沈阳市大气PM10浓度变化特征及其无机水溶性成分分析

李 媛，姜承志

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，沈阳 110159)

沈阳市大气PM10浓度变化特征及其无机水溶性成分分析

李 媛，姜承志

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，沈阳 110159)

雾霾中可吸入颗粒物PM10能通过呼吸系统沉积于肺部对人体造成伤害。沈阳市为典型的重工业城市，PM10污染较为严重。本研究主要基于沈阳市2006～2015年的大气颗粒物浓度观测数据，探究沈阳市近几年空气质量状况，大气污染物的时空特性。利用中流量采样器采集颗粒物的样品(2016)，并对样品进行化学成分分析；利用火焰原子吸收器分析PM10中主要无机水溶性成分(Ca2+和Mg2+)的含量。结果表明，PM10中无机水溶性成分Ca2+的质量变化范围为0.0721～0.3123mg；Mg2+的质量变化范围为0.0354～0.0690mg。

沈阳；雾霾；无机水溶性离子；PM10

环境问题事关人类的健康和生存，一直是人们关心和科学研究的热点课题。近些年来，雾霾天气持续扩散，严重影响了人民群众的身体健康、环境质量、社会稳定。雾霾天气是一种大气污染状态，雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述。

中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报，统称为“雾霾天气”。当前已引起人们重视的雾霾颗粒物分为两类：PM2.5(细颗粒物)和PM10(可吸入颗粒物)。欧盟空气质量标准限定，PM10的年平均值最多为25μg/m3。联合国世界卫生组织的指导原则建议：PM10的年平均值为10μg/m3。

1 雾霾成分分析

大气颗粒物化学组分形成机理复杂，来源多种多样，对环境有相当严重的危害。可吸入颗粒物PM10已成为大气环境的主要污染物之一。可吸入颗粒物会危害人体健康，散射太阳辐射，影响地球-大气系统能量平衡，降低能见度[1-3]。流行病学数据表明：颗粒物对人体健康的危害有季节性变化，如在同样颗粒物污染浓度的暴露下,夏季有更高的死亡率和住院率[4]。

大气颗粒物PM10是环境大气中空气动力学直径小于或等于10μm的固态或液态颗粒状物质的总称。降尘和PM10是粒径不同的2种空气颗粒物，其化学组成特征的差异能够有效传递大气环境污染的多种信息。相关研究发现，不同城市大气PM10化学组成的时空分布和来源存在显著特点[5-9]。

按化学组成分类，颗粒物主要由硝酸盐、硫酸盐、铵盐、重金属及有机物等成分构成。其中，重金属主要包括来自人为源和自然源的铜、镉、铅、锰、锌、钒等元素，有机物按其官能团分类主要分为多环芳烃、正构烷烃、杂环化合物及有机酸等组分。

2 实验部分

2.1 数据来源

沈阳市大气颗粒物浓度数据来源于沈阳市空气质量发布系统。

2.2 水溶性离子分析方法

取1/4滤膜放入25mL称量瓶中，加入10mL去蒸馏水，恒温超声40min，静置，用0.45μm滤膜过滤；再次向原称量瓶中加入5mL蒸馏水，并置于超声波清洗器中再次超声40min后经0.45μm微孔滤膜第二次过滤，将两次滤液混合。将配置好的溶液用火焰原子吸收(WFX-130B型，北京瑞利分析仪器公司)，分析样品中的阳离子(Ca2+、Mg2+)浓度。

3 沈阳市大气颗粒物浓度变化分析

3.1 沈阳市PM10浓度逐月变化特征

图1为PM10浓度逐月变化趋势图。

图1 PM10浓度逐月变化趋势

从图1中可以看出，2006年到2015年，沈阳市空气污染物PM10基本上呈现为先下降后升高的趋势，PM10大多分布在50μg/m3到200μg/m3之间，变化幅度较大；2006到2015年，最小月均值出现在5月至9月，最大值多出现在1月或12月；其中2014年、2015年出现2月较1月PM10升高，10月到11月急速上升，11月到12月下降的现象；2007年出现7月小峰值现象，形成“W”型趋势线；各个月的月均PM10年际变化趋势不明显。

3.2 PM10浓度季度变化分析

图2为沈阳市 2006-2015年PM10浓度季度变化趋势图。

从图2中可以看出，沈阳市PM10具有季节变化的趋势。在夏秋季节低，在春冬季节则升高，四季PM10变化波动比较大，大多分布在60μg/m3到180μg/m3之间；沈阳市季节变化曲线总体呈锯齿形，各年份内PM10先减后增，表现为“U”型波动。

对于形成明显四季变化的原因，从气候气象特征来看，北方冬季少雨多雾，逆温天气较夏季频繁，且光照较弱，日照时间短，不利于空气中污染物的扩散和稀释，是造成冬季污染重的主要原因。而夏季逆温天气偏弱，太阳福射很强，温度高，大气对流活动旺盛，尤其5月左右降水充足，对空气中的污染物起到清除和冲刷的作用，故而夏季污染较轻。

图2 沈阳市 2006-2015年PM10浓度季度变化趋势

3.3 PM10浓度年度变化分析

图3为沈阳市2006-2015年PM10浓度年度变化趋势图。

图3 PM10浓度年度变化趋势

从图3中可以看出，2006年到2012年沈阳市PM10有明显的下降趋势，表明此阶段大气污染得到了有效的控制；2012年开始，PM10升高，到2013年后开始下降。PM10浓度在91μg/m3到128μg/m3之间波动。

4 水溶性离子的测定

Ca2+和Mg2+作为土壤、沙尘的示踪离子，具有相同的季节变化趋势。Ca2+和Mg2+平均浓度冬季最高，夏季最低，这可能是由于夏季较多的降水，有利于大气中土壤、沙尘粒子的湿清除；冬季风速较大、降水较少，空气比较干燥有利于土壤、沙尘粒子的再悬浮，使得大气气溶胶中Ca2+和Mg2+浓度增加。

利用中流量采样器采集春季3、4、5月上中下旬的颗粒物的样品，经过前处理成水溶液，利用火焰原子吸收器进行Ca2+和Mg2+成分吸光度分析，通过标准曲线计算，得到Ca2+和Mg2+的质量与占比，见表1。

沈阳市春季PM10质量变化范围为2.8～13.5mg；PM10中无机水溶性成分Ca2+的质量变化范围为0.0721～0.3123mg；Mg2+的质量变化范围为0.0354～0.0690mg；PM10中水溶性离子Ca2+占PM10的比例为1.44%～10.6%；PM10中水溶性离子Mg2+占PM10的比例为0.44%～2.03%。

表1 PM10中Ca2+和Mg2+质量与占比

5 结论

通过对沈阳市2006-2015年PM10浓度的数据整理，大气颗粒物TSP和可吸入颗粒物PM10的分级采集，分析其中主要的无机水溶性离子(Ca2+和Mg2+)的含量，得出以下结论：

(1)沈阳市年际大气污染物变化呈“U”型波动，春冬季节污染较严重，夏秋季节污染较小；PM10波动较剧烈，近似为“U”型的变化趋势；大气污染物在2006-2012年呈下降趋势，2012年后污染物出现升高现象，2013年开始下降。

(2)沈阳市春季PM10质量变化范围为2.8～13.5mg；PM10中无机水溶性成分Ca2+的质量变化范围为0.0721～0.3123mg；Mg2+的质量变化范围为0.0354～0.0690mg；PM10中水溶性离子Ca2+占PM10的比例为1.44%～10.6%；PM10中水溶性离子Mg2+占PM10的比例为0.44%～2.03%。

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CharacteristicsofAtmosphericPM10ConcentrationVariationandAnalysisofInorganicWaterSolubleComponentsinShenyang

LI Yuan，JIANG Chengzhi

(Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

Haze inhalable particulate PM10can be deposited through the respiratory system in the lungs and cause harm to the human body.Shenyang City as a typical heavy industrial city,PM10pollution is more serious.This study is based on the observation data of atmospheric particulate matter in Shenyang from 2006 to 2015,and explores the air quality and atmospheric and temporal characteristics of air pollutants in Shenyang in recent years.Samples of the particulate matter (2016) were collected using a flow sampler and the samples were analyzed for chemical composition.The contents of main inorganic water-soluble components (Ca2+and Mg2+) in PM10were analyzed by flame atomic absorber.The results showed that the mass change of Ca2+in PM10was 0.0721～0.3123mg,and the mass change of Mg2+was 0.0354 ～0.0690mg.

Shenyang；haze；inorganic water-soluble ions；PM10

2017-04-07

辽宁省科学事业公益研究基金资助项目(201500100)；辽宁省科学计划项目(2015225025)；沈阳市科学计划项目

(F14-222-5-00)；沈阳市委教科委2015“双服务”专项资助项目。

李媛(1993—)，女，硕士研究生；通讯作者：姜承志(1974—)，女，博士，副教授。研究方向：大气污染防治、废水治理技术。

1003-1251(2017)06-0084-04

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