南京大气细颗粒物中水溶性组分的污染特征

    通常而言，大多数源于人类活动活动的大气污染物易于富集在水溶性组分中。大气中水溶性离子是大气细颗粒物（PM_2.5）的重要组成部分，PM_2.5中的一些水溶性硫酸及硫酸盐、硝酸及硝酸盐、铵盐等成分，大多数是由矿物、燃料燃烧形成，也有一部分是在大气中经各种化学反应形成的。离子组成特性同时可以反应大气颗粒物的来源及形成过程。该文对2010年南京城区连续一年PM_2.5中，水溶性离子浓度水平、时间变化特性等进行分析。

1  实验部分

1.1样品采集

   2010年1-12月采用美国生产的RP-2300多组分采样器采集大气中的PM_2.5样品。每月采集4-6d，供采集样品62个。采样时间为20h以上，分别分析水溶性阴离子和NH₄⁺。

  采样地点为国控点草场门子站顶楼，采样所用的滤膜为石英膜，滤膜大小为直径47mm。采样前，石英膜在400-500℃马弗炉中烘2h。

   烘焙后的滤膜置于干燥器中平衡48h待称与取用，采样后的滤膜同样置于干燥器中平衡48h待用。石英膜的样品放在低温下（4℃下，0℃以上）保存。

1.2  样品分析

水溶性离子成分分析由南京市环境监测中心站完成。具体方法；将采样的膜用干净的镊子取出，用纯水定容至100.0mL的比色管中，放入KH5200B型超声仪中，超声30分钟后，冷却至室温。

   阴离子分析室取处理后的溶液用0.22μm的滤膜过滤后，用戴安ICS-1500型离子色谱分析。取处理后的溶液分析NH₄⁺，分析方法为纳氏试剂分光光度法，仪器为TU810型紫外分光光度计。

2   结果与讨论

2.1  PM_2.5的质量浓度

   南京市2010年大气中PM_2.5及其化学质组分的质量浓度月均值见表1

  采样期间，PM_2.5的日均质量浓度0.042-0.208mg/m³,月均浓度zui高位1月和6月，质量浓度分别为0.148mg/m³和0.146mg/m³。zui低为8月，质量浓度为0.055mg/m³。1月浓度高是因为采样时均为霾天气，6月重要滴焚烧秸秆的影响。

2.2  PM_2.5的化学组成和时间变化特性

从表1可见，PM_2.5中水溶性离子有F^-、CL^-、NO₂^-、NO₃^-、SO₄^2-、NH_4⁺,其中SO₄^2-占优势，浓度zui高，其次是NH_4⁺，NO₃^-或CL^-第三，F^-和NO₂^-zui低。SO₄^2-主要是由燃煤和燃油排放的SO₂在大气扩散过程中与空气中的氧气、水蒸气发生氧化反应，经过一段时间的大气化学反应后，硫酸盐；NH_4⁺主要是由NH₃经过大气化学反应生成，主要在化学、制药、食品、制冷等工业生产中常有排放和逸出，氨水的运输和田间施用也会排放，有机物的分解、腐败、发酵等过程能分解出较高浓度的氨。NO₃^-主要是由燃料在高温下燃烧产生NO_X,NO_X在大气扩散的过程中与空气中的氧气、水蒸气、NH₃等发生一系列的氧化反应，经过一段时间的大气化学反应后，生成硝酸盐；F^-、CL^-的含量较少，一般认为主要是在生产工艺过程中产生的。

    图1是草场门子站个月PM_2.5水溶性离子的平均质量浓度，从图1可见，个离子的浓度随季节（根据气象部门对南京四季的界定）的变化形式各不相同，6中离子的季节浓度平均之和的峰值和峰小值分别在冬季和春季出现。这说明冬季污染物排放浓度的大量增加与特殊的气象条件是形成高浓度的二次细粒子的主要原因。在春季zui小，与影响二次粒子的形成和存在的一些因素（如前体物的浓度、局地的大气光化学反应活性、温度、湿度等）随季节的变化有关。

3   结论 

1）采样期间PM_2.5的日均浓度为0.042-0.208mg/m³，月均浓度zui高位1月和6月，zui低位8月

2）PM_2.5中水溶性离子中SO₄^2-占优势，浓度zui高，其次是NH_4⁺，NO₃^-或CL^-第三，F^-和NO₂^-zui低。6种水溶性离子约占PM_2.5总质量的30%。

3）6种离子的冬季平均浓度之和的峰值和极小值分别在冬季和春季出现

4）SO₄^2-+NO₃^-与NH_4⁺的相关性，相关系数为0.89；NO₃^-与NH_4⁺相关性较高，相关系数为0.88；SO₄^2-与NH_4⁺的相关系数为0.83。NH_4⁺是PM_2.5中硫酸盐和硝酸盐中居于主导地位的阳离子。