2017年夏季泉州市细颗粒物来源解析

侯红霞++王惠祥++李梅++黄渤++庄雯

摘要：于2017年6月22～29日，利用单颗粒气溶胶质谱仪（SPAMS）对泉州市大气细颗粒物进行了在线监测和分析。结果表明：泉州市大气细颗粒物数浓度主要集中在0.40～1.0 μm 的粒径段，峰值粒径在 0.6 μm 左右。污染来源分布（ 颗粒数占比） 分别为扬尘18%，机动车尾气12.9%，燃煤、工业工艺源、海盐和二次无机源的比例比较接近，都在10%左右，生物质燃烧源占7.5%，餐饮源2.7%，其他未知源占16%。海盐颗粒主要分布在大粒径段，当风向为东南风时，风速越大比例越高。餐饮源受烧烤油烟排放的影响，比例在晚上用餐时间呈现规律性增大的现象。

关键词：夏季；细颗粒物；来源；泉州市

中图分类号：X513

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）16003904

1引言

近海处于陆地和海洋的交界处，是人类活动最为频繁的区域，同时也是陆地和海洋物质交换集中的地方[1]。海盐气溶胶作为全球气溶胶排放中排放量最大的自然源气溶胶，其对全球的辐射平衡、区域降水以及沿海地区的空气质量均有重要的影响[2～5]。中国沿海地区人口稠密，经济最为发达，快速的城市化致使该地区近年来环境日益恶化，频发雾霾天气[6]。泉州地处低纬度，东临海洋，属于近海城市，工业的发展使泉州的空气质量受到一定的影响，但目前关于泉州大气细颗粒物的研究资料很少，研究相对孤立，并且主要采用离线分析的方法，难以掌握气溶胶的实时变化信息。本研究利用气溶胶质谱技术实时在线分析泉州大气气溶胶的化学组分和来源变化，为了解泉州细颗粒物的特征及其成因提供重要科学依据。

2研究方法

2.1采样点与采样时间

监测点位于泉州市鲤城区新华南路环境监测大楼6楼（N24°54′21.54″，E118°34′39.74″），为商业、交通、居住混合区，基本代表了泉州城区的污染状况。采样时间为 2017年6月22日至2017年6月29日。

2.2测量方法与监测仪器

空气样品通过单颗粒气溶胶质谱仪（SPAMS0515）进行测定。环境空气经 PM2.5切割头切割后直接进入SPAMS分析，PM2.5切割头放在楼顶，采样管经楼顶采样口与仪器进样口连接进行采样。SPAMS 测量原理：采用空气动力学透镜聚焦进样，通过双光测径系统以及双极飞行时间质量分析器可实现对气溶胶颗粒空气动力学直径和化学组成的同时检测[7，8]。颗粒的粒径及质谱信息输入到 MATLAB7.12 上运行的SPAMS Data Analysis V2.2软件包进行处理，根据各类污染源的排放特征，采用示踪离子法将采集到的环境颗粒物分为不同的来源。

大气细颗粒物质量浓度采用5030-SHARP型PM2.5分析仪（美国Thermo Fisher Scientific公司）在线监测。仪器通过β射线法，加载动态加热和光散射模块实时测定大气中的细颗粒物浓度。

3结果与讨论

3.1PM2.5数浓度与PM2.5质量浓度相关性分析

PM2.5颗粒数浓度与质量浓度的变化趋势见图1。从图1可知，PM2.5颗粒物数浓度与质量浓度的变化趋势基本一致，二者具有较好的相关性，相关系数R2为0.7，说明SPAMS测量的数浓度能够代表PM2.5颗粒污染的真实情况。

3.2大气细颗粒物成分和粒径分析

监测期间SPAMS共采集235855个颗粒，其中有粒径和正负离子信息的颗粒1126177个。图2为监测时间内所有细颗粒物平均质谱图，图中上面是阳离子信息，下面是阴离子信息。从图中可知，颗粒物平均谱图中含有C1+、C+3、C+4、C+5、C-2、C-3、C-4等元素碳的信息；矿物质离子（Al+、Fe）、重金属离子（Pb+）、水溶性阳离子（Na+、K+）、水溶性阴离子（NO-2、NO-3、HSO-4）的信号明显。

图3给出了测量的总颗粒数和同时含有正负谱图的颗粒物（离子化颗粒数）粒径分布特性。从图上可看出大氣气溶胶颗粒在测量范围内呈单峰分布，峰值粒径在 0.6 μm 左右，颗粒数浓度主要集中在0.40～1.0 μm 的粒径段，该粒径段的细颗粒占总颗粒数 95%以上。

3.3细颗粒物来源解析

3.3.1总体细颗粒物来源分析

根据环境保护部《大气颗粒物来源解析技术指南（试行）》[9]，结合当地的能源结构，按照环境管理需求对颗粒物排放源进行分类，可将泉州市细颗粒物来源归为9大类，分别为扬尘、机动车尾气、燃煤、生物质燃烧、工业工艺源、海盐、餐饮、二次无机源和其他。其中二次无机源是指质谱图中只含有硫酸盐、硝酸盐、铵盐等二次离子成分的颗粒物，是单颗粒质谱源解析方法得到的一类特有污染源，这类型颗粒可以在一定程度上反映大气二次反应的强度；未包含在上述源类以及未被识别的颗粒物归于其他源。

图4为监测期间所有细颗粒物来源比例分布（颗粒数占比），扬尘的比例为18%，为首要污染源，机动车尾气占比为12.9%；燃煤、工业工艺源、海盐和二次无机源的比例比较接近，都在10%左右；生物质燃烧源占7.5%；餐饮源比例最低（2.7%）；其他未知源占16%。

3.3.2监测期间不同细颗粒物来源粒径分布情况

图5为监测期间细颗粒物来源粒径分布情况，从图中可以看出，机动车尾气和燃煤主要分布在小粒径段，在粒径范围 0.1～0.6 μm 之间占有的比重很高，这主要是由于机动车尾气中主要成分是元素碳成分，燃煤中含有元素碳和有机碳成分，元素碳和有机碳主要是燃烧未完全的碳粒子，其粒径较小。而海盐颗粒主要分布在大颗粒的粒径段，大部分集中在 1.2～2.5 μm 的粒径段；生物质燃烧的颗粒主要集中在 0.4～1.2 μm 的粒径段；其余几类源无明显规律。endprint

3.3.3监测期间餐饮源的变化情况

图6为餐饮源颗粒的平均质谱图，餐饮源以钠离子及其团簇，油酸、亚油酸、棕榈酸等高分子有机物，以及部分有机低聚物为识别特征，图6中含有明显的Na+（m/z = 23）信号，还有油酸（-282）、棕榈酸（-256）以及其他有機酸碎片（-149、-121等）的离子峰。

图7为餐饮源的比例随时间变化情况，从图中可以看出餐饮源的比例在晚饭时间呈现规律性增大的现象，在非用餐时间比例基本都在4%以下，用餐时间最高可达14.7%，夏季晚上18：00到凌晨之间市民经常会有吃烧烤的习惯，餐馆油烟排放量增多，使晚上用餐时间餐饮源的比例升高。

3.3.4监测期间海盐的变化情况

图8是海盐颗粒的平均质谱图，具有明显的钠和氯离子的特征峰[（Na+（ m/z=23） 、Na2O+（m/z=62）、Na2OH+（m/z=63）、Na2Cl+（m/z=81/83） 、NaCl-2 （m/z=-93/-95/-97）、Na（NO3）-2（m/z=-147）]。此外，负离子峰中有较强烈的硝酸盐[NO-2（m/z=-46）和NO-3（m/z=-62） ]，表明抵达泉州的海盐气溶胶颗粒，经过明显的老化过程。

图9是海盐的比例随时间、风速风向的变化情况，从图中可以看出，当风向为东南风时，风速越大海盐的比例越高，当风向改变之后海盐的比例也随之降低。说明泉州海盐颗粒物主要是来至东南海域。

4结论

（1）泉州大气气溶胶颗粒在测量范围内呈单峰分布，峰值粒径在 0.6 μm 左右，颗粒数浓度主要集中在0.40～1.0 μm 的粒径段，大多为亚微米颗粒。质谱图中含有元素碳、矿物质离子（Al+、Fe）、重金属离子（Pb+）、水溶性阳离子（Na+、K+）、水溶性阴离子（NO-2、NO-3、HSO-4）等的信号峰。

（2）监测期间泉州细颗粒物首要污染源为扬尘，比例为18%，其次是机动车尾气，占比为12.9%，燃煤、工业工艺源、海盐和二次无机源的比例比较接近，都在10%左右，生物质燃烧源占7.5%；餐饮源比例最低（2.7%）；其他未知源占16%。

（3）细颗粒物中机动车尾气和燃煤主要分布在小粒径段，而海盐颗粒主要分布在大颗粒的粒径段，大部分集中在 1.2～2.5 μm 的粒径段；生物质燃烧的颗粒主要集中在 0.4～1.2 μm 的粒径段；其余几类源无明显规律。

（4）餐饮源的比例在晚饭时间呈现规律性增大的现象，在非用餐时间比例基本都在4%以下，用餐时间最高可达14.7%，可能受夏季晚上烧烤油烟排放量增多的影响，使晚上用餐时间餐饮源的比例升高。

（5）监测期间的海盐颗粒主要来至东南海域，当风向为东南风时，风速越大海盐的比例越高。

参考文献：

[1]

庄马展. 厦门大气细颗粒 PM2.5化学成分谱特征研究[J]. 现代科学仪器， 2007（5）：113～115.

[2]赵春生，彭大勇，段英. 海盐气溶胶和硫酸盐气溶胶在云微物理过程中的作用[J]. 应用气象学报，2005，16（4）： 417～425.

[3]张颖，王体健，庄炳亮，等. 东亚海盐气溶胶时空分布及其直接气候效应研究[J]. 高原气象，2014， 33（6）：1551～1561.

[4]王珉，胡敏. 青岛沿海大气气溶胶中海盐源的贡献[J]. 环境科学， 2000， 20（5）：83～85.

[5]Yoon Y J， Brimblecombe P. Modelling the Contribution of Sea Salt and Dimethyl Sulfide Derived Aerosol to Marine Ccn[J]. Atmospheric Chemistry & Physics， 2001， 2（1）： 17～30.

[6]李忠，陈立奇，颜金培，等.1307 号台风“苏力”影响期间厦门大气气溶胶中细颗粒物组成变化的特征[J].应用海洋学学报，2015，34（1）：57～64.

[7]黄正旭，高伟，懂俊国，等.实时在线单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪的研制[J].质谱学报，2010（6）：331～336.

[8]黄正旭，李梅，李磊，等.单颗粒气溶胶质谱仪研究进展[J].上海大学学报（自然科学版），2011，17（4）：562～566.

[9]环境保护部.大气颗粒物来源解析技术指南（ 试行）[EB/OL].[2017-07-14].https：//wenku.baidu.com/view/708ea6d3f90f76c661371a7e.html.

Analysis on the Sources of Fine Particles in Quanzhou During the Summer in 2017

Hou Hongxia1， Wang Huixiang2， Li Mei3， Huang Bo1， ZhuangWen1

（1.Guangzhou Hexin Instrument Co.，Ltd， Guangzhou， Guangdong， 510530， China；

2.Environmental Monitoring Station of Quanzhou， Quanzhou， Fujian 36200，China；

3. Institute of Technology on Atmospheric Environmental Safety and Pollution Control，

Jinan University， Guangzhou， Guangdong 510632， China）endprint

Abstract： The atmospheric fine particles in Quanzhouwere monitored and analyzed using the single particle aerosol mass spectrometer from 22 to 29 June 2017.The results showed that the number concentration of fine particles in Quanzhou wasmainly concentrated in the range of 0.40 ～ 1.0μmand the particle size peaked at 0.6μm. Source apportionment of fine particles showed that these particles consisted of 18%dust particles， 12.9% particles from motor vehicle. The ration of coal， industrial process， sea salt and secondary inorganic source is close with about 10%.Biomass combustion is 7.5%； food source is 2.7%； other unknown sources accounted for 16%. Seasalt particles mainly distributed in larger particle sizes and its proportion were found to increase as southeast wind speed increase.Moreover， the contribution of cookingto total particles were found to be increased regularly in the evening， which might be affected by the emissions of barbecue fumes.

Key words： Quanzhou；summer；fine particles； sourcesendprint