（环境科学专业论文）香港pm25水溶性离子的在线监测仪器评估及理化特征分析.pdf

山东大学硕士学位论文 ) i g m 3 。s 0 4 2 。、n h 4 + 和n 0 3 。浓度分别为1 4 2 5 、4 8 6 和2 9 3p g m 3 ，这三种离子 占总离子和的8 6 7 ，是主导性离子组分。 对实验期间离子组分浓度实时变化数据的分析表明，s 0 4 2 - 具有白天高夜间 低的日变化规律，并与s 0 2 浓度的变化趋势基本一致；n 0 3 浓度则呈现明显的双 峰，并与n o x 浓度的变化趋势基本一致。s 0 4 2 和n 0 3 - 等二次污染物与前体物变 化趋势的一致性表明其来源与气体转化有关。对观测期间所有样品的阴、阳离子 组分进行相关性分析，n h 4 + 和s 0 4 2 。和的相关性最好，r 达到了0 8 4 ，并r n h 4 + s 0 4 2 】的平均比值为1 5 5 ( 离子浓度单位为o m o l m 3 ) ，表明( n h 4 ) 2 s 0 4 或者 n h 4 h s 0 4 为主要存在形式。 n 0 3 s 0 4 2 - 平均值为0 3 2 ，变化范围为0 0 3 1 4 2 。 这表明香港地区固定源仍是p m ：，产生的主要途径，与我国大部分城市相符合。 利用p c a 方法分析得出四个影响气溶胶中p m 2 5 浓度变化的因子，即气团 传输、机动车污染源、海盐以及土壤源，这四个源可以解释香港p m 2 5 气溶胶7 7 6 的来源。 选取1 1 月3 0 - - 1 2 月2 日和1 2 月d 8 日两个污染时期进行分析，两个时期内s 0 4 2 。、 n h 4 和n 0 3 的浓度分别为1 6 0 2 、6 4 5 、6 1 4i _ t g m 3 和2 0 9 8 、7 5 8 、3 5 6i t g m 3 。 s 0 2 和s 0 4 2 在两次污染事件期间的相关性良好，s 0 2 向s 0 4 2 的转化作用显著， 是s 0 4 2 。的重要污染来源。风向风速等气象条件对香港空气质量影响较大，特别 是风速较小时，污染物不易扩散，造成污染物积累，浓度较高。利用h y s p l i t 后推3 天气流轨迹分析得出，两次污染气团来源不同，导致污染物浓度特征的差 异：受广东省污染物影响，香港地区n 0 3 和n o x 浓度较高：而受北方气团影响， 香港地区则是s 0 4 2 。浓度较高。 关键词：香港，p m 2 5 ，水溶性离子，a i m ，m a r g a ，污染特征 2 a b s t r a c t p m 2 5 ，e s p e c i a l l yt h es u l f a t e ln i t r a t ea n da m m o n i u mi nt h ep m 2 5i sw e l lk n o w n t o b ea s s o c i a t e dw i t hh u m a nh e a l t h ，a i rq u a l i t yd e t e r i o r a t i o n ，a n de v e ng l o b a lc l i m a t e c h a n g e t h ep r i m a r yo b j e c t i v e so ft h i ss t u d yi n c l u d et w os e c t i o n s o n ei s t oa s s e s s t i m et e c h n i q u e sf o rm e a s u r i n g8 0 4 2 。，n 0 3 a n dn i - h + i np m 2 5b y ah o n e y c o m bd e n u d e rf i l t e r p a c ks y s t e mi nt h em u c hh i g h e r c o n c e n t r a t i o nc o n d i t i o ni nc h i n a t h eo t h e ro n ei st oi n v e s t i g a t et h ew a t e rs o l u b l e i o n so fp m 2 5c o m b i n e dw i t hm e t e o r o l o g i c a ld a t aa n ds o m eo ft h eg a s e o u sp r e c u r s o r s s u c ha ss 0 2 ，n o xa n d0 3i nh o n gk o n gf r o m1 3o c t o b e rt o1 4d e c e m b e ri n2 0 1 0 t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o n s ，t e m p o r a la n dd i u m a lv a r i a t i o n s ，s o u r c ea p p o r t i o n m e n to f w a t e r - s o l u b l ei o n i cs p e c i e si np m 2 5w e r es t u d i e dd u r i n gt h ep e r i o d si nd e t a i l 。t h e c o n c l u s i o n sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： t h ea m b i e n ti o nm o n i t o r ( 铒m ，u r g 9 0 0 0 b ) s h o w e dg o o dp e r f o r m a n c ef o rn 0 3 。 a n d n i - 1 4 t h ed a t ao ft h ea 蹦a n d t h ef i l t e rs y s t e ma g r e e d v e r yw e l lw i t hr e g r e s s i o n s l o p e so f1 0 0a n d0 9 1a n dac o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to f0 9 4a n d0 91 ，r e s p e c t i v e l y a n o t h e rm o n i t o rf o rm e a s u r i n ga e r o s o l sa n dg a s e s ( m a r g a ，m o d e la d i2 0 8 0 ) ， d e v e l o p e db ye c n ，m e t r o h m a n da p p l i k o n ，s h o w e de x c e l l e n tp e r f o r m a n c ef 1 0 rt h e m e a s u r e m e n t so fs 0 4 2 。a n d 砷h 4 + ，w i t hr e g r e s s i o ns l o p e so f1 0 2a n d1 0 6a n da c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to fo 9 6a n d0 9 6 ，r e s p e c t i v e l y b u tm a r g ae x h i b i t e dh i g h n 0 3 m e a s u r e m e n tr e s u l t s ，a n da c c u r a c yo fn 0 3 。m e a s u r e m e n t ss h o u l db ee v a l u a t e d f u r t h e r a i ms h o w e do b v i o u so v e r e s t i m a t i o nf o rs 0 4 小，w h i c hw a sa t t r i b u t e dt ot h ep o s i t i v e i n t e r f e r e n c eb yh i g h a m b i e m s 0 2c o n c e n t r a t i o n sw h i c hc o u l dn o tb et o t a l l y e l i m i n a t e di nt h ep a r a l l e ld e n u d e r t oo v e r c o m et h i sp r o b l e m ，a ni m p r o v e ds y s t e m i n c l u d i n gt w od e n u d e r sw o r k i n gi ns e r i e sa n dw i t ht h eu s eo fan e wd e n u d e rl i q u i d ( 5 m m o l lh 2 0 2 + 5m m o l ln a o hm i x e ds o l u t i o n ) w a su s e d t h en e ws y s t e mc o u l d a b s o r bl l i g hc o n c e n t r a t i o no f $ 0 2 ( e v e nu pt o10 0p p b ) s ot h a tt h es 0 4 厶m e a s u r e m e n t r e s u l t sw o u l dn o tb ea f f e c t e d 3 山东大学硕士学位论文 t h et o t a lw a t e rs o l u b l ei o n s ( t w s i ) c o n c e n t r a t i o ni np m 2 5o fh o n gk o n gi si nt h e r a n g eo f5 5 4 7 4 6 6i - t g m 3 ，w i t ht h ea v e r a g eo f2 5 4 1j t g m 3 s 0 4 2 ，n 0 3 - a n dn h 4 ， w e r et h em a j o rs e c o n d a r yi o n sw i t l la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so f1 4 2 5 ，4 8 6a n d2 9 3 斗g m ，r e s p e c t i v e l y a n dt h et o t a lo ft h et h r e ei o n sa c c o u n t e df o r8 6 7 o ft w s i t h ed i u r n a lp a t t e r no fs 0 4 a n dn 0 3 一w e r es i m i l a rw j 也t h e i rp r e c u r s o r , s 0 2a n d n o x ，w h i c hs h o w e dt h es o u r c e so ft h es e c o n d a r yp o l l u t a n t s a n a l y z i n gt h er e l a t i v e b e t w e e na l lt h ec a t i o n sa n da n i o n ，t h i sp a p e rd e m o n s t r a t et h a tt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e ns 0 4 厶a n dn h 4w a sb e s t ，a n dr = 0 8 4 t h et h r e em a i ni o n sm a ye x i s ti nt h e f o r mo f ( n h 4 ) 2 s 0 4 ，瑚s 0 4a n dn h 4 n 0 3 t h ea v e r a g e n 0 3 一 s 0 4 z - w a s0 3 2 ， w h i c hi ss i m i l a rw i t ht h ev a l u e so fm o s tc i t i e si nc h i n a a p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i ss h o w e dt h a ts h o r t - r a n g ea n dl o n g r a n g et r a n s p o r t o fp o l l u t i o n , v e h i c l ee x h a u s t ，s e as a l ta n ds o i lw e r et h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h e v a r i a b i l i t yo ft h em e a s u r e di o n s a n a l y s i so ft w op e r i o d so fp o l l u t i o n ( n o v3 0 一d e c2a n dd e c6 - 8 ) s h o w e dt h e c o n c e n t r a t i o n so fs 0 4 2 。，n 0 3 - a n dn h 4 + w e r e1 6 0 2 ，6 4 5a n d6 1 4i _ t g m 3 ，a n d2 0 9 8 ， 7 5 8a n d3 5 6 蚓f m 3 ，r e s p e c t i v e l y g o o dr e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns 0 2a n ds 0 4 2 。s h o w e d s 0 2w a st h em a i ns o u r c eo fs 0 4 小m e t e o r o l o g i c a la n a l y s i ss h o w e dt h a tw i n d d i r e c t i o na n dw i n ds p e e dh a das i g n i f i c a n ti m p a c to nt h es t a t u so fa i rq u a l i t y t h el o w w i n ds p e e dw o u l dl e a dt os t a b l ew e a t h e ra n dp r e v e n tp o l l u t i o nd i s p e r s i o n b a c k t r a j e c t o r ya n a l y s i si n d i c a t e dt h et w oa i rm a s s e sc o m i n gf r o md i f f e r e n td i r e c t i o n s ：o n e f r o mg u a n g d o n gp r o v i n c e ，w h i c hl e dt oh i g hn 0 3 a n dn o xc o n c e n t r a t i o n s ；a n o t h e r f r o mn o r t hd i r e c t i o n ，w h i c hc a u s e dh j 【g hs 0 4 + c o n c e n t r a t i o n k e yw o r d s ：h o n gk o n g ，p m 2 5 ，w a t e r s o l u b l ei o n s ，a j m ，m a r g a ， c h a r a c t e r i z a t i o n 4 些奎奎兰堡主兰垡笙奎 c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e 。j 1 a b s t r a c ti ne n g l i s h l i s to fa b a r e v i a t i o n s 3 5 c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 7 1 1r e v i e wo fp m 2 5 7 1 1 1c o n c e p ta n ds t a n d a r d 7 1 1 2t h ei m p a c t so n 1 2m e a s u r i n gs y s t e m s 1 2 1o f f - l i n e 1 2 2o n 1 i n e dc l i m a t eo f p m 2 5 8 2 5 1 0 l e s 1 ( ) 11 1 2 3c o m p a r i s o nb e t w e e r i _ o n - l i n ea n df i l t e rm e t h o d 1 2 】【3r e s e a r c hs t a t u so f p o l l u t i o nc h a r a c t e r i z a t i o n 1 4 1 4r e s e a r c ho b j e c t i v e ，s i g t g f i c a n c ea n dc o n t e n t s 1 6 1 4 1r e s e a r c ho b j e c t i v e s l a n ds i g n i f i c a n c e 1 6 1 4 2r e s e a r c hc o n t e n t s 1 8 c h a p t e r 2e x p e r i m e n t sa n d m e t h o d 1 9 2 1s a m p l i n gs i t e ，! 1 9 2 2s a m p l i n gi n s t n t m e n t sa n _ i dm e t h o d 2 0 2 2 1s a m p l i n gi n s t r u m e n t s 2 0 2 2 2f i l t e rm e t h o da n da n a l y s i s 2 3 2 2 3q u a l i t ya s s u f a r a n c ea n dq u a l i t yc o n t r o l 2 3 2 2 4g a s e sa n a l y s i si n s t n m a e n t s 。2 4 2 2 5m e t e o r o l o g i cd a t a 2 4 c h a p t e r3t h ee v a l u a f i o no fs 0 4 2 n o ra n dn h 4 + m e a s u r e m e n t su s i n ga j ma n d m a r g a j ：! ! ； ：；1r e v i e wo f a i ma n dm a r g a 2 5 3 1 1c a l i b r a t i o no f a 蹦a n dm a r g a 2 5 3 1 2m e a s u r e m e n t sr e s u l t e s 3 2c o m p a r i s o nb e t w e e n 枷 o f 删a n d 队r g a 2 5 a n df i l t e rm e t h o da n dt h ea i m s h o r t c o m i n g sa n d s o l u t i o n s 2 6 3 2 1c o m p a r i s o nb e t w e e na i ma n df i l t e rm e t h o d 2 6 3 2 2i n t e r f e r e n c eo fs 0 2 2 7 3 2 3i m p r o v e m e n tf o ra i md e n u d e r 2 9 i i i 山东大学硕士学位论文 3 3c o m p a r i s o nb e t w e e nm a r g aa n df i l t e rm e t h o d 3l 3 4c o m p a r i s o nb e t w e e n 删a n dm a r g a 3 2 ：；5s u m m u r y 3 4 c h a p t e r4c h a r a c t e r i s t i c so fi n o r g a n i cw a t e r - s o l u b l ei o n si np m 2 5 3 5 4 1t e m p o r a lv 撕a t i o n 3 5 4 1 1t o t a lp o l l u t i o ns i t u a t i o n 3 5 4 1 2t e m p o r a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s 3 8 4 1 2d i u r n a lv a r i a t i o no f w a t e rs o l u b l ei o n s 4 0 4 2c o r r e l a t i v ec o e f 6 c i e n t sb e t w e e nw a t e r s o l u b l ei o n s 4 3 4 3 时0 3 。 s 0 4 小】4 5 4 4s u m m a r y 4 6 c h a p t e r5s o u r c ea p p o r t i o n m e n to fw a t e r - s o l u b l ei o n s a n dp o h u f i o nc a s e a n a l y s i s 4 8 5 1s o u r c ea p p o r t i o n m e n to f w a t e r - s o l u b l ei o n s 4 8 5 1 1f a c t o ra n a l y s i s 4 8 5 1 2s o u r c ea p p o r t i o n m e n t 5 0 5 2p o l l u t i o nc a s ea n a l y s i s 5 2 5 2 1w a t e r - s o l u b l ei o n sa n dg a s e s 5 2 5 2 2c o r r e l a t i v ec o e f f i c i e n t sb e t w e e nw a t e r - s o l u b l ei o n sa n dg a s e s 5 3 5 2 3c o r r e l a t i v ec o e f f i c i e n t sb e t w e e nw a t e r - s o l u b l ei o n sa n dm e t e o r o l o g i cd a t a 5 5 5 2 4b a c kt r a j e c t o r ya n a l y s i s 5 7 5 3s u m m a r y 5 8 c h a p t e r6c o n c l u s i o na n ds h o r t c o m i n g s 5 9 6 1m a i nc o n c l u s i o n s 5 9 6 1 1c o n c l u s i o no f e v a l u a t i o no f p m 2 5o n - l i n ei n s t r u m e n t s 5 9 6 1 2c o n c l u s i o no f t h ep m 2 5c h a r a c t e r i s t i c si nh o n gk o n g 6 0 6 2i n n o v a t i o np o i n t sa n ds h o r t c o m i n g s 6 1 r e f e r e n c e s 6 2 a k n o w l e d g e m e n t s 7 3 p u b l i c a t i o n s 7 4 i v 山东大学硕士学位论文 符号及缩写说明 缩写 a i m a m s e t v m a r g a n a s a p c a p i l s p m p m 2 5 p m l 0 p o l y u r m a s j a c t s p u s e p a w h o 英文全称 a m b i e n ti o nm o n i t o r a e r o s o lm a s ss p e c t r q m e t e r e n v i r o n m e n t a lt e c h n b l o g y v e r i f i c a t i o n m o n i t o rf o ra e r o s o l s & g a s e si n a m b i e n ta l r n a t i o n a la e r o n a u t i c sl a n ds p a c e a d m i n i s t r a t i o n p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s p a r t i c l e - i n t o - l i q u i ds a m p l e r p a r t i c u l a t em a t t e r f i n ep a r t i c u l a t en 姚e i n h a l a b l ep a r t i c u l a t e s t h eh o n g k o n gp o l y t e c h n i c u n i v e r s i t y r e d u c e dm a j o ra x i s r 中g r e s s i o n s t e a mj e ta e r o s o lc o l l e c t o r t o t a is u s p e n d e dp a r t i c u l a t e s u s e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a g e n c y 中文说明 大气细颗粒物水溶性组分在线连续监 测分析系统 气溶胶在线质谱仪 美国环保署环境技术认证 在线气体组分及气溶胶监测系统 美国国家航空航天局 主因子分析 大气细粒子连续液化采样器 颗粒物 细颗粒物 可吸入颗粒物 香港理工大学 压轴回归分析 蒸汽喷射气溶胶在线采样器 总悬浮颗粒物 美国环境保护署 w o r l dh e a l t ho r g a n i z a t i o n 世界卫生组织 5 山东大学硕士学位论文 6 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 大气p m 2 5 概述 1 1 1 相关定义和标准 大气环境污染日益成为环境科学领域乃至影响人们日常生活甚至生存的重 点问题。目前，颗粒物( p a r t i c u l a t em a t t e r s ，p m ) 被认为是对人体健康危害最大、 代表性最强的空气污染物之一，世界卫生组织( w h o ) 、美国环境保护署 ( u s e p a ) 、欧盟等诸多国际硎构在评价大气污染的健康危害时均选择颗粒物作为 代表性空气污染物【1 1 。 大气颗粒物是指分散在太气中的固态或液态颗粒物质的总称。根据粒径的大 小可以将颗粒物分为三种：粒径小于2 5p r n 的颗粒物称为细颗粒物伊i n e p a r t i c l e s ，p m 2 5 ) ；粒径小于1 0l a i n 的颗粒物称为可吸入颗粒物( i n h a l a b l e p a r t i c u l a t e s ，p m l o ) ；粒径小于1 0 0b r n 的所有悬浮颗粒物称为总悬浮颗粒物( t o t a l s u s p e n d e dp a r t i c u l a t e s ，t s p l 。大气颗粒物具有天然和人为两种源。自然界的各 种物理、化学和生物过程是大气污染物的一个很重要来源，天然源主要有自然尘 ( 扬尘、沙尘暴、土壤粒子等6 、火山爆发、森林大火、海洋飞沫和植被排放等。 人为源是指人类的生产生活活动中向大气输送污染物的发生源，如化石燃料燃烧、 交通运输尾气排放、工业排放、生物质燃烧等【m 】。 近年来，国内外学者对太气颗粒物进行了广泛而深入的研究，逐步认识到细 颗粒物对人体健康和环境的危害更大【3 。5 】，很多国家和组织也制定了相应的空气 质量标准。美国环保署于1 9 8 5 年将颗粒物指示物质t s p 修改为p m l o ，并于1 9 9 7 年 首先颁布了p m 2 5 空气质量标推：年平均浓度1 5 鹏细3 ，日平均浓度6 5 g m 3 。我 国也在1 9 9 6 年颁布的环境空气质量标准( g b 3 0 9 5 1 9 9 6 ) 中规定t p m i o 的日 平均标准：一级标准5 0t t g m j ，二级标准1 5 01 t g m 3 。在2 0 1 2 年的修订版中，增设 t p m 2 5 浓度限值，日平均浓度一级标准3 5p , g m 3 ，二级标准7 5l l g m 3 ，并于2 0 1 6 年1 月1 日开始实施。 山东大学硕士学位论文 表1 1w h o 、中国、美国及欧盟空气质量标准 1 1 2p m 2 5 的对能见度、气候及人体健康的影响 大气颗粒物浓度与能见度低密切相关。大量研究表明，能见度的降低主要是 于细粒子和气体对光的吸收和散射减弱了光信号，并由于散射作用减小了目标物 与天空背景之间的对比度而造成的，其中主要是硫酸盐( s 0 4 2 - ) 和硝酸盐烈0 3 - ) 对光的散射作用，元素碳( e c ) 和含有碳黑的颗粒物则对光有吸收效应【l 们。大气 颗粒物能直接或者间接影响全球大气辐射平衡和气候变化。颗粒物通过吸收和散 射长波和短波辐射可改变地球一大气系统辐射平衡；另外，大气中的颗粒物作为 云凝结核或者冰核而改变云的微物理和光学特征以及降水效率，从而间接影响气 候【1 1 。1 4 1 。大气颗粒物，特别是细颗粒物更容易被吸入人体，不仅能引起呼吸道疾 病、心血管以及肺功能下降等呼吸系统疾病，还极易成为致病致癌物质的载体， 对人体健康造成可严重危害 1 5 - 1 8 】。世界卫生组织在2 0 0 5 年版空气质量准则中 指出：当p m 2 5 年均浓度达到3 5 “g m 3 1 t v j - ，人的死亡风险l ll o 峙m 3 的情形约增加 1 5 。 图1 1 是美国国家航空航天局科a s a ) 2 0 1 0 年9 月公布的全球空气质量地图， 该图利用n a s a 两台卫星监测仪的监测结果，绘制出显示2 0 0 1 年至2 0 0 6 年的p m 2 5 平均值。在这张2 0 0 1 2 0 0 6 年间平均全球空气污染形势图上，全球p m 2 5 最高的地 区在北非和西亚等沙漠地区、印度以及中国东部地区。 051 01 52 05 08 0 s a t e l l i t e - d e r i v e dp m 25 j t g m 3 图1 1 美国国家航空航天局( n a s a ) 2 0 1 0 年9 月公布的全球空气质量地图 我国是煤炭、氮肥、钢铁和水泥产量世界第一大国，煤炭消耗量逐年上升， 同时机动车保有量也以每年超过1 5 的增长速度高速增长，每年向大气中排放大 量的一次烟尘、二氧化硫( s 0 2 ) 、氮氧化物( n o x ) 和挥发性有机物( v o c s ) ，以 及由各种气态前体物经过光化学反应生成的二次颗粒物，对大气环境造成了非常 严重的污染，城市细颗粒物的污染问题也日益突出。近年来，灰霾天气已成为我 国城市一种严重的区域性天气现射1 9 。2 1 】。灰霾又称棕色云，是由气溶胶和气体污 染物形成的一种城市和区域性空气污染现象，能使水平能见度小于1 0 千米。目前， 在我国的部分区域存在着四个灰霾严重地区：黄淮海地区、长江河谷、四川盆地 和珠江三角洲。香港位于珠三角，易受到内地珠三角地区的影响，因此对香港地 区气溶胶性质的研究具有重要意义。 9 山东大学硕士学位论文 1 2 大气p m 2 5 水溶性离子组分的主要研究方法 由于p m 2 5 对人体健康和全球气候的重大影响，目前的相关研究也越来越多。 p m 2 5 的化学成分一般可分为无机组分和有机组分，其中无机组分包括水溶性组 分( 以硫酸盐、硝酸盐和铵盐等二次污染物为代表) 和不水溶性组分( 地壳物质 和痕量元素等) ；而有机组分包括有机碳( 脂溶性和水溶性有机物) 和元素碳【2 】。 其中无机和有机的可溶性组分占p m 2 5 质量浓度的2 0 5 0 ；而有机物占p m 2 5 质 量浓度的2 0 5 0 。 无机水溶性离子是p m 2 5 的重要化学组分，受到国内外越来越多的关注，因 此对水溶性离子的研究显得十分必要。目前的主要研究方法有以下两种：一是基 于经典滤膜法的采样分析法，二是在线分析方法。 1 2 1 膜采样分析法 大气颗粒物膜采样分析法包括现场采样和实验室分析两部分：首先在采样点 用带有滤膜的采样器收集大气颗粒物，然后在实验室对滤膜上的颗粒物进行提取 和分析。目前常用的滤膜采样器一般由采样系统、流量控制系统和抽气动力系统 组成，可分为两大类：通用的颗粒物采样器，即采集一定粒度范围内的颗粒物： 粒度分级采样器，可采集不同粒径范围的颗粒物。 膜采样分析研究法具有技术较简单、成本较低的特点，多年来一直被广泛应 用【2 2 - 2 4 1 。但该方法存在一些缺陷。膜采样法采样周期较长，一般几个小时到几天， 这使得采集的样品时间分辨率低，并且滤膜样品还需要实验室萃取和分析时间， 故无法及时反应出大气颗粒物质量及组成成分的变化，而这些实时变化资料对于 了解颗粒物的来源、大气传输过程以及反应机理等有重要作用。经典滤膜采样还 存在挥发性物种( 如n h 4 n 0 3 ) 的丢失，s 0 2 、h n 0 3 和n h 3 等气体在膜表面被颗 粒物吸收从而影响颗粒物组分等的问题 2 5 】。采样过程中发生的压力、温度和相 对湿度等的变化都可能导致滤膜上采集到的颗粒物和大气中挥发性和半挥发性 化学组分的气固平衡改变，使得这些组分挥发损失。h e r i n g 和c a s s 研究发现【2 6 1 ， 使用t e f l o n 滤膜采样时约有9 - 2 1 的n h 4 n 0 3 损失，并且与大气温度密切相关， 温度越高损失越大。另外，滤膜法采集的样品在保存和后续萃取分析过程中易带 入实验误差，c h o w 掣2 7 1 曾对这种离线方法的各种损失和可能造成的人为影响做 1 0 坐奎奎堂堡主兰垡丝茎 过系统研究，结果表明，因为大气细粒子化学组分的不稳定性以及周围环境的改 变，滤膜上的细粒子化学组分在采样后的转移和储存过程中都有所变化。 为解决经典滤膜采样存在的挥发性组分损失的缺点，研发出了带有选择性吸 附剂的溶蚀器等来吸收挥发性物质1 2 8 3 1 1 。溶蚀器的使用可提高对大气颗粒物中易 挥发性组分的收集效率，减小误差，但离线分析采样周期长、缺少时效性等根本 性缺陷依然存在。 1 2 2 在线分析方法 近年来，连续和半连续| ! i g 在线大气颗粒物离子组分观测仪器被研发出来，并 已经应用到实验室研究和实地观测中。按其原理不同，这些技术方法大致可分为 两大类，一类是利用高温方法把大气颗粒物中的化学组分燃烧( 氧化) 气化，然 后通过相应的气态检测仪器来检测；另一类则是把颗粒物溶解到液态溶剂中，然 后即时传输到分析仪器上进行液态样品检测。 美国r & p 公司推出了r & p8 4 0 0 s 和r & p8 4 0 0 n 分别为测量即时p m 2 5 中硫 酸盐和硝酸盐质量浓度的仪器，其原理是应用闪发技术( f l a s hv a p o r i z a t i o n ) 使颗 粒硫酸盐和硝酸盐成分生成s 0 2 和n o x ，产生的脉动经由气体分析仪加以测量 【3 2 。3 3 1 。该技术不能对颗粒物哳的多种成分进行同时测量，故若测量不同组分则需 要独立的分析系统，增加了运行的操作和成本。气溶胶在线质谱仪( a e r o s o lm a s s s p e c t r o m e t e r ，a r c s ) 是一种基于质谱技术的单颗粒分析技术，分析过程为一个 粒子透镜系统把气流中的颗粒物聚焦为大约l r n m 直径的粒子束，在粒子束通过 质谱仪高真空区域时，颗粒物会根据不同的动力学直径被加速到不同的速度，并 被高频转动的断路器断切成多组粒子3 4 1 。粒子中的化学组分被快速加热气化， 通过高压电流离子化，最后通过质谱检测离子的质量电荷比来判断离子种类。粒 子的动力学直径则通过粒子从断路器到检测器之间的飞行时间来判断。a m s 技 术研究对象为单粒子，能够提供更加微观的大气颗粒物信息，并且检测快速，能 够进行高频检测。但是a m s i 装置结构复杂，成本昂贵；单粒子代表性差，并不 适合在线监测；数据量巨大，需要特殊的自动分析软件；颗粒物粒径限制，只能 对动力学直径在0 0 5p m 到1 0 g m 的粒子进行分析。 近年来，离子色谱技术列颗粒物离子组分中的应用使得可以同时分析几种不 同离子。一般是将颗粒物样品溶解在水溶液中，然后利用液相离子色谱技术进行 1 1 山东大学硕士学位论文 分析。k h l y s t o v 等【3 5 】报道的蒸汽喷射气溶胶在线采样器( s t e a mj e ta e r o s o l c o l l e c t o r ，s j a c ) 是一种有效的颗粒物在线液化收集技术，采样过程中，气流经 过采样头后首先通过一个湿式脱气管，利用管中不断流动的选择性淋洗液来洗脱 含氮气体，并通过离子色谱在线分析液态样品以获得气态亚硝酸和硝酸的浓度。 洗脱后的采样气体