这 四 种 无 机 阴 离 子 的 含 量 呈 正 相 关 性 监 测 期 间, 第 10 次 (2006 年 5 月 12 日 ) 采 样 大 气 颗 粒 物 中 四 种 无 机 阴 离 子 的 浓 度 均 比 较 高, 特 别 是 NO 2 SO 4 浓 度 特 2 别 大,NO 浓 度 达 到 147,SO4 浓 度 达 到 1696 这 是 因 为 采 样 当 天 空 气 湿 润 有 利 于 无 机 阴 离 子 在 颗 粒 物 上 吸 附 与 第 9 次 采 样 相 比,F Cl NO 2 SO4 浓 度 增 加 的 倍 数 分 别 为 1.72 倍 1.16 倍 2.19 倍 1.96 2 倍,NO 和 SO4 增 加 的 倍 数 比 F 和 Cl 大, 这 是 由 于 空 气 湿 润 更 容 易 使 大 气 ~
第 十 一 届 全 国 离 子 色 谱 学 术 报 告 会 论 文 集 浙 江 杭 州.2006.11.280 167 中 的 硫 氧 化 物 和 氮 氧 化 物 吸 附 在 颗 粒 物 上 并 在 一 定 条 件 下 转 化 成 硫 酸 盐 和 硝 酸 盐 影 响 NO 含 量 的 因 素 主 要 是 汽 车 尾 气, 该 区 域 交 通 较 发 达, 排 放 尾 气 中 含 有 大 量 的 氮 氧 化 物 污 染 物 ; 其 次 是 农 田 施 用 肥 料, 其 中 含 有 大 量 的 NH, 在 大 气 中 经 过 各 种 物 理 化 学 反 应 转 化 成 硝 酸 盐, 造 成 大 气 颗 粒 物 中 NO 浓 度 增 大 ; 此 外, 成 都 市 西 南 航 空 港 经 济 开 发 区 距 离 双 流 国 际 机 场 比 较 近, 飞 机 在 着 陆 和 起 飞 时 排 放 尾 气 也 是 影 响 NO 的 一 个 因 素 2 在 采 样 期 间, 大 气 颗 粒 物 中 SO4 的 含 量 最 高, 主 要 原 因 是 成 都 市 西 南 航 空 港 经 济 开 发 区 处 在 郊 外, 燃 料 以 燃 煤 为 主, 燃 料 燃 烧 产 生 的 废 气 中 含 有 大 量 的 硫 氧 化 物, 在 大 气 中 很 容 易 经 过 物 理 化 学 反 应 转 化 成 硫 酸 盐 ; 其 次, 该 经 济 开 发 区 周 围 居 民 燃 烧 大 量 桔 杆 排 放 的 2 烟 气 中 含 有 硫 氧 化 物 也 是 造 成 该 区 SO4 含 量 高 的 原 因 之 一 ; 此 外, 采 样 期 间 天 空 经 常 都 是 2 灰 蒙 蒙 的, 这 也 可 能 会 影 响 大 气 颗 粒 物 中 SO4 的 含 量, 硫 酸 盐 经 大 气 折 射 使 能 见 度 降 低 4 结 论 本 文 采 用 离 子 色 谱 法 对 成 都 市 西 南 航 空 港 经 济 开 发 区 大 气 颗 粒 物 中 F Cl NO 2 SO4 的 含 量 进 行 测 定 分 析, 研 究 了 气 象 条 件 对 大 气 颗 粒 物 中 F Cl 2 NO SO 4 浓 度 变 化 的 影 响 研 究 结 果 表 明 : 该 地 区 大 气 颗 粒 物 含 量 较 高, 主 要 来 源 于 建 筑 灰 尘 土 壤 扬 尘 人 为 产 生 的 其 它 颗 粒 物 以 及 其 它 地 方 输 送 来 的 颗 粒 物 等 ; 监 测 期 间, 大 气 颗 粒 物 的 含 量 与 天 气 条 件 有 关, 降 雨 是 影 响 大 气 中 颗 粒 物 含 量 的 一 个 重 要 的 因 素, 降 雨 会 将 部 分 颗 粒 物 冲 到 地 面 ; 受 气 象 条 件 的 影 响, 大 气 颗 粒 物 中 四 种 阴 离 子 (F Cl 2 NO SO4 ) 的 浓 度 变 化 很 大, 且 这 四 种 无 机 阴 离 子 的 含 量 呈 正 相 关 性 空 气 湿 润 有 利 于 无 机 阴 离 子 在 颗 粒 物 上 吸 附, 特 别 2 2 是 NO SO4 ; 该 区 域 单 位 质 量 大 气 颗 粒 物 中 SO4 含 量 最 高,NO 含 量 次 之, 其 次 是 Cl,F 含 2 量 最 低 ; 导 致 SO4 含 量 最 高 的 主 要 原 因 是 该 区 处 于 郊 外, 燃 料 以 燃 煤 为 主, 汽 车 尾 气 飞 机 尾 气 以 及 农 田 施 用 肥 料 是 导 致 NO 含 量 较 高 主 要 因 素 参 考 文 献 : [1] 李 东 升, 程 温 莹, 汪 模 辉. 成 都 市 大 气 颗 粒 物 的 特 性 研 究. 广 东 微 量 元 素 科 学,2005, 12(12): 47~51. [2] 杜 华, 冯 胜 利. 抚 顺 市 大 气 降 尘 污 染 状 况 及 变 化 趋 势 分 析. 辽 宁 城 乡 环 境 科 技,2005, 25(4): 18~19. [] 客 绍 英, 周 荣 生, 汪 云 亮. 工 业 城 市 大 气 降 尘 元 素 组 成 及 分 布 规 律 研 究. 河 北 工 业 大 学 学 报, 2002, 1(5): 99~102. [4] 张 锐, 晃 开, 张 宁. 兰 州 大 气 颗 粒 物 和 水 溶 性 离 子 及 其 降 水 中 元 素 组 成 的 关 系. 中 国 沙 漠, 1995, 15(4): 57~62. [5] 刘 大 猛, 李 运 勇, 蒋 佰 坤 等. 北 京 首 钢 地 区 大 气 颗 粒 物 中 有 机 污 染 物 的 初 步 研 究. 地 球 科 学 中 国 地 质 大 学 学 报, 200, 28(): 27~2. [6] 赵 鹏, 朱 丹, 胡 敏, 等. 北 京 郊 区 农 田 夏 季 大 气 颗 粒 物 质 量 和 离 子 成 分 谱 分 布 特 征. 环 境 科 学, 2006, 27(2): 19~199.