大气汞被动采样器研究进展

大气汞浓度监测日益受到重视,使用主动监测系统进行大气汞浓度监测需要持续电力供应,专业人员进行定期维护,且仪器普遍昂贵,因此不适宜在环境恶劣或基础设施落后的偏远地区进行,也难以进行大范围高密度布设。大气汞被动采样器由于造价便宜、不易受恶劣环境影响、采样过程中不需要人力及电力设施支持,可以在偏远地区实施无人值守监测,应用空间广泛。大气汞被动采样器在近年发展迅速,针对不同形态汞浓度监测有多种类型采样器。本文回顾已有大气汞被动采样器研究,针对各采样器的设计原理、采样效率及其在大气汞监测中的实际应用进行综述。     

高效稳定的单一汞同位素大气发生系统

汞在大气-植被-土壤界面间的迁移转化一直是近年来研究的热点,稳定汞同位素添加技术为这一科学问题的研究提供了新的手段,而如何产生低浓度、稳定、连续且经济可行的单一汞同位素大气(xxx Hg0)是试验研究的难点与关键。本试验旨在设计、创建微环境单一汞同位素富集大气的发生系统,该系统不仅具有低成本,可以连续产生低浓度、稳定性强、可控性高、利用效率高的同位素汞蒸气(xxx Hg0)特性,还兼有轻便灵巧、安装便捷、可移动性强和适用范围广等特点。     

水稻甲基汞富集对大气气态单质汞浓度升高的响应研究

水稻具有很强的甲基汞(MeHg)富集能力,从而增加了汞污染地区居民甲基汞暴露的风险.本研究利用开顶气室熏蒸实验和土壤加汞培育实验探究水稻各组织中MeHg富集对大气中的气态单质汞(GEM)浓度升高的响应.结果表明:水稻根中甲基汞含量与土壤中甲基汞含量显著正相关(r=0.9462~0.9870,p0.05),与大气汞含量无线性关系(p0.05),表明水稻根中的MeHg主要来自土壤.水稻茎中甲基汞含量随土壤甲基汞含量的增加而线性增加(上部茎:r=0.8560,p0.05;下部茎:r=0.9178~0.9484,p0.05),与大气汞含量没有相关性(p0.05),但在气室熏蒸实验中上部茎中的甲基汞含量高于下部茎;而在土壤加汞培育实验中下部茎中的甲基汞含量高于上部茎,表明水稻茎主要受土壤汞的影响,且大气汞可能对水稻上部茎甲基汞的富集有一定的影响.水稻叶中甲基汞含量与土壤甲基汞含量显著正相关(r=0.9708,p0.01),与大气汞含量无线性关系,但在气室熏蒸实验中实验组叶中甲基汞的含量高于对照组,表明水稻叶中的甲基汞可能受土壤甲基汞和大气汞的共同影响.水稻籽粒中甲基汞的含量与土壤甲基汞含量呈显著正相关(r=0.9046~0.9865,p0.05),与大气汞含量无明显的线性关系(p0.05),表明水稻籽粒中的甲基汞主要来自土壤,但在水稻上部茎和叶中甲基汞含量受一定程度大气汞含量影响的情况下势必会对水稻籽粒甲基汞的富集产生影响,但究竟有多大程度影响或量化其贡献还需进一步实验研究.     

被动式采样器在大区域大气VOC监测中的应用

应用VOC被动式采样器监测了地中海东部塞浦路斯岛大气中挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOC)的浓度。通过岛上设置的80个VOC采样点对苯,甲苯,对、邻、间二甲苯(Benzene、Toluene、o-xylene、m,p-xylene,BTX)数次采样及分析结果表明,其被动采样器中BTX回收率>95%,BTX平行实验的相对标准偏差<6.28%,采样和分析方法准确。得到的污染物分布图较准确地反映了塞浦路斯岛实际污染情况。     

履约对我国典型城市和偏远背景地区气态单质汞浓度和源区的影响研究

为了解我国城市和背景地区最新的气态单质汞（gaseous elemental mercury,GEM）水平,比较《关于汞的水俣公约》履约前后这些地区GEM来源和迁移规律的差异,本研究选择了1个城市监测站（淀山湖站）和1个背景监测站（哀牢山站）,于2021年分别进行了为期1个月的GEM监测,同时使用潜在源贡献因子计算分析两地GEM的来源,并与履约前的结果进行比对。位于长三角地区的淀山湖站GEM浓度降幅大于位于我国西南的哀牢山站GEM浓度降幅,表明针对我国工业排放源超低排放的改造,获得了显著的履约成效。相对履约前,两地GEM的可能源区和传输形式没有显著改变,人为源排放仍然是影响两地GEM浓度的主要因素。本研究结果表明随着履约工作的逐步推进,我国城市和背景地区的GEM仍有下降的可能,长期在这些站点开展大气汞监测,可以为汞履约成效评估提供有效的数据支撑。     

海南五指山大气气态总汞含量变化特征

利用高时间分辨率自动测汞仪(Tekran 2537B)于2011-05~2012-05对五指山大气气态总汞(TGM)进行了连续1 a的观测.结果表明,五指山TGM含量为(1.58±0.71)ng·m-3,与全球大气汞背景值相当,表明五指山大气几乎没有受到明显的大气汞污染.TGM的月变化特征表现为2011年6~8月和2012年3~5月TGM含量较低,2011年9月~次年1月含量较高,热带季风是影响TGM月变化的主要因素.五指山TGM具有明显的日变化特征,小时均值最低值出现在09:00,峰值出现在19:00,白天TGM浓度低于晚上.日变化受汞长距离迁移和本地气象条件的共同影响.后向轨迹分析结果表明大气汞从中国大陆的长距离迁移为五指山TGM浓度升高的主要原因.     

新型吸附搅拌棒被动采样器研制及应用——基于多壁碳纳米管的改性

结合传统被动采样器原理和新发展的吸附搅拌棒技术,研制了以多壁碳纳米管-聚二甲基硅氧烷(MWCTNs/PDMS)作为涂层的新型吸附搅拌棒被动采样器,并以苯酚(PhOH)、己烯雌酚(DES)和铅(Pb)作为目标污染物,考察被动采样器其吸附性能,优化其吸附条件.结果表明,与商业化PDMS涂层吸附搅拌棒被动采样器相比,含MWCTNs/PDMS涂层吸附搅拌棒被动采样器能更快达到吸附平衡时间、具有更大的饱和吸附容量.甲醇是PhOH和DES优良解吸剂,0.6mol/L HNO₃为Pb最优解吸剂.该新型被动采样器重复使用50次以上其解吸效率仍能达到70%以上,具有良好的稳定性和重复利用效果.     

鼎湖山大气气态总汞含量和变化特征的初步研究

利用高时间分辨率自动大气测汞仪(Tekran,2537B),于2009.10—2010.4对珠三角背景点鼎湖山大气气态总汞(TGM)进行了连续7个月的野外观测.结果表明,鼎湖山地区TGM的年均含量为(5.54±2.89)ng·m-3,含量明显高于全球大气汞含量的背景值(1.5～2.0ng·m-3)和国内部分地区的背景值,表明该地区大气受到了一定程度的汞污染.监测期间,4月TGM含量最高,11月最低.日变化特征显示白天TGM浓度比晚上高,属典型白天控制型.鼎湖山地区TGM主要受珠三角的区域污染影响,TGM含量变化与大气中NO2、SO2的相关性分析和与用电需求变化对比表明,珠三角人为源(尤其是燃煤的汞排放)对鼎湖山大气TGM有较大的贡献.     

两次金汞齐-冷原子荧光光谱法测定大气中的痕量气态总汞

建立了两次金汞齐-冷原子荧光光谱法(CVAFS)测定大气中痕量气态总汞(TGM)的方法。研究表明:本方法的绝对检出限为2 pg;当以0.2~0.4 L·min-1 采样速度,采集12~48 h时,采样效率> 99%,精密度为9.63%;样品经2次循环加热分析,热解吸效率> 99%。这种分析方法还可以运用到其他环境样品痕量汞的测定。     

苏州市大气中汞的形态分布特征及来源分析

针对苏州市大气中汞的分布特征和污染来源,自2018年1月1日至2018年12月31日对苏州市大气中的气态元素汞(GEM)、气态氧化汞(GOM)和颗粒态汞(PBM)进行1 a的连续监测,并基于浓度权重轨迹分析法(CWT)和浓度玫瑰图法,研究2018年大气汞来源和浓度变化规律.结果表明,监测期间苏州市大气中GEM、GOM和PBM浓度分别在0～53.3 ng·m~(-3)、 0～256 pg·m~(-3)和0～5 208 pg·m~(-3),年均浓度分别为(2.57±2.09)ng·m~(-3)、(5.27±15.7)pg·m~(-3)和(16.0±157)pg·m~(-3).其中,GEM是苏州市大气汞的主要成分,约占99.2%.监测期间,苏州市大气中GEM季节平均浓度表现出冬季(3.17 ng·m~(-3))春季(3.09 ng·m~(-3))秋季(2.30 ng·m~(-3))夏季(1.98 ng·m~(-3))的规律.根据CWT分析结果,苏州大气中汞迁移具有季节性差异:春季和冬季的含汞气团主要来自于内陆,夏季主要来自于苏州本地、黄海和东海,秋季的含汞气团来自于内陆、黄海和渤海.同时研究发现西北方向来自内陆的大气汞浓度较高,东方向来自海洋的大气汞浓度较低.苏州市大气中GEM和PBM平均浓度表现为昼间低夜间高,与大气参数进行相关性拟合,得出大气中GEM日变化规律与太阳总辐射亦呈显著的相关性(r=-0.664,P0.001),与湿度呈显著的相关性(r=0.859,P0.001),与气温呈显著的相关性(r=-0.866,P0.001); PBM与太阳总辐射呈一般相关性(r=-0.554,P0.01),与湿度呈显著的相关性(r=0.835,P0.001),与气温呈显著的相关性(r=-0.831,P0.001).苏州市大气中GOM平均浓度在1 d内出现多次峰值(05:00、 12:00、 18:00和23:00)和谷值(02:00、 10:00、 15:00和19:00).GOM浓度升高与早晚高峰燃料油燃烧排放正相关,亦与O_3浓度升高导致GEM氧化生成GOM正相关.     

水稻对气态单质汞的吸收与挥发

湿地是汞的重要富集场所,其还原性底质会促进气态单质汞的产生.湿地植物已进化出一系列适应淹水环境的生态特征,其中发达的通气组织可以从大气向根部输送氧气满足根系的呼吸作用.以水稻这一典型的湿地植物为例,研究其根系及通气组织是否也能成为根际气态汞向大气运输的通道,并探究其过程和影响因素.通过设计密闭分室培养装置将水稻根部与地上部分隔开,对水稻根部进行汞蒸气暴露,并通过气体吸收剂吸收由叶片挥发出的气态汞.结果表明,水稻可以从根系吸收气态单质汞并向地上组织迁移,其中根系的汞含量与水稻根孔隙度呈显著负相关,并呈二次拟合(R=0.8309,P0.01);而水稻地上部汞迁移量与水稻根表面积和根体积均呈线性正相关(R=0.896,P0.01;R=0.871,P0.01).由根系吸收的汞最终可通过水稻叶片挥发进入大气,叶片汞的挥发量随着叶片面积的增加呈线性增加(R=0.897,P0.01),单位叶面积汞挥发量与水稻蒸腾作用强度呈线性显著正相关(R=0.73,P0.01).证明了水稻根系不仅能吸收气态单质汞,并且能将汞从根部转运到地上部,再通过叶片的气孔释放到空气中.为进一步揭示湿地生态系统中汞的迁移及调控机制提供了科学依据.     

长春市大气颗粒汞及其干沉降通量

在1999-07～2000-01,监测了长春市5个功能区及一个对照点的大气颗粒汞浓度.非采暖期,市区颗粒汞浓度范围为0.022ng·m^-3～0.398ng·m^-3,平均为0.145 ng·m^-3,对照点平均为0.084ng·m^-3.采暖期,市区颗粒汞浓度范围为0.148ng·m^-3～1.984ng·m^-3,平均为0.461ng·m^-3,对照点平均为0.211ng·m^-3.采暖期颗粒汞浓度平均超出非采暖期2倍以上.燃煤与地面扬尘是大气颗粒汞的2个主要来源.地面扬尘对颗粒汞的贡献约占8%～30%.应用理论模型估算汞的干沉降通量,市区颗粒汞干沉降通量为43.06μg·(m2·a)^-1,对照点为21.28ng·(m²·a)^-1.     

夏秋季宁波市气态元素汞(GEM)污染特征及潜在源区贡献分析

气态元素汞(gaseous elemental mercury,GEM)是普遍存在于大气中的对生物体有害的重金属元素其化学性质稳定,在大气中停留时间长,可随气团长距离输送属于全球性污染物.本研究于2017年夏秋季对宁波市大气GEM、常规污染物和气象参数进行综合观测,研究沿海地区GEM受人为源和自然源共同作用下的迁移转化规律及潜在源贡献来源.结果表明:①观测期间大气GEM的平均质量浓度为(2.32±0.90) ng·m^-3,变化范围为0.97～10.95 ng·m^-3,且夏季低于秋季.②GEM、O₃和GOM在夏季、秋季、晴天和阴雨天的日内浓度变化表明,高浓度的O₃和强烈的光照可加速GEM发生光化学反应,GEM在晴天的光化学氧化强度高于阴雨天.③相关性分析表明,GEM与PM_2.5(R=0.65,P<0.01)、PM₁₀(R=0.47,P<0.01)、NO₂(R=0.46,P<0.01)和CO(R=0.57,P<0....     

城市道路及隧道空气中元素汞分布特征的研究

近年来随着城市交通基础建设的发展,汽车保有量的大幅增加,化石燃料的燃烧也随之增加,城市空气质量面临新的挑战。其中,大气汞污染受到越来越多的关注。文章利用Lumex RA-915和多功能汞分析仪,应用原位检测方法在隧道行车中和道路旁2 m远处,测定了城市隧道及道路周边空气中的元素汞的分布,初步研究了地面交通汞排放对周边环境中元素汞分布的特征的影响。结果表明:隧道内各点的大气汞浓度变化较小,并与通风情况有关;当隧道外自然风风速较大时,隧道内外大气中元素汞浓度均明显降低,从10~17ng/m3降低到4~8 ng/m3。地面道路旁大气元素汞的分布随汽车行驶状况、温度和昼夜变化而变化。中午大气中汞浓度较低,而傍晚较高;从白天至晚上呈上升趋势,从10.8 ng/m3和16.4 ng/m3升高到15.7 ng/m3和19.4 ng/m3;气温越高,大气中的汞浓度也越高;路口汽车怠速时汞浓度较高。因此,应加大交通排放对城市大气汞污染贡献的关注。     

大气甲醛稳定碳同位素分析方法研究

利用气相色谱/燃烧/同位素比值质谱(GC/C/IRMS)技术,采用2,4-二硝基苯肼(DNPH)衍生化,初步研究了单体化合物稳定碳同位素方法研究大气甲醛来源问题.根据不同同位素组成的甲醛与DNPH反应,模拟大气采样,具体讨论了甲醛与DNPH衍生化过程的同位素效应及分析方法的重现性与精确度.结果表明,每个甲醛2,4-二硝基苯腙样品分析的最大标准偏差为0.3‰;不同同位素组成的甲醛衍生化产物甲醛2,4-二硝基苯腙与理论值的平均偏差为0.24‰±0.14‰(从0.03‰到0.35‰),小于仪器分析误差0.5‰,该衍生化过程不存在同位素分馏.采用该方法对酒店大厅内外大气甲醛碳同位素组成进行了初步研究,结果表明不同来源的甲醛同位素组成具有显著差异,可以为大气甲醛的来源分析提供非常有效的信息.     

大气甲醛稳定碳同位素分析方法研究

利用气相色谱/燃烧/同位素比值质谱(GC/C/IRMS)技术,采用2,4-二硝基苯肼(DNPH)衍生化,初步研究了单体化合物稳定碳同位素方法研究大气甲醛来源问题.根据不同同位素组成的甲醛与DNPH反应,模拟大气采样,具体讨论了甲醛与DNPH衍生化过程的同位素效应及分析方法的重现性与精确度.结果表明,每个甲醛2,4-二硝基苯腙样品分析的最大标准偏差为0.3‰;不同同位素组成的甲醛衍生化产物甲醛2,4-二硝基苯腙与理论值的平均偏差为0.24‰±0.14‰(从0.03‰到0.35‰),小于仪器分析误差0.5‰,该衍生化过程不存在同位素分馏.采用该方法对酒店大厅内外大气甲醛碳同位素组成进行了初步研究,结果表明不同来源的甲醛同位素组成具有显著差异,可以为大气甲醛的来源分析提供非常有效的信息.     

大气汞污染的研究进展与监测方法

目前全球大气汞的污染日益严重,本文从大气汞的形态、来源、行为过程、时空分布、监测方法及监测点位六个方面对这一污染物的研究进行了论述,并研究指出我国面临严峻的汞污染形势,国内大气汞的研究还比较薄弱,因此逐步开展我国大气汞的系统研究迫在眉睫。