长沙市区PM2.5中致癌重金属铅、镉的污染特征与季节性变化研究

赵根成 姚运先 蒋利华 贾劲松 方 晖 付 希 罗 瑛

(长沙环境保护职业技术学院，湖南 长沙 410004)

长沙市区PM2.5中致癌重金属铅、镉的污染特征与季节性变化研究

赵根成 姚运先 蒋利华 贾劲松 方 晖 付 希 罗 瑛

(长沙环境保护职业技术学院，湖南 长沙 410004)

2015年3月至2016年2月期间，在春夏秋冬四个季度，每个季度在长沙城区采样15天，每天连续采样20小时，共采集PM2.5有效样品60个。 分析测试结果表明：长沙监测点PM2.5样品中Pb和Cd年平均浓度分别为4.24ng/m3和132.44ng/m3，对照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中年平均浓度限值，PM2.5样品中Pb年平均浓度远低于标准值，PM2.5样品中Cd年平均浓度则超过标准值25倍。其中冬季PM2.5样品中Pb和Cd质量浓度平均值均显著高于其它季节。对比北京、上海、广州、重庆等国内主要城市，长沙PM2.5样品中Pb年平均浓度处于较低水平；而Cd年平均浓度处于较高水平。

长沙；PM2.5；铅、镉；污染特征；季节性变化

城市空气中颗粒物污染问题近年来受到人们越来越多的关注，尤其是大气中的细颗粒物PM2.5，富含大量的有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，能长期漂浮在空气中，这种细粒子能通过呼吸系统进入人体中，因而对人体健康和大气环境质量具有重大影响[1，2]。 空气中颗粒物所含有的有毒重金属可对人体健康构成严重威胁，如Pb、Cd等致癌重金属多以气溶胶粉尘或蒸气的形式通过呼吸作用进入人体，已成为人类生存环境中不可忽视的隐形杀手。

近年来国内许多学者对不同城市颗粒物中重金属的污染特征进行了大量富有成效的研究，对长沙市大气颗粒物PM2.5中重金属的污染特征的研究也有报道，如杨晴、张凯和柴发合等研究了长株潭地区大气颗粒物TSP和PM10中重金属浓度的含量与变化[3]；杨保华、陈剑虹和李倦生等研究了长沙大河西先导区大气颗粒物PM2.5中重金属含量[4]。此外，长沙市PM2.5中重金属污染特征及时空变化研究鲜有报道。

通过研究长沙市区空气颗粒物PM2.5中致癌重金属污染特征和季节性变化，能为掌握长沙市空气颗粒物PM2.5中致癌重金属的污染特征、了解长沙市空气颗粒物PM2.5中致癌重金属的污染变化规律、为长沙市空气污染的治理提供重要的理论依据。

1 材料与方法

1. 1 PM2.5样品采集

1.1.1 采样点位

采样点设置长沙环境保护职业技术学院校园内，位于校园中心综合楼四楼楼顶(113°1′43.85″E，28°8′3.75″N)，距最近交通干线洞井路400米，周边无工业污染源，不受交通污染和工业污染影响。监测仪器的采样口离建筑物墙壁、屋顶等支撑物表面的距离都大于1米。

1.1.2 采样时间

2015年3月至2016年2月期间，在春夏秋冬每季度均采集15天，每天连续采氧采集20小时环境空气PM2.5样品，测定PM2.5中Pb和Cd的浓度。

1.1.3 采样方法

样品采集执行《环境空气质量手工监测技术规范》(HJ/T 194-2005)。

1.1.4 采样仪器

(1)采样器：TH-150C智能中流量采样器(武汉天虹)。

(2)切割器：PM2.5切割器切割粒径 Da50=(2.5±0.2)μm。

(3)流量计：中流量流量计，量程为60～125L/min，误差≤2%。

(4)滤膜：玻璃纤维滤膜。

1.2 PM2.5样品中重金属含量的分析

1.2.1 分析方法

PM2.5样品用浓硝酸和高氯酸消化后，用ICP-MS测定Pb，用原子吸收法测定Cd。计算PM2.5样品中Pb和Cd的含量。

1.2.2 分析仪器

(1)AUW2200电子天平：感量0.00001g，日本岛津；

(2)AA-7000原子吸收-石墨炉分光光度计：日本岛津；

(3)NEXION 300Q电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)：美国PE。

1.3 监测质量保证与控制

1.3.1 采样的质量保证与控制

(1)气密性检查：连接采样系统各装置，确认采样系统连接正确后，进行采样系统的气密性检查。

(2)仪器设备参照有关计量检定规程进行了定期检定、校准和维护。采样器使用前要进行流量校准。

(3)采样前后，滤膜称量使用同一台分析天平。

(4)滤膜使用前进行检查，不得有针孔或任何缺陷。滤膜称量时要消除静电的影响。

(5)取清洁滤膜若干张，在恒温恒湿箱(室)，按平衡条件平衡 24h，称重。每张滤膜非连续称量 10 次以上，求每张滤膜的平均值为该张滤膜的原始质量。以上述滤膜作为“标准滤膜”。 每次称滤膜的同时，称量两张“标准滤膜”。若标准滤膜称出的重量在原始质量±0.5mg范围内，则认为该批样品滤膜称量合格，数据可用。否则检查称量条件是否符合要求并重新称量该批样品滤膜。

(6)空白滤膜按分析步骤进行平衡处理至恒重，称量后，放入干燥器中备用。

(7)采样时，将已称重的滤膜用镊子放入洁净采样夹内的滤网上，滤膜毛面应朝进气方向，将滤膜牢固压紧至不漏气。采样结束后，用镊子取出，将有尘面两次对折，放入样品盒或纸袋，并做好采样记录。

1.3.2 分析质量保障与控制

(1)仪器设备参照有关计量检定规程进行了定期检定、校准和维护。

(2)分析样品同时分析现场空白滤膜，扣除空白样品值。

1.3.3 数据统计分析的质量保证与控制

(1)有效数字及数值修约按照GB/T 8170和相关环境监测分析方法标准的要求执行。

(2)记录测定数值时，根据计量器具的精密度、准确度和读数误差。有效数字位数记录到计量器具最小分度值，最多保留一位不确定数字。

(3)异常值的判断和处理执行GB/T 4883，当出现异常高值时，查找原因，原因不明的异常高值不应随意剔除。

2 结果与分析

2.1 PM2.5样品中Pb和Cd质量浓度分析结果

本研究课题小组于2015年3月至2016年2月期间，在春夏秋冬四个季度，每个季度采样15天，每天连续采样20小时，共采集PM2.5有效样品60个，通过采样监测，采样点大气中PM2.5中Pb和Cd的浓度值分别见图1和图2。

图1 不同季节PM2.5样品中Pb质量浓度

图2 不同季节PM2.5样品中Cd质量浓度

从图1和图2可以看出，冬季PM2.5样品中Pb和Cd质量浓度均比其它季节显著偏高，最高监测值分别达到35.13ng/m3和719.63ng/m3。

2.2 PM2.5样品中Pb和Cd质量浓度季节性变化特征分析

表1为不同季节PM2.5样品中Pb和Cd质量浓度平均值，从表中数值也可以看到，冬季PM2.5样品中Pb和Cd质量浓度平均值均高于其它季节。

表1 不同季节PM2.5样品中Pb和Cd质量浓度平均值

注：每季度PM2.5样品个数均为15个；浓度值为平均浓度±标准偏差；标准值采用《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中年平均浓度限值。

另外，计算结果表明，PM2.5样品中Pb和Cd年平均浓度分别为4.24ng/m3和132.44ng/m3，对照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中年平均浓度限值，PM2.5样品中Pb年平均浓度远低于标准值，PM2.5样品中Cd年平均浓度则超过标准值25倍。

2.3 PM2.5样品中Pb和Cd污染水平分析

图3和图4分别对比了近年长沙及国内几个主要城市PM2.5样品中Pb和Cd年平均浓度。从图中可看出，与北京[5]、上海[6]、广州[7]、重庆[8]等国内主要城市相比，长沙PM2.5样品中Pb年平均浓度分别为以上城市的0.03、0.03、0.01和0.01倍，处于较低水平；而Cd年平均浓度分别为以上城市的55.18、28.79、7.79和0.78倍，处于较高水平。

图3 长沙及国内几个主要城市PM2.5样品中Pb年平均浓度对比

图4 长沙及国内几个主要城市PM2.5样品中Cd年平均浓度对比

3 结 语

2015年3月至2016年2月期间，在春夏秋冬四个季度，每个季度在长沙城区采样15天，每天连续采样20小时，共采集PM2.5有效样品60个，通过现场监测，结果表明：

(1)长沙监测点PM2.5样品中Pb和Cd年平均浓度分别为4.24ng/m3和132.44ng/m3，对照《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中年平均浓度限值，PM2.5样品中Pb年平均浓度远低于标准值，PM2.5样品中Cd年平均浓度则超过标准值25倍。

(2)冬季PM2.5样品中Pb和Cd质量浓度平均值均高于其它季节。

(3)对比北京、上海、广州、重庆等国内主要城市，长沙PM2.5样品中Pb年平均浓度处于较低水平；而Cd年平均浓度处于较高水平。

针对以上情况，本研究下一步工作可以考虑分析PM2.5样品中Pb和Cd的主要污染来源，以期对改善长沙城市空气质量提出相应的预防和控制措施。

[1]吕永达，霍仲厚.特殊环境生理学[M].北京：军事医学科学出版社，2003：251-252.

[2]郭辰，刘涛，赵晓红.大气细颗粒物的健康危害机制及拮抗作用研究进展[J].环境与健康杂志，2014，31(2)：185-188.

[3]杨晴，张凯，柴发合，等.长株潭城市群秋季大气颗粒物及其重金属元素污染特征[J].环境科学研究，2013，26(5)：590-597.

[4]杨保华，陈剑虹，李倦生，等.长沙市大河西先导区大气PM2.5中砷等重金属的污染特征及健康风险评价[J].环境与健康杂志，2014，31(11)：1012-1014.

[5]陶俊，张仁健，段菁春，等.北京城区PM2.5中致癌重金属季节变化特征及其来源分析[J].环境科学，2014，35(2)：411-417.

[6]Chen J M，Tan Y G，Li Y L，et al.Characteristics of trace elements and lead isotope ratios in PM2.5from four sites in Shanghai[J].Journal of Hazardous Materials，2008，156(1-3)：36-43.

[7]Wang X H，Bi X H，Sheng G Y，et al.Chemical composition and sources of PM10 and PM2.5aerosols in Guangzhou，China [J].Environmental Monitoring and Assessment，2006，119(1-3)：425-439.

[8]李红丽，田密，杨复沫，等.重庆万州夏冬季PM2.5中重金属污染特征[J].环境影响评价，2014，4：47-51.

Study on Pollution Characteristics and Seasonal Change of Pb and Cd in Heavy Metals of PM2.5in Changsha City

ZHAO Gencheng YAO Yunxian JIANG Lihua JIA Jinsong FANG Hui FU Xi LUO Ying

(Changsha Environmental Protection Vocational College，Changsha Hunan，410004)

From March 2015 to February 2016，by sampling 20 hours a day，15 days each season，60 effective PM2.5samples of Changsha City were collected in total.The analysis results show that the average concentration of Pb and Cd in Changsha monitoring samples were 4.24ng/m3and 132.44ng/m3.The average concentration of Pb in PM2.5samples is far below the standard value，and the average concentration of Cd in PM2.5samples is 25 times higher than the standard value.The average of Pb and Cd in winter PM2.5samples were higher than those of other seasons. Comparing Beijing，Shanghai，Guangzhou，Chongqing and other major cities，the average concentration of Pb in PM2.5samples in Changsha is at a low level；The average annual concentration of Cd is at a higher level.

Changsha City；PM2.5；Pb and Cd；Pollution Characteristics；Seasonal Change

赵根成，高级工程师，硕士研究生，主要从事环境监测技术方面的教学、科研和对外技术服务工作

姚运先，教授，高级工程师，省级专业带头人，省级环境应急监测专家库成员

X21

A

1673-288X(2017)02-0165-03

项目资助：2014年湖南省环境保护厅环境保护研究课题“长沙市区PM2.5中致癌重金属铅、镉的污染特征与季节性变化研究”

引用文献格式：赵根成 等.长沙市区PM2.5中致癌重金属铅、镉的污染特征与季节性变化研究[J].环境与可持续发展，2017，42(2)：165-167.