南京大氣細顆粒物中水溶性組分的污染特征

    通常而言，大多數源于人類活動活動的大氣污染物易于富集在水溶性組分中。大氣中水溶性離子是大氣細顆粒物（PM_2.5）的重要組成部分，PM_2.5中的一些水溶性硫酸及硫酸鹽、硝酸及硝酸鹽、銨鹽等成分，大多數是由礦物、燃料燃燒形成，也有一部分是在大氣中經各種化學反應形成的。離子組成特性同時可以反應大氣顆粒物的來源及形成過程。該文對2010年南京城區連續一年PM_2.5中，水溶性離子濃度水平、時間變化特性等進行分析。

1  實驗部分

1.1樣品采集

   2010年1-12月采用美國生產的RP-2300多組分采樣器采集大氣中的PM_2.5樣品。每月采集4-6d，供采集樣品62個。采樣時間為20h以上，分別分析水溶性陰離子和NH₄⁺。

  采樣地點為國控點草場門子站頂樓，采樣所用的濾膜為石英膜，濾膜大小為直徑47mm。采樣前，石英膜在400-500℃馬弗爐中烘2h。

   烘焙后的濾膜置于干燥器中平衡48h待稱與取用，采樣后的濾膜同樣置于干燥器中平衡48h待用。石英膜的樣品放在低溫下（4℃下，0℃以上）保存。

1.2  樣品分析

水溶性離子成分分析由南京市環境監測中心站完成。具體方法；將采樣的膜用干凈的鑷子取出，用純水定容至100.0mL的比色管中，放入KH5200B型超聲儀中，超聲30分鐘后，冷卻至室溫。

   陰離子分析室取處理后的溶液用0.22μm的濾膜過濾后，用戴安ICS-1500型離子色譜分析。取處理后的溶液分析NH₄⁺，分析方法為納氏試劑分光光度法，儀器為TU810型紫外分光光度計。

2   結果與討論

2.1  PM_2.5的質量濃度

   南京市2010年大氣中PM_2.5及其化學質組分的質量濃度月均值見表1

  采樣期間，PM_2.5的日均質量濃度0.042-0.208mg/m³,月均濃度zui高位1月和6月，質量濃度分別為0.148mg/m³和0.146mg/m³。zui低為8月，質量濃度為0.055mg/m³。1月濃度高是因為采樣時均為霾天氣，6月重要滴焚燒秸稈的影響。

2.2  PM_2.5的化學組成和時間變化特性

從表1可見，PM_2.5中水溶性離子有F^-、CL^-、NO₂^-、NO₃^-、SO₄^2-、NH_4⁺,其中SO₄^2-占優勢，濃度zui高，其次是NH_4⁺，NO₃^-或CL^-第三，F^-和NO₂^-zui低。SO₄^2-主要是由燃煤和燃油排放的SO₂在大氣擴散過程中與空氣中的氧氣、水蒸氣發生氧化反應，經過一段時間的大氣化學反應后，硫酸鹽；NH_4⁺主要是由NH₃經過大氣化學反應生成，主要在化學、制藥、食品、制冷等工業生產中常有排放和逸出，氨水的運輸和田間施用也會排放，有機物的分解、腐敗、發酵等過程能分解出較高濃度的氨。NO₃^-主要是由燃料在高溫下燃燒產生NO_X,NO_X在大氣擴散的過程中與空氣中的氧氣、水蒸氣、NH₃等發生一系列的氧化反應，經過一段時間的大氣化學反應后，生成硝酸鹽；F^-、CL^-的含量較少，一般認為主要是在生產工藝過程中產生的。

    圖1是草場門子站個月PM_2.5水溶性離子的平均質量濃度，從圖1可見，個離子的濃度隨季節（根據氣象部門對南京四季的界定）的變化形式各不相同，6中離子的季節濃度平均之和的峰值和峰小值分別在冬季和春季出現。這說明冬季污染物排放濃度的大量增加與特殊的氣象條件是形成高濃度的二次細粒子的主要原因。在春季zui小，與影響二次粒子的形成和存在的一些因素（如前體物的濃度、局地的大氣光化學反應活性、溫度、濕度等）隨季節的變化有關。

3   結論 

1）采樣期間PM_2.5的日均濃度為0.042-0.208mg/m³，月均濃度zui高位1月和6月，zui低位8月

2）PM_2.5中水溶性離子中SO₄^2-占優勢，濃度zui高，其次是NH_4⁺，NO₃^-或CL^-第三，F^-和NO₂^-zui低。6種水溶性離子約占PM_2.5總質量的30%。

3）6種離子的冬季平均濃度之和的峰值和極小值分別在冬季和春季出現

4）SO₄^2-+NO₃^-與NH_4⁺的相關性，相關系數為0.89；NO₃^-與NH_4⁺相關性較高，相關系數為0.88；SO₄^2-與NH_4⁺的相關系數為0.83。NH_4⁺是PM_2.5中硫酸鹽和硝酸鹽中居于主導地位的陽離子。