南京北郊重金属气溶胶粒子来源分析

通过2013年1~12月使用在线单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)在南京北郊对含有Cu、As、Pb、Cd、V、Co、Cr、Zn、Ni、Ba和Hg这11种重金属气溶胶粒子进行连续观测,并结合自适应共振理论神经网络算法(ART-2a)对其化学特征进行了分析,结果表明,南京北郊重金属气溶胶粒子来源按照化学组成特征可分为5类:工业排放(35.7%)、生物质燃烧(34.45%)、交通排放(13.6%)、化石燃料燃烧(11.03%)和矿尘(4.07%),其中,含Pb、Cd和Cr气溶胶粒子主要来源于工业排放,含Cu、Co和Hg气溶胶粒子主要来源于生物质燃烧,含V、Zn和Ba气溶胶粒子主要来源于交通排放,含As和Ni气溶胶粒子主要来源于化石燃料燃烧.     

南京北郊夏季大气颗粒物中有机碳和元素碳的污染特征

采用DRI Model 2001A热/光碳分析仪对2013年5~7月期间南京北郊大气气溶胶9级惯性撞击式分级Andersen采样器膜采样样品中有机碳(OC)和元素碳(EC)的质量浓度进行了分析.结果表明,南京北郊夏季EC、OC的平均浓度,在PM2.1(空气动力学直径≤2.1μm)中分别为(2.6±1.1)μg·m-3、(13.0±5.2)μg·m-3,在PM9.0(空气动力学直径≤9.0μm)中,分别为(3.4±1.7)μg·m-3、(20.3±7.3)μg·m-3.EC主要富集在超细颗粒物中,OC主要存在于细颗粒物中,EC的PM1.1/PM9.0比值和OC的PM2.1/PM9.0比值分别为0.62和0.64.EC和OC浓度的平均最高值都出现在≤0.43μm粒径段中,分别占PM9.0中的总元素碳的33.4%和总有机碳的21.1%.南京北郊夏季PM1.1、PM2.1和PM9.0中EC、OC的相关性较好,说明存在共同的一次污染源.通过OC/EC特征物比值的方法得到南京夏季碳质颗粒物的主要来源有机动车尾气排放、燃煤排放和地面扬尘排放.     

运城市道路扬尘化学组成特征及来源分析

采集运城市区道路扬尘及5类单一尘源类样品(盐湖尘、土壤风沙尘、机动车尾气尘、建筑水泥尘和煤烟尘),测定元素、离子和碳质组分含量并与其他城市比较,在此基础上通过富集因子法和潜在生态风险评价法揭示道路扬尘的化学组成特征,同时运用化学质量平衡模型解析道路扬尘的来源.结果表明,与其他城市相比,Na和SO_4~(2-)含量高,Si含量相对较低是运城市道路扬尘化学组成的主要特征,Na、SO_4~(2-)和Si质量分数分别为12.197 0%、8.597 1%和9.112 3%;富集因子计算结果表明道路扬尘中Pb、Cu、Cr、V、As、Ni、Na、Zn等元素的来源明显受到人为活动影响;道路扬尘重金属潜在生态风险为强,工业生产、化石燃料燃烧、机动车排放等人为源是影响道路扬尘生态风险等级的重要因素;煤烟尘、建筑水泥尘和机动车尾气尘的化学成分谱与其他城市相似,土壤风沙尘中Na和SO2-4含量相对较高,运城市特有的盐湖尘的主要化学组分是Na、SO_4~(2-),含量分别为30.3%、22.7%;化学质量平衡模型解析结果表明,盐湖尘对道路扬尘贡献最大(53%),其次是土壤风沙尘(21%),机动车尾气尘(8%)、建筑水泥尘(7%)和煤烟尘(5%)的贡献几乎相当.     

北京市大气颗粒物及其铅的来源识别和解析

2005年9月—2006年9月,在北京的北郊(昌平区)、城区和南郊(房山区)3个采样点位共采集总悬浮颗粒物(TSP)样品166个. 用ICP-AES和ICP-MS方法测量Pb等29个无机元素. 应用正矩阵因子分析方法识别的TSP的3组主要来源为土壤扬尘源、建筑源和燃煤源;2组次要来源为有色冶金源和燃油源. 北京市大气颗粒物中Pb的2个主要来源为燃煤源和有色冶金源,分别占总量的19%～39%和49%～62%;次要来源有土壤扬尘源和建筑源,分别占总量的2%～4%和7%～8%. 北京市北郊、城区和南郊的ρ(Pb)年均值分别为102,142和179 ng/m3. 燃煤源排放的铅分布比较均衡,在3个采样点位ρ(Pb)大体持平;而有色冶金源排放的铅有明显的采样点位差异,具有南高北低的趋势,这提示有色冶金源的主要方位是在北京的南边. 北京市大气ρ(Pb)有可观的下降空间. 铅排放削减和有关环境管理措施的主要对象应为涉铅的有色冶金行业. 对原料煤中铅含量的监测、控制和管理也应予以重视.      

南京北郊PM_(10)中水溶性阳离子和元素的粒径谱分布及来源

于2009年11月26日至12月20日在南京北郊进行24 h大气PM10分粒径连续采样,用离子色谱法研究PM10中水溶性阳离子和元素的组分特征,并对其来源进行分析。结果表明,大气PM10中主要阳离子为Ca2+,其在粗细粒子中占阳离子总量均约为50%,且白天大于夜晚,局地污染物扬尘与气象条件等因素导致Ca离子较高。PM10中各种阳离子和元素的粒径分布均呈双模态分布,主要分布于细粒子中,且均为白天大于夜晚。利用因子分析法进行源解析,南京北郊PM10的主要成分来自于金属冶炼、建筑扬尘等,这类排放源对PM10中阳离子及元素的贡献率为46.81%;南京北郊PM2.1的主要成分来自于金属冶炼、二次有色金属制造以及燃油尘,金属制造类排放源对PM2.1的贡献率为46.81%。     

两种典型污染时段鹤山市大气细颗粒污染特征及来源

PM_2.5和O₃浓度超标是我国大气污染的主要特征,研究两种典型污染时段的细颗粒化学组成、混合状态和来源对治理大气污染具有重要意义.2016年11月10—20日广东省鹤山市先后出现了PM_2.5和O₃超标的污染事件.污染期间,采用SPAMS（单颗粒气溶胶质谱仪）对细颗粒进行实时采样分析,共采集到有正负化学组成信息的颗粒422 944个,占总颗粒数的19.2%.基于单颗粒质谱数据特征,使用自适应共振神经元网络算法（ART-2a）,对单颗粒数据进行自适应分类.颗粒物划分为OC（有机碳）、EC（元素碳）、ECOC（元素-有机碳混合）、HOC（高分子有机碳）、Pb-rich（富铅）、Si-rich（富硅）、LEV（左旋葡聚糖）、K-Secondary（钾二次）、Na-rich（海盐）和HM（重金属）颗粒共10类.结果表明:两个PM_2.5污染时段EC颗粒和K-Secondary颗粒的占比高,EC颗粒分别占46.5%和61.1%,K-Secondary颗粒分别占14.3%和10.3%;O₃污染时段EC颗粒占比（39.4%）最高,其次是OC颗粒占比17.0%;两种污染时段OC组分与HSO₄-和NO₃-的混合程度都有明显的上升,说明污染有利于有机气溶胶的老化.由源解析结果可知,PM_2.5污染时段,细颗粒主要来源于燃煤、机动车尾气和扬尘,而O₃污染时段细颗粒主要来源于燃煤、生物质燃烧和扬尘;此外,两种污染时段燃煤源对细颗粒的贡献都有较大提升.研究显示,控制燃煤源的排放对污染物的降低有着重要影响.      

西安冬季重污染过程PM2.5理化特征及来源解析

基于单颗粒气溶胶质谱仪（SPAMS）观测数据、颗粒物质量浓度数据和气象要素数据,研究了2017年11月西安市一次重污染过程中细颗粒物的化学组分特征及其成因,并使用正矩阵因子分析法（PMF）对细颗粒进行了来源解析.结果表明,西安市冬季重污染过程中细颗粒物主要类型为有机碳（OC）、元素碳（EC）、混合碳（ECOC）、富钾（K）、钠-钾（Na-K）、有机胺（amine）、矿尘（dust）和重金属（HM）,其主要来源为燃煤（24.9%）,二次（29.3%）,工业（19.3%）,交通（13.3%）,生物质燃烧（5.2%）和扬尘（1.9%）.通过对比分析不同污染过程细颗粒物的理化特征,发现高湿度,低风速的不利气象条件和供暖及工业生产导致的燃煤污染、二次污染,是此次重污染过程的主因.     

南京北郊春季气溶胶吸湿性分析

大气气溶胶的吸湿性对气溶胶粒子的谱分布、云凝结核形成、气候强迫、人体健康等均有重要的影响.利用吸湿性串联差分迁移率分析仪(HTDMA)在2014年4月16日~5月21日对南京北郊的大气气溶胶吸湿特性进行观测.30~230 nm气溶胶粒子在90%相对湿度下的吸湿增长观测结果表明,气溶胶粒子的吸湿增长因子平均概率分布函数(GF-PDF)呈现明显的双峰分布,即一个占主导地位的强吸湿模态,和一个相对较小但仍很明显的弱吸湿模态.对吸湿性的日夜对比分析发现,整体上白天的气溶胶粒子吸湿性大于夜间气溶胶粒子,白天强吸湿模态的粒子数目比例高于夜间,夜间气溶胶粒子的外混合程度更高.利用HYSPLIT模式对气溶胶来源分析结果表明,观测期间南京北郊主要受到3类气团的影响.其中西北大陆气团背景下爱根核模态粒子在经过大陆的长距离输送过程后,老化程度较高,吸湿性也更强.而对于积聚模态粒子,则为来自东方气团的粒子吸湿性更强,强吸湿模态粒子数目比例也较高.局地气团背景下气溶胶粒子在各粒径段都具有较高的强吸湿比例.     

南京北郊四季PM2.5中有机胺的污染特征及来源解析

2017年12月至2018年11月在南京北郊采集了大气PM_(2.5)样品,对其中的有机胺、主要水溶性离子、有机碳和元素碳进行了定量分析.共测定南京北郊大气PM_(2.5)中5种有机胺:甲胺、乙胺、二甲胺、三甲胺和苯胺.有机胺年平均总浓度为(54. 2±29. 2) ng·m~(-3),其中最丰富的物种为二甲胺[年均值:(20. 2±13. 7) ng·m~(-3)],其次为甲胺[年均值:(13. 1±6. 3)ng·m~(-3)]、三甲胺[年均值:(8. 6±4. 1) ng·m~(-3)]、乙胺[年均值:(6. 3±4. 1) ng·m~(-3)]和苯胺[年均值:(5. 9±3. 9) ng·m~(-3)],有机胺总浓度呈现出明显的季节变化,表现为夏季秋季春季冬季.污染天有机胺的浓度大于清洁天,主要是受大气颗粒物酸性影响大气有机胺气/粒转换所致,并且大气颗粒物酸性也是导致夏季高温条件下颗粒态有机胺仍高于其它季节的另一原因.在新粒子生长天,发现有机胺的浓度会有所增加. PMF法溯源结果显示南京北郊大气PM_(2.5)中主要有6种有机胺排放源:即工业源、农业源、生物质燃烧、机动车排放、二次源和道路扬尘.其中甲胺、乙胺主要来源于二次源和机动车排放;二甲胺、三甲胺主要来源于生物质燃烧、二次源和机动车排放;苯胺主要来源于工业排放和生物质燃烧.有机胺的来源具有显著的季节差异,春季秋季道路扬尘源占比较高,夏季二次源为有机胺主要的污染源,冬季机动车排放源和生物质燃烧源有一定提升.而有机胺的昼夜差异并不明显,二次源、机动车排放源以及生物质燃烧源是3个主要影响因素.     

我国典型细颗粒物排放源单颗粒质谱特征对比研究

针对现有污染源单颗粒质谱成分谱较少且缺乏对比总结的问题,本论文收集了工艺过程源、扬尘源、机动车尾气源、燃煤源和生物质燃烧源的单颗粒质谱图数据,使用聚类算法分析了各源类单颗粒物的主要化学组成特征的差异性.结果表明工艺过程源和燃煤源颗粒物均含有OC类、矿物质类、EC类、重金属类、富钾/左旋葡聚糖/硫酸盐硝酸盐类、OCEC类,但各颗粒类型的占比有明显差异,燃煤源中EC类占比明显高于工艺过程源而重金属类占比低于工艺过程源.生物质燃烧源主要由OC类、其他有机物类、富钾/左旋葡聚糖/硫酸盐硝酸盐类和OCEC类组成.扬尘颗粒的主要类型为矿物质类.从单颗粒化学组成上看,工艺过程源排放的有机颗粒中OC常与SO₄^2-内混,元素碳颗粒中EC与NO₃^-或SO₄^2-内混.燃煤源排放的碳质颗粒中EC、OC成分往往与NO₃^-和SO₄^2-或者单独与SO₄^2-...     

Size, composition, and mixing state of individual aerosol particles in a South China coastal city

Aerosol samples were collected in summer in Macao,a coastal city of the Pearl River Delta Region in China.Morphology,size,elemental composition,and mixing state of individual aerosol particles were determined by scanning electron microscopy coupled energy dispersive X-ray(SEM/EDX) and transmission electron microscopy(TEM).Based on the morphologies of 5711 aerosol particles,they consist of soot(32%),mineral(17%),secondary(22%),and unknown fine particles(29%).The sizes of these particles were mostly distributed between 0.1 and 0.4 μm.Compositions of 202 mineral particles were obtained by SEM/EDX.Mineral particles were mainly classified into three types:Si-rich,Ca-rich,and Na-rich.The compositions of typical mineral particles can indicate their sources in sampling location.For example,mineral particles,collected along the main street,were associated with trace amounts of heavy metals,such as Zn,Ti,Mn,Ba,Pb,and As.TEM observations indicate that most Na-rich particles were aged sea salt particles(e.g.,Na2SO4 and NaNO3) which formed through heterogeneous chemical reactions between sea salt and acidic gases.Additionally,aging time of soot was short in Macao due to high humidity,high temperature,and high levels of sunlight in Macao.Most of soot and fine mineral dust particles were internally mixed with secondary particles.     

山西夏季气溶胶空间分布飞机观测研究

以搭载了多种气溶胶观测仪器的飞机为观测平台,在2013年夏季首次对山西中部地区霾日及晴空大气气溶胶空间分布特性进行了观测,得到气溶胶粒子数浓度和尺度的垂直分布廓线以及不同高度气溶胶粒子谱分布特征.研究发现,山西夏季非降水天气条件下气溶胶粒子以核模态和积聚模态的细粒子为主,粗粒子很少.霾日气溶胶数浓度是晴空的2~3倍,主要是核模态的小粒子;气溶胶粒子数浓度随着高度逐渐减小,低空存在气溶胶累积区,逆温层的存在是导致气溶胶累积区形成的主要原因;气溶胶粒子尺度随高度增加,大粒子主要分布在2500m以上的高空;不同高度上的气溶胶粒子谱均呈双峰或三峰分布,谱型基本一致,从近地面到5000m高空,气溶胶粒子谱随高度的增加略有展宽.观测区域气团后向轨迹模拟结果显示,4000m以上高空气溶胶粒子主要是从中国西北地区远距离输送而来,3000m以下气溶胶粒子则主要来源于近地面排放.     

Characterization of aerosol optical properties, chemical composition and mixing states in the winter season in Shanghai, China

Physical and chemical properties of ambient aerosols at the single particle level were studied in Shanghai from December 22 to 28, 2009. A Cavity-Ring-Down Aerosol Extinction Spectrometer（CRD-AES） and a nephelometer were deployed to measure aerosol light extinction and scattering properties, respectively. An Aerosol Time-of-Flight Mass Spectrometer（ATOFMS）was used to detect single particle sizes and chemical composition. Seven particle types were detected. Air parcels arrived at the sampling site from the vicinity of Shanghai until mid-day of December 25, when they started to originate from North China. The aerosol extinction,scattering, and absorption coefficients all dropped sharply when this cold, clean air arrived.Aerosol particles changed from a highly aged type before this meteorological shift to a relatively fresh type afterwards. The aerosol optical properties were dependent on the wind direction.Aerosols with high extinction coefficient and scattering Angstrom exponent（SAE） were observed when the wind blew from the west and northwest, indicating that they were predominantly fine particles. Nitrate and ammonium correlated most strongly with the change in aerosol optical properties. In the elemental carbon/organic carbon（ECOC） particle type, the diurnal trends of single scattering albedo（SSA） and elemental carbon（EC） signal intensity had a negative correlation. We also found a negative correlation（r =-0.87） between high mass-OC particle number fraction and the SSA in a relatively clean period, suggesting that particulate aromatic components might play an important role in light absorption in urban areas.     

Properties of agricultural aerosol released during wheat harvest threshing, plowing and sowing

This study shows for the first time a chemical and morphological characterization of agricultural aerosols released during three important agricultural operations： threshing, plowing and sowing. The field campaigns were carried out in the eastern part of the Po Valley, Italy, in summer and autumn 2009. The aerosol particles were sampled on quartz fiber filters and polytetrafluoroethylene membranes in order to allow Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry （ICP-MS） analysis and Scanning Electron Microscopy equipped with an Energy Dispersive X-ray Spectrometer （SEM-EDS） investigations, respectively. The organic carbon mass concentrations were measured with a Sunset Laboratory Dual-Optical Organic Carbone/Elemental Carbon （OCEC） Aerosol analyzer. The morphological and chemical analyses by SEM-EDS allowed recognizing four main particle classes： organic, silica, calcite and clay minerals. The organic particles contribute to both fine and coarse aerosol fractions up to ca. 50% for all three agricultural activities. This was also confirmed by OCEC analysis for fine fraction. Most of the agricultural aerosols, about 60%, were single particles and the remaining 40% were agglomerations of particles. The ICP-MS results showed that threshing and plowing produce more aerosol particles than sowing, which was characterized by important amounts of clay minerals produced from land soils.     

北京地区气溶胶质量浓度及组分随高度的变化

2000年6-7月在北京北郊利用气象观测塔对近地层大气中的气溶胶及其化学组分进行了观测,获得了代表夏冬2个季节的TSP,PM₁₀,PM2.5等不同尺度的气溶胶粒子质量浓度以及气溶胶中Al,Ca,Fe,S,K,Zn,Pb等30种化学元素质量浓度随高度变化的资料.结果表明:①在近地大气层中,气溶胶质量浓度随高度增加而减小,冬季尤为明显,平均而言,夏季边界层中的气溶胶质量浓度为近地层相应值的90%左右,而在冬季,这个比率变化于70%～80%之间.②大气中的元素总质量浓度随高度增加而降低,在冬季这种降低尤为明显.③对于绝大多数元素而言,它们在TSP和PM₁₀中的富集因子夏季随高度变化不大,但冬季它们在细粒子,尤其是在PM2.5中的富集因子随高度升高明显减小,而且地壳元素的减小幅度明显大于污染元素的减小幅度.      

Identification of sources of lead in the atmosphere by chemical speciation using X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy

Sources of Pb pollution in the local atmosphere together with Pb species, major ions, and heavy metal concentrations in a size-fractionated aerosol sample from Higashi-Hiroshima(Japan) have been determined by X-ray absorption near-edge structure(XANES) spectroscopy, ion chromatography, and ICP-MS/AES, respectively. About 80% of total Pb was concentrated in fine aerosol particles. Lead species in the coarse aerosol particles were PbC2O4, 2PbCO3·Pb(OH)2, and Pb(NO3)2, whereas Pb species in the fine aerosol particles were PbC2O4, PbSO4, and Pb(NO3)2. Chemical speciation and abundance data suggested that the source of Pb in the fine aerosol particles was different from that of the coarse ones. The dominant sources of Pb in the fine aerosol particles were judged to be fly ash from a municipal solid waste incinerator and heavy oil combustion. For the coarse aerosol particles, road dust was considered to be the main Pb source. In addition to Pb species, elemental concentrations in the aerosols were also determined. The results suggested that Pb species in size-fractionated aerosols can be used to identify the origin of aerosol particles in the atmosphere as an alternative to Pb isotope ratio measurement.     

南京北郊大气气溶胶的吸湿性观测研究

大气气溶胶的吸湿性不仅影响气溶胶的光学特性进而影响大气能见度,并且影响气溶胶的直接和间接气候效应.本文利用加湿串联差分迁移分析仪H-TDMA,于2012年5~7月在南京地区,对40~200nm大气气溶胶粒子在不同相对湿度下的吸湿增长因子进行了观测研究.统计结果表明:在90%相对湿度下,颗粒物的吸湿增长因子GF多为双峰分布,分为GF1.15的强吸湿组分.弱吸湿组分的吸湿增长因子(GFLH)在1.10~1.14之间;对应的强吸湿组分增长因子(GFMH )范围在1.47~1.58之间变化.相同粒径下的离散程度(σ)强吸湿组大于弱吸湿组,说明强吸湿组的粒子化学成分更复杂,异质性更强.相对湿度的变化对粒子吸湿增长的影响与粒子大小及化学组分有关,爱根核模态和积聚模态粒子在相同的相对湿度下潮解点不同,硝酸铵和硫酸铵是颗粒物中的主要吸湿成分.对不同天气条件下的气溶胶吸湿性分析,发现污染期间的吸湿增长因子(GF)和强吸湿组的数目比例(NFMH)都高于清洁期间,这与当时的气象条件以及粒子的内外部混合状态相关.观测还发现气溶胶粒子的吸湿性有明显的日变化特征,白天光照所引发的光化学反应以及混合层演变而造成粒子的吸湿性较强.机动车尾气排放的黑碳等不吸湿或弱吸湿颗粒物也会因为影响颗粒物的化学成分并进而对气溶胶吸湿性产生影响.     

气溶胶质谱仪在研究有机气溶胶环境微界面过程中的应用

有机气溶胶非均相和多相反应是复杂的微界面过程,它涉及气体的吸附、扩散、反应和解吸,传统的化学分析仪器不能提供完整实时的微界面过程的化学反应信息.气溶胶质谱仪是近年来发展起来用于实时分析颗粒物化学组分的重要仪器,它弥补了传统化学分析仪器,如GC/MS在实时分析上的不足,为研究有机气溶胶非均相化学反应的微界面过程提供了新的方法.本文旨在介绍气溶胶质谱仪的结构及其在研究有机气溶胶环境微界面过程中的应用.