稳定碳同位素在污染物源解析中的应用

稳定碳同位素可以指示和判断有机物的来源或成因。本文概述了油源、煤源、生物源及燃烧源等不同污染源单体烃稳定碳同位素特征 ,简要介绍了单体烃稳定碳同位素在初步分析不同污染源贡献率中的应用     

碳同位素解析厌氧产酸过程挥发性有机酸来源

针对厌氧产酸条件下挥发性有机酸（VFAs）来源不明确及定向合成无依据的问题,基于同位素示踪技术对VFAs来源与合成比例进行研究.构建完全的厌氧产酸体系,采用牛血清蛋白、植物油和稳定同位素型葡萄糖（碳13丰度99%）作为反应底物,利用碳同位素示踪原理,定量分析VFAs的来源及其比例.结果表明：碳水化合物（碳13丰度99%）主要贡献偶数型短链脂肪酸的生成,其中对乙酸（HAc）和丁酸（HBu）的贡献率分别为77%和86%;而蛋白质（碳12）主要贡献奇数型短链脂肪酸的生成,其中对丙酸（HPr）和戊酸（HVa）的贡献率分别为85%和99%.通过改变发酵底物中碳水化合物和蛋白质比例,可以有效调节水解液中奇数型与偶数型短链脂肪酸的浓度和比例,为后期微生物合成高品质聚羟基脂肪酸酯（PHA）提供物质基础.     

太原市PM10及其污染源中碳的同位素组成

通过采集太原市PM10及其主要源(煤烟尘、机动车尾气尘、土壤风沙尘)样品,结合离线分步加热氧化法和同位素质谱仪测定了颗粒物中有机碳(OC),元素碳(EC)和总碳(TC)的同位素组成, 并探讨了太原市PM10中碳的来源.结果表明,太原市冬季、春季PM10中OC、EC和TC的碳同位素组成分别是-34.7‰、-23.5‰、-23.9‰和-30.5‰、-23.1‰、-23.9‰; 煤烟尘中OC、EC和TC的碳同位素组成分别是-26.5‰、-23.2‰、-23.6‰,土壤风沙尘分别为-24.6‰、-14.1‰、-17.3‰,汽油车和柴油车尾气尘分别为-27.7‰、-25.5‰、-27.0‰和-25.7‰、-24.3‰、-24.8‰. EC和TC的同位素组成是区分土壤风沙尘较好的标识指标,TC的同位素组成是汽油车尾气尘较好的标识指标;利用二元复合计算公式结果显示土壤风沙尘中OC、EC占TC的百分含量分别为30%、70%;煤烟尘中OC、EC占TC的百分含量分别为11%、89%;汽油车尾气尘中OC、EC占TC的百分含量分别为78%、22%,柴油车尾气尘中OC、EC占TC的百分含量分别为36%、64%;太原市PM10中的TC和EC主要来源于煤烟尘,OC少部分来源于机动车尾气排放,另外还有其他的重要贡献源.     

太原市工、商业区PM10中PAHs碳同位素组成及来源

利用中流量大气综合采样仪采集太原市工业区和商业区PM₁₀样品,使用GC/IRMS技术分析了PAHs的δ13C值(碳同位素组成),并根据碳同位素质量平衡计算了煤烟尘和机动车尾气对2类功能区的贡献率. 结果表明:工业区PM₁₀中PAHs的δ13C值在-26.0‰~-24.5‰之间,随环数增加呈贫13C趋势,与煤烟尘δ13C值的变化趋势一致,表明煤烟尘是工业区的一个主要污染源;商业区PAHs的δ13C值在-26.6‰~-26.2‰之间,较工业区显著贫13C,商业区与工业区的污染源有明显差异;除机动车尾气和煤烟尘外,工业区和商业区还有其他污染源输入,其中工业区有生物质燃烧排放输入,商业区有机动车曲轴箱润滑油残渣输入;煤烟尘和生物质燃烧对工业区的贡献率分别为59.3%~70.8%和29.2%~40.7%,表明工业区煤烟污染严重;机动车对商业区PAHs的贡献率在86.1%~95.8%之间,是商业区PM₁₀中PAHs的主要排放源,其中润滑油残渣的贡献率(在40.9%~85.3%之间)最大,机动车尾气的贡献率在8.3%~54.9%范围内,而煤烟尘的贡献率(在4.2%~13.9%之间)最小.      

应用稳定碳同位素组成特征研究环境空气颗粒物中多环芳烃的来源

采集了乌鲁木齐市与郑州市非采暖季的环境空气颗粒物 ,用二氯甲烷做溶剂提取、硅胶柱层分离出多环芳烃样品 .用气相色谱 /燃烧系统 /同位素质谱测定了多环芳烃单化合物的稳定碳同位素组成 .结果表明 :这 2个城市的TSP与PM10 中多环芳烃单化合物稳定碳同位素组成相比较没有明显的区别 ;两城市的颗粒物样品中 ,分子量较小菲、蒽、荧蒽、芘和苯并 (e)芘的稳定碳同位素组成没有明显的区别 ,平均值范围为 - 2 3 4‰～ - 2 4 8‰ ,分子量较大的多环芳烃的δ13 C出现了明显差异 ,乌鲁木齐市环境空气颗粒物中多环芳烃单化合物的δ13 C随着其分子量的增大比郑州市更贫13 C ,乌鲁木齐市的环境空气颗粒物中的苯并 (a)芘、茚并 (1,2 ,3 cd)芘、苯并 (ghi)的δ13 C值分别为 - 2 8 3‰、- 31 8‰和 - 30 2‰ ,郑州市为 - 2 4 4‰、- 2 9 4‰和 - 2 6 3‰ .结合对两城市燃煤量和机动车拥有量的对比分析 ,本研究认为 :在非采暖季 ,这两个城市环境空气颗粒物中多环芳烃的污染主要是以煤的炭化、气化、燃烧以及机动车尾气为主的复合型污染 ,而机动车尾气...     

天津地表水中有机碳来源的同位素示踪研究

地表水中的有机碳是陆地水生生态系统的核心组分之一,可以反映流域生态环境概况,也是全球生物地球化学循环研究的重要组成部分.本研究通过系统采集天津地区地表水体的水样和水体颗粒物样品,完成了稳定碳同位素及相关组分测定,对天津地表水中的颗粒有机碳和溶解有机碳的来源进行了探讨.研究结果显示,天津地表水体颗粒有机碳的δ13值主要分...     

环境空气中挥发性有机物的测定方法探讨

环境空气中VOCs的测定方法是国内外研究的焦点。本文通过对国内外环境空气中VOCs的测定方法进行总结,结合我国实际情况,指出在我国有两种方法测定环境空气中VOCs具有较高可行性及推广性：一种是固体吸附／热脱附／GC或GC—MS方法,一种是罐采样／冷冻预浓缩／GC或GC—MS方法。     

环境空气中挥发性有机物的测定方法及注意事项

环境空气当中的挥发性有机物(Volatile organiccompounds,简称VOCs),在整个大气环境中,挥发性有机物是一种不可忽视的污染物,此类化合物不但具有显著的毒性,并且会致癌,形成光化学烟雾。在我们赖以生存的空气中,挥发性有机物的构成元素是非常复杂的,无论是室外或是室内空气质量都会受到各方面因素的影响,现实生活中人们吸入的气体会在一定程度上影响着自己的健康。接下来,本文针对环境空气中挥发性有机物的测定方法及注意事项进行论述。     

原油中芳烃及其碳稳定同位素组成特征

芳烃作为原油的主要组分之一,蕴含丰富的地球化学信息,常用原油中芳烃的分布及其碳稳定同位素组成来评价原油的有机质来源和热成熟度等指标。为了补充油品化学指纹的基础鉴别指标和数据,找出适用于油样鉴别的芳烃地球化学指标以及碳稳定同位素组成,本文主要测定了来自不同地区七种原油芳香烃组分的相对含量以及碳稳定同位素组成,并计算分析了甲基萘比值（MNR）、二甲基萘比值（DNR）、三甲基萘比值（TNR）、甲基菲比值（MPR）、甲基菲指数（MPI1）和甲基菲分馏系数（MPDF）等常见的芳烃特征比值。从原油中芳烃组分相对含量分布来看,七种原油均显示出了各自的特点;从原油芳烃的特征比值来看,成熟度参数（MNR、TNR1、TNR2、MPR、MPI1、MPDF1和MPDF2）均反映出所有原油的高成熟度,其它芳烃参数如DNR1、DNR2和TNR4等比值反映原油的母质来源及生物降解等信息,由芳烃特征比值的单因素方差分析（ANOVA）结果可知,与成熟度参数MNR和MPI1相比,DNR1、DNR2和TNR4在不同原油间的差异更加明显;从原油芳烃碳稳定同位素组成来看,不同地区原油间差别较大,其中巴西原油最富集13C,阿曼原油和委内瑞拉原油最亏损13C,二甲基萘和菲的碳稳定同位素组成在不同油样间的差异最明显。将显著性差异大的芳烃参数与芳烃δ13C值联用,结果表明,该方法可以更加有效区分七种原油。最后使用主成分分析方法分析原油芳烃碳稳定同位素组成,七种原油显示出各自不同的碳稳定同位素组成特征和明显的区分效果,利用不同油样芳烃的碳稳定同位素组成差异可实现对油样来源的鉴别。     

乌鲁木齐空气颗粒物中PAHs碳同位素组成及来源解析

报道了乌鲁木齐城区空气颗粒物中多环芳烃(PAHs)化合物的稳定碳同位素组成特征,解析了PAHs的来源.气相色谱/燃烧系统/同位素质谱分析表明,该市空气颗粒物中PAHs化合物的δ¹³C值为-23.5‰～-31.3‰,随着分子量的增大,PAHs化合物中13C含量降低.利用同位素质量平衡二元模型,计算了燃煤污染源与机动车排气对城区苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘和苯并(ghi)苝的贡献,前者分别为72%、97%和95%,后者分别为28%、3%和5%.苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘和苯并(ghi)苝的相对含量分别为2.8%,29.1%和25.1%,占PAHs总量的57%,计算的三者的燃煤污染源总贡献量为78.6%,与利用化学质量平衡模型计算得出的结果(84%的PAHs源于燃煤)相近.     

基于稳定氢同位素的太原市大气单环芳烃来源

采集太原市城北和城南区域环境空气和5类污染源挥发性有机物样品,测定样品中典型单环芳烃稳定氢同位素（δD）组成,基于同位素质量平衡原理计算单环芳烃从源到环境空气受体的δD初始混合值,探讨单环芳烃来源.结果表明,柴油挥发源、溶剂挥发源、汽油挥发源（97^#）、汽油挥发源（95^#）、机动车尾气（97^#）、机动车尾气（95^#）和民用燃煤源中单环芳烃δD范围依次为：（-138.7‰~-115.5‰）、（-147.0‰~-121.0‰）、（-150.8‰~-117.6‰）、（-131.8‰~-113.8‰）、（-171.2‰~-120.0‰）、（-138.9‰~-102.7‰）和（-168.3‰~-142.3‰）,民用燃煤源中单环芳烃δD显著贫重氢同位素（D）组成,机动车尾气源与汽油挥发源中苯的δD相比显著贫D,可用于探索污染物转化过程;城北和城南环境空气中δD范围为（-131.7‰~-115.1‰）和（-131.9‰~-74.9‰）,δD初始混合值为-138.4‰和-173.9‰,体现了其来源差异.     

联合PMF模型与稳定同位素的地下水污染溯源

基于传统水质监测与污染排放的污染源识别方法,存在监测频率与识别结果模糊等限制,难以实现污染源及迁移转化的准确量化.联合多元统计分析与稳定同位素技术,以成都平原典型混合用地区地下水污染为研究对象,提出利用正定矩阵因子分析（PMF）模型识别污染主控因子,减小环境因素对污染源判别的干扰,并基于水化学分析与土地利用构建贝叶斯稳定同位素混合模型,进一步量化不同污染源对地下水典型污染物硝酸盐氮（NO₃^-）的贡献率.结果表明,研究区地下水NO₃^-、NO₂^-、NH₄⁺、Mn、Fe、SO₄^2-和Cl^-均存在不同程度超标,且具有空间异质性.地下水中"三氮"主要以NO₃^-为主,NO₃^-浓度在菜地的地下水中普遍偏高（平均值为9.29 mg·L^-1）,其次是在养殖场（平均值为7.66 mg·L^-1）和耕地（平均值为7.09 mg·L^-1）,在工业区最低（平均值为2.20 mg·L^-1）.研究区地下水水质受原生地质作用、农业活动、水文地球化学演化、生活污染和工业污染的复合影响,且农业活动是研究区地下水NO₃^-增长的主要原因.研究区内农业区地下水NO₃^-的主要来源贡献为化肥（32%）和土壤氮（25%）;工业区地下水NO₃^-的主要来源贡献为污水排放（28%）和大气降雨（27%）.通过多元统计与稳定同位素技术的有机结合,有效识别了地下水污染来源及其贡献率,可为地下水污染源头防控提供科学依据.     

北京地区城乡结合部大气挥发性有机物污染及来源分析

采用低温固体吸附采样,热脱附-气相色谱-质谱方法对北京城乡结合地空气中挥发性有机物（VOCs）进行了观测分析,对城乡结合地空气中挥发性有机物含量水平、时空变化、来源等进行了研究.所有样品共检测出挥发性有机物265种,挥发性有机污染物的平均浓度为431.7μg·m-3,苯系物和烷烃是本地区大气环境中含量最为丰富的挥发性有机物,浓度分别为248.1μg·m-3和130.5μg·m-3,烯烃11.7μg·m-3,卤代烃22.4μg·m-3,含氧化合物18.6μg·m-3,所占比例分别为57.0%、30.0%、3.0%、6.0%和4.0%;苯、甲苯、乙苯、二甲苯等是含量较高的物质;有机污染物在交通早、晚高峰时期出现较高浓度水平,VOCs浓度冬季最高,秋季次之,夏季最低;源分析表明空气中挥发性有机物的主要来源有机动车尾气,油气挥发排放,黏结剂和溶剂利用以及植被排放等,贡献率分别为53.4%、20.1%、11.0%和5.93%.     

湛江市夏季大气挥发性有机物污染特征及来源解析

臭氧污染在全国呈加剧态势,在非重点区域和非重点城市其相关研究薄弱.在湛江市选取3个采样点,使用苏玛罐和2,4-二硝基苯肼(DNPH)吸附管采样,并利用气相色谱-质谱/氢离子火焰检测器(GC-MS/FID)和高效液相色谱(HPLC)分析了101种挥发性有机物(VOCs),分析其主要组分和变化特点,计算VOCs的臭氧生成潜势(OFP),并利用正定矩阵因子分解模型(PMF)进行源解析.结果表明,采样期间湛江市φ(TVOCs)平均值为1.28×10^-7,其中OVOCs占比最高,为52%,其次为烷烃(36%)、烯烃(7%)、卤代烃(2.42%)、芳香烃(1.61%)和炔烃(0.78%).VOCs组分日变化特征表明,芳香烃和烷烃早晚体积分数高而中午低,受光化学反应影响大;而OVOCs在光化学反应强烈的中午体积分数低而傍晚高,表明傍晚采样点附近OVOCs直接排放增多或受到上风向污染源输送的影响.湛江市TVOCs的OFP为3.28×10^-7,优势物种为甲醛、1-丁烯、正丁烷、2-丁酮和乙醛.表征气团老化程度的X/E值和气团后向轨迹分析表明,采样期间,当受来自...     

芜湖市大气挥发性有机物污染特征、大气反应活性及源解析

2018年9月至2019年8月对芜湖市城区大气中挥发性有机物（VOCs）进行观测,探讨其污染特征、光化学影响和来源.结果表明,芜湖市大气中VOCs全年平均体积分数为27.86×10^-9,季节变化规律为：秋季（31.16×10^-9） > 夏季（28.70×10^-9） > 冬季（24.75×10^-9） > 春季（24.04×10^-9）,日变化规律呈双峰型,峰值在08：00~09：00时与18：00~19：00时出现,与交通流量的变化有关.芜湖市大气VOCs的平均臭氧生成潜势（OFP）为255.29 μg ·m^-3,不同组分对平均OFP的贡献率排序为：芳香烃（48.83%） > 烷烃（21.04%） > 烯烃（18.32%） > OVOCs（11.47%） > 卤代烃（0.35%）.总气溶胶生成潜势（AFP）为1.84 μg ·m^-3,芳香烃贡献率最高（87.69%）,其次为烷烃（12.31%）.苯/甲苯/乙苯（B/T/E）比值表明,芜湖市大气中苯系物的主要贡献源为机动车排放源和工业排放及溶剂使用源.源解析显示：油气挥发源、机动车排放源、溶剂挥发源、LPG排放源、植物排放源和二次生成源对采样期内的VOCs贡献率分别为11.57%、34.53%、16.63%、20.76%、3.54%和12.97%.     

晋城市冬季环境空气中挥发性有机物的污染特征及来源解析

采集晋城市冬季环境空气样品,利用色谱-质谱仪分析了其挥发性有机物(VOCs)的组份特征,运用PMF、特征比值、后向轨迹模型对其来源进行了研究,并计算了臭氧和二次有机气溶胶的生成潜势,探讨了其环境影响.结果表明,观测期间,晋城市VOCs平均浓度为93.35μg·m~(-3),其中烷烃类化合物浓度为52.91μg·m~(-3),在VOCs中占比较高为56.68%;PMF分析VOCs排放源有工业排放源、燃烧源、机动车源、溶剂使用源和植物源,贡献率分别为33.71%、30.27%、26.28%、9.00%和0.74%;特征比值法分析中,苯/甲苯和异戊烷/正戊烷比值分别为1.58±0.68和2.07±0.43,介于道路来源与燃煤源之间,为两者混合来源.后向轨迹聚类3个代表性气团均来自西北方向,分别占比50%、25%和25%,西北方向的工业污染可能会对晋城市VOCs造成影响;观测期间,晋城市空气质量指数、总VOCs浓度和机动车源贡献率在风速较小时(3 m·s-1)分别为143、162.48μg·m~(-3)和46.16%,各数值均高于风速较大(3~6.9 m·s-1)时(60、35.72μg·m~(-3)和16.15%);芳香烃类化合物的臭氧和二次有机气溶胶生成潜势分别为98.89μg·m~(-3)和1.21μg·m~(-3),占总生成潜势的37.28%和97.01%,是两种生成潜势最高的VOCs化合物种类.因此,控制工业、机动车和燃烧排放是控制晋城市环境空气中VOCs污染的主要途径.     

世博会期间上海市大气挥发性有机物排放强度及污染来源研究

基于VOCs在线观测数据,对世博会期间（2010年5月1日～10月31日）上海大气VOCs的排放进行了估算;采用后向轨迹模型和聚类分析法,研究了不同大气污染输送通道下上海市空气质量和观测站点VOCs的变化;基于受体模型对上海市城区大气VOCs进行了污染来源解析.结果表明,世博会期间,上海市每小时排放的VOCs导致大气中VOCs浓度的增加量为（5.98±3.18）×10-9,该值比2009年同期低1×10-9左右.世博会期间,上海大气主要受偏东方向气流的影响,所占比例超过40%;其次是偏西风（25%）;偏南和偏北风共占约20%.受同一大气输送通道影响,观测点VOCs浓度与上海API值呈正相关,R2=0.599.受西北方向大气输送通道影响,本市空气质量最差,API值在70左右;其次是西南方向大气输送通道,API值在60以上;当本市大气受东面海洋上空输送气团的影响时,API〈50,空气质量为优.世博会期间,与机动车有关的排放最大,包括尾气和油气挥发,对上海大气VOCs的贡献约40%;其次是生产工艺和燃煤等工业排放,占30%～40%;溶剂涂料使用导致的排放约20%;夏季天然源排放的贡献在6%左右,也不容忽视.     

城市交通干道区颗粒物中多环芳烃的源解析研究

通过比值法、因子分析法和多元逐步回归模型对南京市交通干道区颗粒物中的多环芳烃的源解析进行研究。结果表明南京市交通干道区颗粒物中多环芳烃的主要污染源是燃煤源、汽油燃烧排放源和柴油燃烧排放源 ,它们对多环芳烃的贡献率分别为 45 .2 %、34 .0 %和 2 0 .7%     

稳定同位素模型解析大气氨来源的参数敏感性

氨(NH_3)是大气霾污染和过量氮沉降的关键前体物,准确厘清其来源是制定NH_3减排策略的科学基础.稳定同位素模型(SIAR)在NH_3溯源研究中展现出巨大潜力,其解析结果的可靠性与NH_3排放源的氮同位素指纹谱(δ~(15)N-NH_3)密切相关.本研究基于2013年1月北京霾污染期间的同位素观测资料,使用SIAR评估了3个重要源谱参数(源的数量、源的δ~(15)N-NH_3特征值及其标准差)对NH_3源解析的影响.结果表明,农业源的贡献率对源谱δ~(15)N-NH_3特征值的变化最敏感,其次为化石燃烧源,氨逃逸源的敏感性最低.农业源δ~(15)N-NH_3标准差的改变仅造成农业源贡献率变化约4%,但其特征值的改变却造成农业源贡献率20%的变化.相比之下,将农业源拆分为化肥挥发和畜牧养殖源后,解析结果并未显著增加农业源的总贡献,即"非农业源"仍然是2013年初北京霾污染期间NH_3的重要来源.考虑到农业源的贡献率对SIAR模型参数改变的响应最为敏感,且不同类型的农业源δ~(15)N-NH_3差异较大,未来需要针对农业源δ~(15)N-NH_3的时空变化规律及影响因素开展深入研究,以此来降低同位素源解析模型的不确定性.