大氣可吸入顆粒物PM2.5的研究發(fā)展?fàn)顩r

張林鋒 干俐達(dá)

(杭州電子科技大學(xué)浙江杭州 310018)

大氣可吸入顆粒物PM2.5的研究發(fā)展?fàn)顩r

張林鋒 干俐達(dá)

(杭州電子科技大學(xué)浙江杭州 310018)

詳細(xì)的闡述大氣可吸入顆粒物 PM 2.5的概念、分類、基本特征、來(lái)源和危害影響以及PM 2.5的空間分布特征和時(shí)間變化特征，綜述了PM 2.5的形成機(jī)理和源解析技術(shù)、采樣方法和各種成分分析方法。同時(shí)也指出了關(guān)于PM 2.5的國(guó)內(nèi)外研究概況和進(jìn)展，為今后大氣顆粒物研究等相關(guān)領(lǐng)域提供可靠的借鑒和基礎(chǔ)。

大氣可吸入顆粒；PM 2.5；發(fā)展?fàn)顩r

大氣顆粒物是影響人體健康、大氣能見(jiàn)度和地球輻射平衡的重要污染物,同時(shí)也是大氣化學(xué)反應(yīng)的良好載體[1],近些年來(lái),人們對(duì)大氣可吸入顆粒物尤其是對(duì)細(xì)粒子PM2.5，進(jìn)行了細(xì)致的研究工作，以求達(dá)到控制其危害和改善人類的生活環(huán)境的目的。

1 可吸入顆粒物PM 2.5的概述

1.1 概念和分類

“顆粒物”一般指存在于環(huán)境空氣中的一些粒徑范圍較寬、物理和化學(xué)性質(zhì)不同的液體或固體顆粒[2]?？諝忸w粒物的粒徑從1nm～100μm跨越五個(gè)數(shù)量級(jí)。在研究時(shí)常采用三種不同方法對(duì)其粒徑進(jìn)行分類：①模態(tài)，這種分類基于觀測(cè)到的粒徑分布和形成機(jī)理；②切割點(diǎn)，這種分類基于特定采樣器的50%切割點(diǎn)；③暴露粒徑，這種分類基于顆粒物進(jìn)入人體呼吸道的行為。

（1）各種模態(tài)的定義如下：①成核模態(tài)；②愛(ài)根模態(tài)；③積聚模態(tài)；④細(xì)顆粒；⑤粗顆?；虼帜B(tài)；⑥超細(xì)顆粒。

（2）另一種定義顆粒物直徑的方法是基于粒徑選擇性采樣器的50%切割點(diǎn)和整個(gè)穿透曲線。

（3）按暴露粒徑可將顆粒物分為可吸入顆粒物、胸腔顆粒物和可呼吸顆粒物。

1.2 關(guān)于PM 2.5的主要來(lái)源及其危害

人為因素是顆粒物產(chǎn)生的主要原因，它的生成一般是由于大氣中的氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或蒸汽遇冷而形成。通常情況下，機(jī)動(dòng)車尾氣排放、燃煤、揚(yáng)塵、建筑粉塵、二次硫酸鹽和硝酸鹽、生物質(zhì)燃燒及有機(jī)物都是PM2.5的主要來(lái)源，其中貢獻(xiàn)率最大的是燃煤、揚(yáng)塵二次硫酸鹽和硝酸鹽、生物質(zhì)燃燒及有機(jī)物。目前，空氣污染物中普遍存在且較為復(fù)雜的污染物就是氣溶膠顆粒，因其吸入顆粒物的表面積及數(shù)量較大，對(duì)大氣的能見(jiàn)度會(huì)產(chǎn)生較大影響，同農(nóng)工商由于大氣光化學(xué)煙霧的產(chǎn)生也加重了溫室效應(yīng)。氣溶膠顆粒不僅僅對(duì)氣候及能見(jiàn)度有影響，它對(duì)人體所產(chǎn)生的影響及危害是更為嚴(yán)重的。

2 關(guān)于PM 2.5所產(chǎn)生的機(jī)理及其源解析方法

可吸入顆粒物的產(chǎn)生機(jī)理在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)模擬實(shí)際操作進(jìn)行研究的，在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)測(cè)驗(yàn)后可以將影響可吸入顆粒物排放的諸多因素進(jìn)行確定，同時(shí)將不同因素件的半經(jīng)驗(yàn)性及經(jīng)驗(yàn)性的函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行構(gòu)建，可以分析不同排放源所產(chǎn)生的可吸入顆粒物的粒度分布及其化學(xué)特性，將其重要的影響因素進(jìn)行確定，對(duì)可吸入顆粒物排放的減少與控制可以通過(guò)對(duì)操作條件進(jìn)行優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)，從源頭上對(duì)可吸入顆粒物進(jìn)行治理?？晌腩w粒物的源解析方法主要分為將污染源作為對(duì)象的擴(kuò)散模型和將污染區(qū)域作為對(duì)象的受體模型兩種。

3 關(guān)于PM 2.5的成分分析技術(shù)

3.1 元素分析

無(wú)損分析法與樣品經(jīng)消解后分析法是大氣可吸入顆粒物元素分析的兩種主要分析方法。

（1）能量色散、質(zhì)子熒光法、波長(zhǎng)色散X射線熒光法及儀器種子活化法是將空氣中可吸入顆粒物采集后對(duì)樣品不進(jìn)行消解處理而直接進(jìn)行的主要定量分析元素法。在儀器中子活化發(fā)中原子能加速器的使用是必須的，對(duì)多種元素的進(jìn)行測(cè)定時(shí)有著較高靈敏度，對(duì)空氣中可吸入顆粒物的21個(gè)元素測(cè)定可以通過(guò)濾膜來(lái)捕集，0.01～10ppm使其檢查的極限。而質(zhì)子熒光法都會(huì)使用質(zhì)子加速器來(lái)測(cè)定，具有較高的靈敏度，18個(gè)元素可以被捕集，0.1ng/m3～2ng/m3（Cu、Zn）使其檢查的極限。波長(zhǎng)色散X射線熒光法價(jià)格較低，但靈敏度稍差，元素間干擾度較小，操作簡(jiǎn)便。

（2）樣品經(jīng)消解后分析法中最常用的方法包括等離子發(fā)射光譜法、等離子發(fā)射光譜-質(zhì)譜法及原子吸收法。微波消解及聚四氟乙烯襯里的高壓釜法是酸消解的主要方法，前一種方法使用也較為平凡，它的優(yōu)點(diǎn)包括二次污染小及消解時(shí)使用酸的量較少且便捷、省時(shí)等。

3.2 水溶性分析

樣本經(jīng)過(guò)超聲波取樣后，利用水位提取液進(jìn)行測(cè)試，通常都是ICP-AES、ICP-MS以及AAS等金屬離子。最好的測(cè)試方法是IC 法，它是運(yùn)用陰離子 Cl-、NO3-、SO42-等陽(yáng)離子 NH4+。醋酸根與甲酸離子還可以通過(guò)IC法進(jìn)行測(cè)試，最終的值可以達(dá)到0.06μg/L和 0.02μg/L。

3.3 碳分析

分別對(duì)OC與EC的測(cè)試中，通常運(yùn)用的有酸分解法、光學(xué)法以及熱分離法等方法。在這些方法中，運(yùn)用熱分離法最為普遍，在本領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)有過(guò)很多的先例。

4 PM 2.5在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀與未來(lái)

在發(fā)達(dá)國(guó)家中，對(duì)PM2.5的研究自上個(gè)世紀(jì)八十年代就開(kāi)始著手研究。1997年，美國(guó)首先發(fā)布了空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的 PM2.5，日平均值為 550μg·m-3，年平均值是16.0μg·m-3。隨后，澳大利亞、亞洲等國(guó)家、歐美國(guó)家都先后發(fā)布了PM10與PM2.5的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。相比我國(guó)來(lái)說(shuō)，在空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上，我國(guó)剛剛接觸PM2.5，并沒(méi)有進(jìn)行深入的研究，并且從沒(méi)對(duì)這些污染物進(jìn)行化學(xué)性與物理性的分析，對(duì)環(huán)境效應(yīng)也未進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)?？v觀國(guó)內(nèi)外的研究，在可吸入顆粒物產(chǎn)生機(jī)理研究中小有收獲，然而，因?yàn)槭艿娇陀^條件的影響，我們都需要對(duì)PM2.5引起充分的重視，在可吸入顆粒物的研究中給生態(tài)平衡與發(fā)展提供

參考與依據(jù)。

[1]黃麗坤,王廣智.哈爾濱市大氣顆粒物粒徑分布及質(zhì)量濃度變化特征[J].黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào).2011(03)

[2]黃麗坤,王琨,王廣智,袁中新.哈爾濱市PM10季節(jié)性污染來(lái)源分析[J].黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào).2010(01)