上海市大气颗粒物和降水中的离子化学特征

摘要

近年来，全国各大城市雾霾问题愈演愈烈，2013年中国遭遇史上最严重雾霾天气。上海市在2013年12月初，严重雾霾天气持续了一周左右，雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述。空气中的污染物可以通过湿沉降进行清除，降水在一定程度上可以凝结并粘住空气中悬浮的微小颗粒物，它是大气污染物被清除的最有效且最快速的过程之一。
　　为了较全面系统地分析上海市大气干湿沉降的离子化学特征，本研究以大气颗粒物和降水中水溶性离子为主线，于2015年4月～9月在上海师范大学徐汇校区旅游学院6楼楼顶（高约25米）采集了降水、PM2.5、PM10、和分级样品。本文对其中降水样品的pH值和电导率进行了定量测定，并建立离子色谱法测定降水、PM2.5、PM10和分级样品中的主要水溶性离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、PO43-、SO42)和有机酸根离子(HCOO-、CH3COO-、C2O42-)的浓度，结合实验室分析和统计分析，研究其组成、粒径分布和来源，探讨降水对大气颗粒物中离子的冲刷作用。
　　研究数据表明，降水样品pH平均值为5.88，酸雨约占总降水次数的43％，降水的酸性程度情况是9月份＞6月份＞7月份＞5月份。降水样品电导率的平均值为27.8μs/cm，降水电导率保持在一个相对平缓的状态。降水样品中电导率与离子总浓度呈正相关，降水电导率的大小受多方面因素的共同影响，不是由某一单一因素所决定，主要与降水中水溶性离子以及大气中的污染物有关。降雨样品中5种阳离子总浓度变化范围在28.7～651.5μeq/L之间。11种阴离子的总浓度变化范围在46.2～314.7μeq/L之间。测定的21份PM2.5样品中，离子总浓度变化范围在9.17～65.36μg/m3之间，16份PM10样品，离子总浓度变化范围在11.54～88.45μg/m3之间。在不同介质中，各离子的组成和排列顺序皆有差异。PM2.5和PM10中NO3-和SO42-的质量比分别为0.73、1.39，说明固定源（燃煤排放）对PM2.5中的氮、硫贡献更大，而在PM10中移动源（机动车尾气）贡献较大。在不同粒径颗粒物中，水溶性离子主要集中在粒径＞9.0μm和0.7～1.1μm之间的颗粒物中，NO3-和SO42-的质量比值都不相同，比值大于1的集中在粒径范围为3.3～4.7μm之间的颗粒物，说明这一粒径段的颗粒物受移动源的影响更大。通过相关性分析发现，在降水、PM2.5和PM10中，NH4+与SO42-、NO3-都具有显著相关性，从不同源的贡献发现人类活动排放是上海市大气干湿沉降中SO42-和NO3-的主要来源。降水对PM2.5、PM10中大部分离子都有较为明显的冲刷作用，其中对Ca2+的清除率最大。PM10以及PM2.5雨后各离子的生成率也不同，其中，六周期的PM2.5样品中降雨对Ca2+、C2O42-、SO42-、NH4+、NO3-、Mg2+、CH3COO-等离子的清除率较大。PM10中降雨对NO2-、F-、BrO3-、Ca2+、HCOO-、Cl-、K+、NO3-、SO42-、Mg2+、Br-等离子的清除率相对较大一些，雨后BrO3-、F-、HCOO-、Ca2+、 NO3-、Mg2+、Br-等这些离子的生成率都高于或等于100％。在分级颗粒物中，多种离子雨中浓度大于雨前浓度，降水对分级颗粒物中离子的冲刷作用并不明显。

目录

摘要

1．1 引言

1．2 国内外研究进展

1．2．1 国内外降水化学的研究进展

1．2．2 国内外大气颗粒物的研究进展

1．3 本研究的主要内容和意义

1．4 研究技术路线

第2章 实验内容及研究方法

2．1 样品采集与保存

2．1．1 采样时间及地点

2．1．2 采样滤膜的选择

2．1．3 PM2．5、PM10样品

2．1．4 分级粒径段大气颗粒物样品

2．1．5 降水样品

2．1．6 样品总数

2．2．1 大气颗粒物样品

2．2．2 雨水样品

2．3 分析方法

2．3．1 雨水样品电导率的测定

2．3．2 雨水样品pH值的测定

2．3．3 大气颗粒物和雨水中水溶性离子的测定

2．4 气象数据和空气质量指数的收集

2．5 数据处理和质量保证

2．6 数据分析方法

2．6．1 相关性分析

2．6．2 富集因子分析

2．6．3 不同源的贡献

第3章 大气颗粒物和雨水中离子分析方法的建立

3．1 水溶性离子分析方法概述

3．2 实验仪器和试剂

3．3 实验步骤

3．4 实验结果和讨论

第4章 上海市降水的化学特征及来源分析

4．1 降水量

4．2 酸度特征

4．3 电导率

4．3．1 电导率的变化情况

4．3．2 电导率与其他因子之间的关系

4．4 离子浓度特征

4．4．1 离子浓度水平

4．4．2 各离子的百分比含量

4．4．3 阴阳离子总浓度相关性

4．5 离子来源分析

4．5．1 降水中各个离子之间的相关性

4．5．2 富集因子

4．5．3 不同源的贡献

4．6 上海市大气降水化学特征与其他地区的比较

第5章 上海市大气颗粒物中离子分布特征及来源分析

5．1 离子特征

5．1．1 浓度水平

5．1．2 各离子所占百分比

5．2 上海市大气颗粒物中离子浓度与国内其他城市的比较

5．3 离子平衡

5．4 离子来源分析

5．4．1 各个离子之间的相关性性

5．4．2 富集因子分析

5．4．3 不同源的贡献

第6章 大气降水对大气颗粒物的冲刷作用

6．1 PM2．5中各离子浓度在降雨前后的变化

6．2 PM10中各离子浓度在降雨前后的变化

6．3 分级粒径颗粒物中各离子浓度在降雨前后的变化

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

致谢

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