（环境科学专业论文）苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究.pdf

r e s e a r c ho ni n h a l a b l ep 耐i c l ei nu r b a na n dr u r a l a r e a s o fs o u t l l e m j i a l l g s up r o v i n c e 【a b s 廿a c t 】i i l l l a l a b l ep a n i c i e s0 a r t i c u l a t e sm a t t e rw 池r o d y i l a r n i cd i 锄e t e rl e s s 也a i l1 0 u m ，p m l 0 ) h 孙r eb e e nf o u n dt ob ea s s o c i a t e d 埘t l le n v i r o n m e n tp r o b l e m sa n d h e a l t l l p r o b l e m s ， s om o r e锄dm o r ea t t e n t i o nc o n c e n 仃a t e so nt l l e m m 锄y a c l l i e v e m e n t so fr e s e a r c h e so np m l oh a v eb e e na t t a i n e do v e r s e 硒i nc t l i n a s u c h r e s e a r c h e sa r cl i i i l i t c da n dt h e yl l s u a l l yf o c u so ns e v e r a l1 1 1 b a na r e a s i k s e a r c h e so n p m l o i i l m m la i l dr e m o t ea r e 髂a r ee v e n l e s s m a l l 抽u r b a l l 1 1 1o r d e r t o m a k e u p 也e l a c ko fr e s e a r c h e so np m l oi no u rc o 衄t 、v ec h 0 0 s en 枷i n gu l l i v e r s i t yc 锄p u s ， x u e y a n1 咖l 孤d t a i h u 衄e ai ns o u 也o f j i a n g s up r o v i i 拉e 够r e s e a r c hs i t e s ，也a t r e p r e s e n tc l l l t u r ea r l de d l i c a t i o na r e am 山b a n ，a 酣c u l 咖【a r e aa n d 拙m 舰l c l e a na r e a r e s p e c t i v e l y i i l l l a l a b l ep a n i c l e s 口m 1o ) e s p e c i a l l yf m ep 训c u l a t e s q a m c u l a t e sm 批e r 谢t ha e r o d y n 锄i cd i 锄e t e rl e s st h 趾3 3 p m ，p m 3 3 ) a r et a k e n 船r e s e a r c he m p h a s e s t ks e a s o n a lv 鲥a t i o na i l ds p a t i a lv a r i a t i o no fp m l oa l l dp m 3 3m a s sc o n c e n 仃a t i o n 趾dt l l ec h a r a c t e r i z a t i o no f i l l o 唱a 1 1 i cc o m p o n e n t i i lf h l ep a n i c l l l a t e sa r ed e t e 册i n e d b y c o l l e c t i l l g a i l d s y s t e m a t i ca l l a l y s i so fp a r t i c u l a t es 觚l p l e s i 1 1o v 盯l l a l fay e a lt h e m e t l l o d so fe n d c l l i i l e n tf a c t o r 趾df k t o r a i l a l y s i s a r eu s e dt op m 3 3s o u r c e a p p o n i o 啪e mo f 也r e es i t e s 1 1 1 er e s m t si i l d i c a t em ep o l l u t i o nd e g r e e so fp m l oa n d p m 3 3a r ed i 旋r e n ti 1 1n l r e ea r e a s t h em a s sc o n c e n 眦i o n mn a i l j 堍u i l i v e r s i t y c 锄p u s a n d x u c y a nt o v m i sh i 曲e rt h a ni n1 勰ma r e aa n d 也em 弱sc o c e 曲眦i o ni n w i l l t e ri sh i 曲e rt h a ni na u t u l n n m o r e o v c r p m 3 3c o m 曲u t e s s i g r d 丘c a m i yt 0p m l 0 s 、s i 、k 、c a 、a l 、n a 、f ea r et 1 1 em a i ni n o r g a i l i ce l e m e n t sa i l ds 0 4 、n 0 3 一、 n h 4 + 、k + a r em ed o m i n a i l tw a t e 卜s 0 1 u b l ei o n ss p e c i e si i lf i n ep a n i c l l l a t e s h l f l u e n c e d b y1 0 c a le n v i r o n n l e n tc o n d i t i o na i l dl o n g - d i s t a l l c e 衄n s p o r to ff i n ep a f t i c l l l a t e s ，t 1 1 e s e a s o n a l 趾ds p a 廿a 1 r i a t i o no fi n o 唱a 1 1 i ce l e m e m sa i l d w a t e r s 0 1 u b l ei o n ss h o w s i g n j f i c a n td i f f b r e n c e t h er e s u l to f e n r i c h m e n tf a c t o ri 1 1 d i c a t e st l l ee l e m e n t k ，s ，p b ， a sa r ee 埘c h e dr e l a t i v et ot h e i rn a t u r a la b u l l d a n c ei nc m s t a ls o i l ，w l l i c hs u g g e s t s 也e s ee l e m e n t sa r er e l a t e dt o a i 曲r 叩o g e n i cb e h 撕o r t h r c em a i ns o u r s e so ff i n e p 矾“e t e sa t 吐h e es i t e s a r ei d e m i 6 e db yf a c t o ra n a l y s i s ，n 锄e l ys o i l ，v 出c u i a r 一 e i r l i s s i o n sa r l dc o a lb u m i n g t h ec o i n p l e x i 妙o fs o u r c ei nt h i h u e as u g g i l s t sn l e r e e x i s t so 廿l e rs o u r c e so u t s i d e so fl o c a lc n v i r o 姗e n t t h ec o n c l u s i o 璐o fr e s e a r c ha r e i m p o r t a n ts 印p l e m e n t s o f r e s e a r c ho ni 曲l a l a b l ep a n i c l e si no w c o u n 仃y t h e yn o to n l y o 腩rr e f e r e n c e sf o rl a t e rr e s e a r c hi l ls a m e 盯e ，b u ta l s op l a ya ni m p o n a l l tr o l ei n r c v i s 吨a m b i e n t a j r q u a l 时s t a n d 矾o f o l l rc o 晦 【k e yw b r d s 】p m l 0 ；p m 3 3 ：m 髂sc o n c e n t r a t i o n ；w a t e 卜s o i u b l ei o n ；d i g 缸b u t i o no f s e a s o n 锄ds p a c e ；e 血c h m e n tf 缸t o r ；f 酏t o ra i l a l y s i s ；s o u 也o f j i a n g s up m v i n c e - i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的成果，也不包含为获得西北大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中做了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字： 闺各睁 f 签字日期：加哆年占月日 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 前言 1 概论 刖蟊 气溶胶指的是液体或固体微粒均匀的分散在气体中形成的相对稳定的悬浮 体系。所谓液体或固体微粒是指粒子的动力学直径o 0 0 2 1 0 0 “m 大小的液滴或 固体粒子。人们赖以生存的环境大气，实际上就是由各种固体或液体微粒均匀的 分散在空气中形成的一个庞大分散体系，也就是一个大的气溶胶体系，也有人将 大气气溶胶体系中分散的各种粒子称为大气颗粒物( p a r f i c u l a t e m a 他r ) 。 1 1 t s p 、p m l 0 与p m 2 5 t s p ( 总悬浮颗粒物) 系指大气中空气动力学直径1 0 0 m 以下的颗粒，是目前 大气环境质量评价中的一个通用的重要污染指标。 p m l o 和p m 2 5 分别指空气动力学直径d a 小于或等于1 0 m 和2 5 “m 的大 气颗粒物。p m l o 也称为可吸入颗粒物( i i l l l a l a b l ep a n i c l e s ) ，世界卫生组织 ( w h o ) 则称之为可进入胸部的颗粒物( t h o r a c i cp a r t i c l e s ) ；p o o l e y 与g i b b s ( 1 9 9 6 ) 定义的可吸入肺颗粒物( r e s p i r a b l ep a n i c l e s ) 是指能够进入人体肺泡的 颗粒，即指p m 2 5 。p m 2 5 属于细微颗粒物的范畴，通常也称为细粒子( f i n e p a r t i c l e s ) 。 1 2 粒径分布 大气颗粒物的形成、迁移、转化和清除过程及物理化学性质均与其粒径有着 直接的关系。大气颗粒物具有三种不同的自然模态：爱根核模态( d a o 0 8 u m ) ， 积聚模态( o 0 8 肛m d a 2 m ) 。核模态主要特点里 布朗随机运动，它们很快与其它粒子碰撞凝并。积聚模态随机运动与重力沉降量 级相同，布朗凝并与重力沉降均很小，因此很难从大气中清除。粗模态以重力沉 降存在，它们在大气中主要依据重力沉降和雨水冲刷清除。通常将前两种模态的 颗粒物称为细微颗粒物。不过这一界限尚存在争议，一般认为在2 3 5 u m 之间。 u s h i a 提出的p m 2 5 也主要是基于粗细颗粒物的界限，而不是基于模拟粒子在 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 前言 呼吸系统的沉积而提出的；国际标准化组织( i s 0 ) 提出的易引起儿童和成人发 生肺部疾病的高危险性颗粒物为小于2 4 “m 的颗粒物，与p m 2 5 甚为接近。 1 3 主要来源 大气颗粒物的来源可以分为天然源和人为源。天然源包括地面扬尘、海浪溅 出的浪沫和盐粒、火山爆发所释放出来的火山灰、森林火灾的燃烧物、宇宙陨星 尘以及植物的花粉、孢子等。人为源主要是燃料燃烧过程中形成的烟尘、飞灰等， 各种工业生产所散发出来的原料或产品微粒以及矿物燃料燃烧所排放出来的 s 0 2 在一定的条件下转化成的硫酸盐粒子等。 上述三种模态中粗粒子模态的颗粒物主要是由工业源、生活源燃烧排放、机 械粉碎过程和交通运输等产生的原生粒子和各种自然界产生的粒子组成。爱根核 模态粒子也称为超细颗粒物( u l 订a f i mp a n i c l e s ) ，主要是由污染气体经过复杂的 多相大气化学反应转化而成，或者高温下排放的过饱和气态物质冷凝而成，少量 来自自然界和人为源的直接排放，这部分粒子在大气中最不稳定，而是很快通过 碰并长大，或者成为云或雾滴的核，其寿命通常不超过1 小时。积聚模态粒子通 过碰并、凝聚、吸附等物理效应长大而成，此外也可由挥发性组分凝结、气一粒 转化而成，或来自细小的地面尘。这部分粒子在大气中存在的时间最长，输送的 距离最远，污染范围最广。 p m 2 5 的形成方式有三种：直接以固态形式排出的一次粒子；在高温状态下 以气态形式排出、在烟羽的稀释和冷却过程中凝结成固态的一次可凝结粒子；由 气态前体污染物通过大气化学反应而生成的二次粒子。p m 2 5 中的一次粒子主要 产生于化石燃料( 主要是石油和煤炭) 和生物质的燃烧，但在一些地区某些工业 过程也能产生大量的一次p m 2 5 。一次粒子的源包括从铺装路面扬起的无组织排 放以及矿物质的加工和精练过程等，其它的一些源对环境p m 2 5 的贡献则相对 较小。可凝结粒子主要由可在环境温度凝结而形成颗粒物的半挥发性有机物组 成。二次p m 2 5 由多相( 气一粒) 化学反应而形成，普通的气态污染物通过该 反应可转化为极细小的粒子。在大多数地区，硫( s ) 和氮( n ) 为所观察到的 二次p m 2 5 的主要组分。而二次有机气溶胶在一些地区也可能是重要的组成部 分。 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 1 4 对环境的影响 1 4 1 气候效应 由于大气颗粒物具有各种粒度，决定了它对光的不同效应，如吸收、散射或 反射作用，从而对气候产生直接和间接的效应。其直接效应是粒子吸收和散射太 阳辐射和地面辐射出的长波辐射，从而影响地球辐射收支。对气候的间接影响是 指浓度变化会影响云的光学特性、云量、云的寿命，而云的变化反过来影响气候。 1 4 2 对能见度的影响 尽管大气颗粒物只占大气很小的一部分，但在城市中对大气的光学性质影响 甚至可达9 9 。大量的研究表明，大气颗粒物中p m l o 和p m 2 5 的性质与能见 度的降低密切相关。大气能见度主要是由大气颗粒物对光的散射和吸收决定的。 空气分子对光的散射作用很小，其最大的视距( 极限能见度) 为1 0 0 3 0 0 k m ( 具 体数值与光的波长有关) 。在实际的大气中由于颗粒物的存在，能见度一般远远 低于这一数值。在大气颗粒物中主要是粒径为0 1 肛n 卜1 o 肛m 的颗粒物通过对光 的散射而降低物体与背景之间的对比度，从而降低能见度。在这一粒径范围内的 颗粒物中，含有s 0 4 2 。的粒子和含有n 0 3 的粒子最易散射可见光。p m 2 5 对光的 吸收效应几乎全部是由碳黑和含有碳黑的颗粒物造成的。尽管全世界每年排放的 碳黑占人为颗粒物排放量的1 1 2 5 和全部颗粒物排放量的o 2 1 o ，但其引 起的消光效应却要高得多，在某些地方甚至可以使能见度减低一半以上。 1 4 3 酸碱度及其缓冲能力 空气中的悬浮颗粒物对降水有不可忽视的作用。颗粒物作为凝结核的成云作 用和降水对颗粒物的冲刷作用均可以使颗粒物进入降水或云中。同时，云水在空 中迁移后，会发生一系列复杂的变化，并影响或决定云水或降水的污染性质。颗 粒物影响和决定降水化学性质的一个重要方面使颗粒物中的化学物质溶解在云 水中而改变降水的酸碱度，给建筑物和农作物带来灾难性影响的酸雨就与大气中 富含s 0 2 和n o x 的颗粒物溶解在云水中相关。 1 5 对人体健康的危害 由于可吸入颗粒物主要来自人为源，多为燃烧产物而含有大量对人体有害的 成分；且颗粒物的粒径越小，其化学成分越复杂、毒性越大，这是因为小颗粒物 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究前言 的巨大表面积使其能吸附更多的有害物质，并能使毒性物质有更高的反应和溶解 速度。粗粒子一般沉积在支气管部位，而细粒子更易沉积在肺泡，并可能进入血 液循环，导致与心和肺的功能障碍有关的疾病。 1 5 1p m l 0 和p m 2 5 对人体的毒性作用 国内外对p m l o 和p m 5 的流行病学调查、动物毒理学试验和人体临床观 察研究表明：p m l o 和p m 2 5 对人体健康有着明显的直接毒害作用，可引起机体 呼吸系统、心脏及血液系统、免疫系统和内分泌系统等广泛的损伤( 表l 一1 ) 。 p m l 0 和p m 2 5 的毒性作用取决于颗粒物的浓度、化学组成、吸湿性、可溶性和 环境的温度、湿度、p h 值及机体的年龄、营养、健康状况、活动意识情况等因 素。 表1 - 1p m l o 和p m 2 5 对人体的毒性作用 影响方面毒性作用 肺功能 呼吸系统 炎症 免疫系统 癌症的发生 神经系统 胎儿的生长发育 儿童的生长发育 死亡 有损于肺部呼吸氧气的能力；使肺泡中的巨噬细胞的吞噬功能和生存 能力下降，导致肺部排除污染物的能力降低。 使鼻炎、慢性咽炎、慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、尘肺等呼 吸系统疾病恶化，甚至引起哮喘等过敏性疾病和矽肺、石棉肺、肺气 肿等疾病。 刺激肺部，导致肺部出现急性炎症，表现为中性粒细胞大量局部渗出。 引起巨噬细胞的数量和活性的的改变，降低免疫功能，增加对细菌、 病毒等感染的敏感性，使机体对传染病的抵抗能力下降；病原微生物 随p m l 0 进入人体后，可使机体抵抗力下降，诱发感染性疾病。 p m l 0 所吸附的多环芳烃( 队h s ) 是对机体健康危害最大的环境三致 物质，其中苯并芘能诱发皮肤癌、肺癌和胃癌。 带有铅的小颗粒物( 粒径1 p m ) 在肺内沉着后及易进入血液系统，大 部分与红细胞结合，小部分形成铅的磷酸盐和甘油磷酸盐，然后进入 肝、肾、肺和脑，几周后进入骨内，导致高级神经系统紊乱和器官调 节失能，表现为头疼、头晕、嗜睡和狂躁严重的中毒性脑病。 胎儿增重缓慢。 影响胎儿的生长发育和免疫功能。 导致患有心血管疾病、呼吸系统疾病和其它疾病的敏感体质患者的过 早死亡。 1 5 2p m l o 和p m 2 5 的流行病学研究 p m l o 和p m 2 5 的流行病学研究旨在通过综合分析和统计学分析揭示疾病或 不适以及人体生理功能的变化与p m l 0 和p m 2 5 的关系，从而初步地在宏观上 了解p m l o 和p m 2 5 对人体健康的危害性，是进行p m l o 和p m 2 5 的人体健康 效应评价研究的第一步。国外在p m l o 和p m 2 5 的流行病学方面已经做了大量 的工作并取得了部分成果。据o s 们e ta 1 在泰国曼谷的研究，当p m l 0 日平均增 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 加1 0 p g m 3 时，总死亡率增加1 2 ，其中呼吸道疾病死亡率增加3 - 6 ，心血管 疾病死亡率增加1 2 。有关p m 2 5 流行病学研究的结论在很多文献中也有报道。 2 国内外有关可吸入颗粒物的研究 国外对可吸入颗粒物的研究最早是从观察粒径分布开始的，6 0 - 7 0 年代集中 到化学成分和污染源解析上，8 0 9 0 年代，则从流行病学的角度对颗粒物的人体 危害进行了研究。随着美国环境保护局( e p a ) 对p m 2 5 新标准( 日均值为 6 5 p g ，m 3 ，年均值为1 5 “g m 3 ) 的制定，部分学者对于该标准提出质疑，认为目 前已有的毒理学和流行病学证据不够充分和详细，难以支持新标准。因此，对可 吸入颗粒物尤其是细颗粒物的研究仍是目前国内外研究的热点之一。 在过去的十多年间，美国和一些欧洲国家开展了大规模的p m 2 5 研究，主 要涉及p m 2 5 质量浓度的时空分布、排放清单、排放特征谱、源解析以及p m 2 5 对人体健康影响等方面。尤其是北美地区的大气监测网近几年加强了对p m l 0 和 p m 2 5 的采样和分析工作，为大气颗粒物的控制和削减提供了大量有价值的资 料。 我国对大气颗粒物的研究起步较晚，多以大气总悬浮颗粒物( t s p ) 的研究 为主，而对可吸入颗粒物( 坤) 和大气细颗粒物p m 2 5 的研究甚少，尚未形成大 规模、高层次的系统研究。少数城市进行的研究虽然取得一些成果，对大气细颗 粒物污染有了一定的认识，但大多数研究仅是个别点位、短期的监测，尚不能籍 此对大气细颗粒物的污染特征进行全面的分析，对污染源排放特征进行的调查、 研究更是缺乏。 结合本研究的内容，此处仅就p m l 0 和p m 2 5 在三个方面的相关研究结论 进行了综述，并将重点放在p m l 0 和p m 2 5 质量浓度及其无机化学组成的研究 进展上。 2 1p m l 0 和p m 2 5 的流行病学研究进展 国外进行的大量流行病学研究主要是集中调查p m l o 和p m 2 5 浓度的增加 与死亡率、住院人数、急诊人数、呼吸道疾病症状和肺功能水平下降的关系，国 内在流行病学方面的研究仍十分有限。 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 美国在犹他谷进行了详细的p m l 0 流行病学研究，结果表明，当日均p m l o 质量浓度每增加5 0 p g ，m 3 ，死亡率平均增加4 5 。在p m l 0 质量浓度超过 1 0 0 肛g ，m 3 时，死亡率比p m l 0 质量浓度小于5 0 p g ，m 3 时平均高出l l 。 a b b e y e ta l 先是在非吸烟人群中对p m l 0 的长期浓度与死亡率、呼吸道疾病 之间的关系进行研究，发现p m l o 浓度与男性死亡率存在很大的相关性。在进一 步的研究中又发现p m l 0 与男性死亡率之间的相关性是由p m l o 中细粒子部分 ( p m 2 5 ) 与死亡率之间的高相关性造成的。r e i c h l 坷旧te ta l ( 1 9 9 6 ) 在研究中发现每 日死亡率的增加同p m l 0 、p m 2 5 有密切关系，其中同p m 2 5 的相关性最强。当 p m 2 5 日平均增加1 0 “g ，m 3 时，当日的死亡率会增加1 5 。d o c k e r y c ta 1 ( 1 9 9 3 ) 和p o p e e ta l ( 1 9 9 9 ) 在研究中也得出了相似的结论。 o s 仃oe t a l ( 2 0 0 0 ) 在c o a c h e u 谷地的研究中，对1 0 年内心血管死亡率与p m l 0 和粗颗粒物( p m 2 5 1 0 ) 的相关性进行分析发现，p m l o 浓度每增加1 0 g ，m 3 ， 心血管死亡率平均增加1 1 。细颗粒物( p m 2 5 ) 浓度与心血管死亡率不存在相 关性，而粗颗粒物浓度与心血管死亡率关系密切。c a s t i l l e j o s e ta 1 ( 2 0 0 0 ) 在对墨西 哥城p m l 0 的流行病学研究中也发现粗颗粒物明显比细颗粒物与心血管死亡率 和呼吸道死亡率的相关性高。v a nc ta l ( 1 9 9 9 ) 在对洛杉基心血管住院率的调查中 也得到了类似结论。 魏复盛等( 2 0 0 1 ) 在中国4 城市对空气污染与儿童肺功能指标的相关关系进 行了研究，发现p m 2 5 和p m l 0 等与f e v l ( 1 秒末用力呼气量) 、f e v l f v c ( 用 力肺活量) 的调整均值、f e v l 厄v c 8 0 的异常率有显著的统计学相关关系， 表明p m 2 5 和p m l o 对儿童肺功能发育有不利影响。彭中贵等( 2 0 0 1 ) 通过调查也 得到了相似的结论。 尽管流行病学调查结果具有一定的偶然性，但大量的数据足以说明p m l o 和 p m 2 5 对人类健康产生了不利的影响。为了更好的解决调查结果中存在的争论以 及为p m 2 5 标准的修订提供更为可靠的依据，仍需要不断进行相关的研究工作。 2 2p m l 0 和p m 2 5 质量浓度及无机化学成分的研究 流行病学证据已表明p m l 0 和p m 2 5 对人体健康有很大的危害，而毒理学 研究也证实p m l 0 和p m 2 5 毒性大小与其化学成分有很大的关系。对p m l 0 和 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 p m 2 5 质量浓度及其化学成分的研究不但可以为毒理学研究提供十分有力的证 据，同时还可以为源解析提供大量有价值的数据资料。因此，有关p m l o 和p m 2 5 质量浓度和化学成分的研究仍是目前大气颗粒物研究中文献报道最多的内容之 一o 2 2 1p m l o 和p m 2 5 质量浓度的研究 p m l o 和p m 2 5 质量浓度的研究是其他相关研究的基础，国内外在该领域研 究的重点是寻找p m l o 和p m 2 5 的时空分布规律，从而为颗粒物控制提供准确 可靠的依据。 p m l 0 和p m 2 5 质量浓度由于受到很多因素影响，其时间分布特征的研究结 论略有差异。王宇骏等( 1 9 9 9 ) 在广州地区大气可吸入颗粒物的研究中发现， p m 2 5 和p m l o 的浓度在秋冬季节较高，而夏季较低。该结果可能与广州当地的 气候条件有关。吴国平等( 1 9 9 9 ) 发现在多数情况下，冬春季p m 2 5 、p m l 0 的 污染最重，秋季次之，夏季相对较轻。h ee t a 1 ( 2 0 0 1 ) 发现北京地区p m 2 5 的 质量浓度冬季高，夏季低，差异显著。杨圣杰等( 2 0 0 1 ) 也发现北京地区p m 2 5 浓度采暖期高于非采暖期。王珉等( 2 0 0 1 ) 发现青岛地区的p m l o 、p m 2 5 浓度 在冬季最高，其他三个季节差异不明显。d a n n y e ta 1 ( 2 0 0 1 ) 在欧洲中部和东部六 个国家进行了大规模的p m 2 5 和p m l o 质量浓度调查研究工作。结果表明，欧 洲中部和东部p m l o 和p m 2 5 浓度在不同季节差异显著，推断该结果可能是由 于当地季节性取暖造成的。综合这些研究结论可以看出，p m l 0 尤其是p m 2 5 在 冬季浓度最高，其它季节有不同程度的下降。这与冬季特殊的气象条件以及季节 性取暖有很大的关系。 f a n ge ta 1 ( 1 9 9 9 ) 在对台湾中部郊区大气颗粒物的研究中发现p m 2 5 和 p m l 0 平均浓度白天要高于夜间，但粗颗粒物部分( p m 2 5 1 0 ) 在白天和夜间不 存在明显的差异。在对城乡地区大气颗粒物的研究中他又发现，农村地区p m 2 5 的质量浓度夜晚高于白天。k u l l l b u s c he ta 1 ( 2 0 0 0 ) 在鲁尔工业区附近的农村地区 进行气溶胶昼夜变化的研究发现白天的p m l o 和p m 2 5 浓度要高于夜晚的浓度， 白天的浓度高峰出现在1 1 a m 和8 p m ，并推断该结果是由于交通高峰造成的。 由于受人类活动的强烈影响，p m l o 和p m 2 5 的质量浓度也存在一定的区域 差异。f a i l ge ta 1 ( 1 9 9 9 ) 在对台湾地区大气颗粒物的研究中发现，城市地区的 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 p m l o 、p m 2 5 不论白天还是夜间均高于郊区和农村地区。c h e n g e ta 1 ( 2 0 0 0 ) 在加 拿大亚伯达农村地区的p m 2 5 和p m l 0 质量浓度的调查中发现，偏远农村地区 的p m 2 5 质量浓度均很低，并建议建议将3 肛m 3 作为该地区p m 2 5 的背景浓度。 汪新福( 1 9 9 8 ) 也发现北京市中心地区的大气细颗粒物浓度要高于远郊农村。吴 国平等( 1 9 9 9 ) 在对中国广州、重庆、兰州、武汉4 个城市可吸入颗粒物的研究 中同样发现城区p m l 0 和p m 2 5 的浓度要比郊区高的多。w a i l g e ta 1 ( 2 0 0 1 ) 在 对南京城区大气颗粒物的研究中发现，城市不同功能区之间p m l 0 和p m 2 5 的 浓度存在差异，商贸区浓度往往偏高。f a n ge ta 1 ( 2 0 0 2 ) 发现在城区交通点的 颗粒物浓度要高于其它地点。从这些结论可以看出，在人类活动强烈的城区 p m 2 5 和p m l o 浓度要高于郊区和农村地区，但细颗粒物长距离传输造成的不利 影响也不容忽视。 国内外学者在对大气颗粒物质量浓度的研究中也在不断寻找颗粒物质量浓 度的粒径分布规律，其研究的重点是p m 2 5 在p m l 0 中所占的比重。虽然不同 地区的研究结果存在一定的差异，但是p m 2 5 与p m l 0 的比值基本上稳定在 0 5 o 8 ，表明可吸入颗粒物的质量浓度主要集中在细颗粒物部分。 p m l 0 和p m 2 5 质量浓度时空分布之所以呈现出复杂性，除了人为污染源对 它的贡献外，还受到其它诸多因素的影响。m a r c a z z a nc ta l ( 2 0 0 2 ) 在对冬季大 气颗粒物的研究中发现，颗粒物的质量浓度以及p m 2 5 与p m l o 的比率受气象 条件和大气的稳定度尤其是风的状况影响较大。f a n ge t a l ( 2 0 0 0 ) 在对台湾交通 要道大气颗粒物的采样期间恰好遇到一次大地震，对样品进行分析后发现，地震 期间p m 2 5 的浓度有很大程度提高，说明地震对大气细颗粒物的质量浓度有一 定影响。t a l l l l e re ta 1 ( 2 0 0 1 ) 发现，由于墨西哥和美国中部大火生成的细颗粒物经 过长距离传输对美国东南部的p m 2 5 的质量浓度有很大的影响。徐新华等( 1 9 9 7 ) 在对青岛地区大气气溶胶海洋因子贡献研究中，发现海洋对p m l 0 和p m 2 5 影 响较大，而且夏季海洋的贡献明显高于冬季。杨东贞等( 2 0 0 2 ) 发现风速变小、 层结呈现稳定，尤其逆温以及大气湿度升高均为p m l 0 和p m 2 5 浓度升高的因 素。王玮等( 2 0 0 2 ) 发现沙尘暴天气对北京p m l 0 有较大影响。 2 2 2 无机化学成分的有关研究 大气颗粒物的化学成分非常复杂，不同粒径大小的粒子，其化学成分也有很 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 大差异。与人类活动密切相关的化学成分可归纳为四类：离子成分( 以硫酸及硫 酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶为代表) 、痕量元素成分( 包括重金属和稀有 金属等) 、有机物成分( 如多环芳烃、硝基多环芳烃等) 和碳元素( 元素碳和有 机碳) 。有机颗粒物己检测到的主要有烷烃、烯烃、芳烃和多环芳烃等烃类，另 外还有少量的亚硝胺、杂氮环化物、醌类、酚类和有机酸等。最近的研究表明， 含有各种微生物和生物性物质的气溶胶，也称为生物气溶胶( 如孢子、细菌、花 粉等) ，可对一些特定的职业产生危害，所引起的各种呼吸道疾病已引起医学界 的关注。 对于化学组成中离子成分的研究重点是硫酸盐、硝酸盐、氯化物和铵盐的粒 径分布。m a e l l l l a u te ta 1 ( 2 0 0 2 ) 发现德国城市m 印t i t z 气溶胶中的硝酸盐在粗细 颗粒物中均有分布，而硫酸盐主要存在于细颗粒物部分。k e y a s u e ta 1 ( 1 9 9 8 ) 在对日本ka 1 1 _ t o 平原冬季气溶胶的调查研究中发现：高浓度的n 0 3 和c 1 。主要存 在于细模态，时0 3 。】+ c l 。】与 n h 4 + 】十分接近。c l a r k e e ta 1 ( 1 9 9 9 ) 使用a n d e r s o n 分级采样器对l e e d 城乡地区的气溶胶化学组成的谱分布进行了研究。结果表明， 硫酸盐和硝酸盐的浓度高峰均出现在1 1 m 级的粒子中。同时发现，硝酸盐在粗 细颗粒物中均有存在，氯化物5 0 以上分布在粗颗粒物部分，铵根离子夏季全部 存在于细颗粒物中，而冬季则有少量出现在粗颗粒物中。l i n ( 2 0 0 2 ) 发现硫酸 盐和铵盐主要在细模态分布，硝酸盐在粗细模态较为均匀的分布。h a y 锄ie ta 1 ( 1 9 9 7 ) 发现铵离子主要存在与细模态，而硝酸根离子和氯离子主要在粗模态聚 集。f a l l ge ta 1 ( 1 9 9 9 ) 同样发现硝酸盐在粗细模态中都存在，硫酸盐昼夜都集 中在细模态，氯化物的模态分布存在昼夜差异。从以上这些报道可以看出，硫酸 盐、硝酸盐、铵盐和氯化物是可吸入颗粒物尤其是细颗粒物的主要组分，但在模 态分布上存在差异。硫酸盐和铵盐主要存在于细模态，硝酸盐在粗细模态中均有 分布，往往在细模态中的分布要高于粗模态。由于氯化物的分布与海盐源以及个 别企业有很大的关系，在不同的调查结果中模态分布不甚稳定。 y a oe ta 1 ( 2 0 0 2 ) 在对上海和北京地区大气细颗粒物的研究中发现，两个地 区大气细颗粒物中s 0 4 2 浓度与当地s 0 2 的排放量具有很好的相关性，证明s 0 4 2 可能由s 0 2 转化而来。l i n ( 2 0 0 2 ) 对台湾地区的p m 2 5 的研究中也得到相似的结 论，同时发现n 0 3 。和n o x 之间同样具有一定的相关性。 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 p m l 0 和p m 2 5 中的元素尤其是对人体有害的重金属元素在国内外同样进行 了诸多研究。b a l a c h a i l d r a i le ta 1 ( 2 0 0 0 ) ，z h o n g e ta 1 ( 1 9 9 5 ) ，f o n n e n t ie ta 1 ( 1 9 9 6 ) ， m a e i l l l a u te ta 1 ( 2 0 0 2 ) 的研究结果表明地壳元素( a 1 、s i 、t i 、f e 、c a 等) 集 中分布在粗颗粒物中，而重金属元素( p b 、z n 、c d 、n i 、v 、a s 、c u 等) 主要 分布在细颗粒物中。依据g a oe ta 1 ( 1 9 9 8 ) 、b a l a c h a l l d r a ne ta 1 ( 2 0 0 0 ) 的研究 结果，微量元素的主要来源有交通排放、燃料燃烧、冶金工业以及废弃物焚烧等。 在国内很多有关颗粒物元素特征的报道( 滕恩江等，1 9 9 9 、汪新福，1 9 9 8 ) 也得 到相似的结论。同时发现，元素s 是我国大气细颗粒物中含量较高的一种元素， 充分表明我国是煤烟型污染的特点。 大气颗粒物中的元素尤其是重金属元素由于大部分是从污染源直接排放产 生，其浓度空间分布特征与污染源的距离远近有很大的关系。工业区和市区的金 属元素浓度要高于郊区( 杨建军等，1 9 9 7 、汪新福，1 9 9 8 ) ，非城市地区由于受 到城市污染源排放物的长距离传输影响，重金属元素浓度会有一定程度的提高 ( r j z z i oe ta i ，1 9 9 9 和c h e n ge ta 1 ，2 0 0 0 ) 。g a oe ta 1 ( 2 0 0 1 ) 发现颗粒物中大 部分元素在空间上从中心城市到海岸带呈现浓度梯度，组成元素的浓度季节变化 与颗粒物质量浓度相一致，冬季高而夏季有所降低，与z h o n g e ta 1 ( 1 9 9 5 ) 、杨 建军等( 1 9 9 7 ) 、谢骅等( 2 0 0 1 ) 、王淑兰等( 2 0 0 2 ) 的结论相似，这可能与冬季 的燃煤量剧增以及冬季特殊的气象条件有关。 2 3 有关颗粒物源解析的研究 由于大气颗粒物的来源复杂，影响因素很多，它既来自固定排放源又来自无 组织排放，既受人群活动的影响又受到风速、空气湿度及地面植被程度等诸多因 素的制约。为了控制和削减大气颗粒物的含量，必须定量的计算出各个源对环境 污染的贡献值( 分担率) ，这就是源解析( s o u r s e a p p o r t i o m e n t ) 。目前对大气颗 粒物的源解析主要是采用受体模型的方法。美、日等一些国家2 0 世纪7 0 年代 就已使用化学质量平衡法对芝加哥、华盛顿等许多城市t s p 的来源做了大量的 工作，并取得了较为理想的结果。我国在8 0 年代后期才开始进行t s p 来源解析 的研究。一些大城市和经济发达地区的中等城市也作了t s p 的源解析工作，取 得了较好的效果。 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 前言 大气颗粒物源解析方法的发展与采样和分析方法的改进密不可分。各种新的 颗粒物采样仪器不断出现，如级联式冲击采样器、大容量采样器和双道采样器等， 在大气颗粒物的研究中已经被广泛应用。微孔撞击器可把颗粒物按粒径大小分为 8 级，很多学者应用该采样器进行采样，得到了更多与粒径相关的信息。在分析 方法方面，多元素分析的x 射线荧光分析法( 强) 、质子诱导x 射线荧光分析 法( p e ) 、中子活化分析法( n a ) 、电子探针和等离子体发射光谱法( i c p ) 、 离子色谱法、气、液相色谱和色质联用等方法已经被国内外学者广泛应用在大气 颗粒物微量元素和有机物等组分的分析。在这些新技术的基础上，可以获得大量 来自各种类型污染源的颗粒物组成的详细数据。 显微分析方法是研究单颗粒物形态结构的主要方法，适用于分析形态特征比 较明显的的颗粒物，一般进行定性或半定量分析，若要定量分析，则要分析大量 的单个粒子，以使分析结果能代表整个样品。于春海等( 2 0 0 1 ) 曾经对激光微探 针质谱、二次离子质谱、鼬m 缸微探针以及红外光谱等显微分析方法进行了比较， 每种方法适用于不同的分析要求。汪安璞等( 1 9 9 6 ) 用扫描电镜( s e m ) 对北京 大气气溶胶单颗粒物进行形貌观察和主量成分分析，并研究了颗粒物的物理化学 特性与组分、形态分布的特征及其周围环境的关系。 富集因子法是戈登于1 9 7 4 年首先提出来的。它用于研究大气气溶胶粒子中 元素的富集程度，判断和评价气溶胶粒子中元素的自然来源和人为来源。滕恩江 等( 1 9 9 9 ) ，王淑兰等( 2 0 0 2 ) ，魏复盛等( 2 0 0 1 ) 不但使用富集因子法对大气颗 粒物中元素的来源进行了定性分析，而且用该法对不同元素在p m l 0 粗细颗粒物 中的污染程度进行了比较分析，发现大部分污染元素在细颗粒物中表现出高富集 水平。 因子分析法是一种常见的多元统计分析方法，其基本原理是把一些具有复杂 关系的变量或样品归结为数量较少的几个综合因子。常见的有主因子分析和目标 转移因子分析。g a oe ta 1 ( 2 0 0 2 ) ，b a l a c h a l l 出a ne ta 1 ( 2 0 0 0 ) ，o u e r o le ta 1 ( 2 0 0 1 ) ， 王明星( 1 9 8 5 ) 使用因子分析法对大气颗粒物组成元素进行主因子提取后，合理 的解释了大气颗粒物的主要来源。 化学元素平衡法( c m b ) 在定量计算各种已知污染源对受体的贡献方面是 一个有力的工具，它不考虑颗粒物在输送过程中的化学反应和化学变化，直接根 苏南城乡地区大气可吸入颗粒物研究 据颗粒受体样品和设定源类的排放颗粒样品化学元素的平衡原理，定量计算这些 源类的贡献率，在大气环境应用方面比较直观、成熟和广泛。该方法己被美国国 家环保局( e p a ) 定为区域环境污染评价的重要方法之一。d o n a l d e ta 1 ( 1 9 7 5 ) ， g t e g o r ta 1 ( 1 9 8 2 ) ，陈宗良等( 1 9 9 4 ) ，胥晓瑜等( 2 0 0 1 ) ，杨圣杰( 2 0 0 1 ) ，陈 明华等( 1 9 9 7 ) 使用化学质量平衡法对不同城市的t s p 和可吸入颗粒物进行源 解析，均获得理想结果。 另外，梁金友等发展了元素示踪技术”，运用数值分类手段建立的一种迭 代、分裂、不加权、非交迭的运算程序，建立起了i d n n 模式，并将其应用于城 市尺度气溶胶来源鉴别。宋宇等( 2 0 0 2 ) 在对北京大气细粒子来源分析中尝试使 用正定矩阵分解法( p m f ) ，比较全面的解析出细粒子主要来源。李祚泳等( 1 9 9 9 ) 应用投影寻踪回归技术对大气颗粒物的污染源成分谱和大气采集样本中的元素 测试数据进行分析，得到大气颗粒物污染源权重贡献率的一种源解析新方法。 2 0 0