城市地区PM2.5中的极性有机化合物

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城市地区大气环境复杂多变,来自天然源和人为源的挥发性有机化合物(VOCs)及其产生的二次有机气溶胶(SOAs)是城市地区气溶胶的重要组成部分,生物质燃烧也可对大气环境产生重要影响。城市地区受人为活动影响,易形成多种污染物、多种作用机制同时存在且相互影响的复合型大气污染。我国经济飞速发展,能源消耗带来的环境污染问题非常严重,近年来频发的大气污染事件已严重影响到人们的生产生活秩序。为制定有效且有针对性的污染防治政策,对城市地区气溶胶各组分形成、分布及贡献的研究具有非常重要的意义。本文用GC/MS,对金华地区分别代表郊区、市区和工业区的三个采样点分别进行了采样分析,采样时间为2015年的春、夏、秋、冬四个季节,共采集225个PM2.5样品,并对其中十种极性有机示踪化合物进行了定量分析,包括天然源:3个异戊二烯SOA示踪物、1个α-蒎烯SOA示踪物和2个真菌孢子示踪物,和人为源:1个甲苯SOA示踪物、3个生物质燃烧示踪物。对各组分的浓度水平、时空分布等进行了分析,并对各组分对有机碳的贡献进行了估算,得出主要结论有:(1)异戊二烯SOA示踪物浓度平均值为11.5 ng/m3,其中2-甲基丁四醇的浓度平均值为2.75 ng/m3;2-甲基甘油酸的浓度平均值为8.73 ng/m3;α-蒎烯SOA示踪物为3-甲基-1,2,3-丁基三羧酸,其浓度平均值为6.65ng/m3。天然源SOA示踪物均有明显的季节变化,主要表现为异戊二烯SOA示踪物:夏季>秋季≈春季>冬季,α-蒎烯SOA示踪物:夏季>春季≈秋季>冬季,两者均为夏季浓度最高,其原因可能是夏季的高温、强光照有利于异戊二烯和α-蒎烯的排放及其在大气中的光氧化反应。(2)2-甲基甘油酸是主要的异戊二烯SOA示踪物,相关性分析验证了2-甲基甘油酸与2-甲基丁四醇形成路径的不同。金华地区异戊二烯光氧化反应由NOX-channel主导,因此有更多2-甲基甘油酸产生。2-甲基甘油酸与2-甲基丁四醇的比值有明显的季节差异,秋冬季较高、春夏季较低,通过异戊二烯示踪物和左旋葡聚糖的相关性分析,验证了生物质燃烧对异戊二烯SOA具有重要的影响。真菌孢子示踪物阿拉伯糖醇平均浓度为4.23 ng/m3,甘露糖醇平均浓度为10.8 ng/m3;真菌孢子两种示踪物均有明显的季节变化,三个采样点均为冬季浓度最低,阿拉伯糖醇、甘露糖醇均与温度呈正相关性,表明温度升高有利于真菌孢子的形成。(3)甲苯SOA示踪物2,3-二羟基-4-氧代戊酸的浓度范围为4.7539.8ng/m3,平均值为9.74 ng/m3;甲苯SOA示踪物具有明显的季节变化趋势,表现为秋季>夏季>春季>冬季。夏秋季节的甲苯SOA示踪物的高浓度可能是由于夏秋季节的高温、强光照所导致的强氧化作用,以及秋季特殊气象条件所导致的污染物积累所致。另外,O3与甲苯SOA示踪物以及异戊二烯和α-蒎烯SOA示踪物均具有正相关性,表明O3对SOA的形成有重要影响。(4)生物质燃烧示踪物左旋葡聚糖的浓度范围为16.8732 ng/m3,平均值为119 ng/m3,是本研究检测出的浓度水平最高的有机示踪物,左旋葡聚糖浓度有明显的季节变化,可表示为秋季>冬季>春季>夏季,冬季和秋季左旋葡聚糖浓度高、浓度变化幅度大,可能是因为秋冬季节生物质燃烧量增多所导致。根据左旋葡聚糖和甘露聚糖的比值得出金华地区主要的生物质燃烧来源为草本植物和硬木。(5)通过估算,二次有机碳对OC的贡献达到3.34%26.7%,其中SOC甲苯对OC具有重要贡献(3.03%24.5%);来源于生物质燃烧的有机碳对OC的贡献可以达到1.2342.8%,表明人为源排放和生物质燃烧对金华地区大气环境具有重要影响。而来自真菌孢子的有机碳对PM2.5中有机碳的贡献较小,平均贡献值不足1%。
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