大气颗粒物及其源尘中痕量元素溴和碘

摘要

由于经济高速发展和能源需求的增长，上海大气污染属石油型和煤烟型并重的复合型污染，近年来，大气颗粒物已成为上海市大气污染的重要组成部分。溴、碘是大气中的痕量元素，作为大气中活性卤素，参与大气中众多环境污染物质的化学反应，大气气溶胶中痕量元素Br、I引起了各国学者们的关注。 本文于2008年2月至2009年1月，采集了TSP与PM10样品各24份和部分大气颗粒物源尘，以痕量元素溴、碘为主线，结合实验室分析、统计分析等方法研究了大气颗粒物样品中的溴、碘总量及水溶性溴、碘组分以及酸溶性溴、碘组分的季节分布规律，并探究影响其分布的因素以及主要的气象影响因子。本文主要内容如下： （1）采用硝酸-氢氟酸-过氧化氢混合酸体系，高温密闭微波技术快速消解了大气颗粒物样品，建立了用电感耦合等离子体质谱法同时测定大气颗粒物中痕量Br、Ⅰ元素的方法。本方法简便快速，方法检出限低（0.1-5.0ng/mL），精密度好（1.5％-12.0％），回收率90％-120％，结果令人满意。 （2）大气颗粒物以及颗粒物中Br、I的浓度季节分布均表现为为秋冬季高，夏季低的特点。颗粒物中水溶性溴、碘组分与酸溶性溴、碘组分的季节分布与样品中溴、碘总量的分布规律表现基本一致。 （3）相关性分析表明TSP中溴、碘之间无明显的相关性，而PM10中则显著相关，显示上海大气细颗粒物中溴、碘来源相同，可能均来海洋。颗粒物中的碘与大气SO2与NOx呈显著正相关。颗粒物中Br/I比值随着空气质量的恶化而降低，显示该比值受污染影响较大，可以一定程度上反映当地的环境质量。 （4）颗粒物中溴、碘总量以及水溶与酸溶性溴、碘都表现出向细颗粒富集的倾向。酸溶性溴、碘的富集倍数大于颗粒物中溴、碘总量以及水溶性溴、碘。稀酸萃取时，大气颗粒物中溴、碘的溶出量有较大幅度的增加，细颗粒物尤为明显。当酸度增加时，水环境中溴、碘浓度的增加将对环境产生潜在的危害。 （5）对气象因素的分析显示，颗粒物中溴、碘的浓度在风向为向岸流时均低于风向为离岸流时。相关性分析显示，颗粒物中溴的主要气象影响因素为大气气压，而颗粒物中碘的主要气象影响因素为大气气压、相对湿度以及气温。另外对颗粒物中水溶及酸溶性溴、碘与湿度的相关性分析结果表明相对湿度并非其主要气象影响因素。

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2大气颗粒物化学特征研究

1.2.1水溶性成分

1.2.2重金属成分

1.2.3有机物质

1.3大气颗粒物中Br、I的研究概况

1.3.1大气中Br、I的来源

1.3.2大气环境中Br、I的循环

1.3.3大气气溶胶中Br、I的循环

1.3.4大气颗粒物中Br、I的含量及分布规律

1.3.5大气颗粒物中Br、I与大气中气体污染的反应

1.3.6大气环境中碘在气溶胶新粒子形成中的作用

1.4溴、碘测定方法研究概述

1.5微波消解与ICP-MS技术概述

1.5.1微波消解技术的原理

1.5.2微波消解技术的特点

1.5.3 ICP-MS的工作原理

1.5.4 ICP-MS检测方法的特点

1.5.5微波消解制样及ICP-MS分析在环境领域的应用

1.6本文研究内容及意义

1.6.1本文研究目的及意义

1.6.2本文研究内容及技术路线

第二章实验概述

2.1样品采集

2.1.1 TSP、PM10样品

2.1.2源尘样品

2.1.3滤膜选择

2.2分析方法

2.2.1TSP、PM10的质量浓度分析

2.2.2大气颗粒物中元素Br、I的分析

2.2.3水溶性溴、碘的分析

2.2.4酸溶性溴、碘的分析

2.3污染气体与气象数据的收集

2.4数据的处理方法

2.5样品分析的质量控制

第三章微波消解ICP-MS测定溴、碘方法建立

3.1实验部分

3.1.1实验仪器及试剂

3.2实验方法

3.3实验结果与讨论

3.3.1消解体系选择

3.3.2仪器条件优化

3.3.3实验用水的纯化

3.3.4元素测定干扰及消除

3.3.5 Br、I价态对质谱信号的影响

3.3.6溶液中溴、碘氧化条件与催化试验

3.3.7酸体系下的溴碘校正曲线

3.3.8元素损失的问题

3.3.9 Br、I的记忆效应及消除

3.3.10空白的监控

3.3.11精密度、检出限

3.3.12样品分析与回收率

3.4本章小结

第四章上海区域概况及大气环境质量现状

4.1上海市自然概况

4.2上海历年大气环境质量

4.3上海2008年大气环境质量分析

4.3.1空气质量评价

4.3.2上海污染物浓度月变化

4.3.3上海市空气污染物API指数季度变化

第五章上海市大气颗粒物中溴、碘的污染特征

5.1大气颗粒物浓度时间分布

5.2.大气颗粒物及其源尘中溴、碘的含量

5.3大气颗粒物中溴、碘总量分布规律

5.3.1采样期间大气颗粒物中Br、I体积浓度变化

5.3.2大气颗粒物中Br、I体积浓度的季节变化

5.3.3大气颗粒物中Br/I比值的季节变化

5.4大气颗粒物中水溶性溴、碘分布规律

5.4.1采样期间大气颗粒物中水溶性Br、I体积浓度变化

5.4.2大气颗粒物中水溶性Br、I体积浓度的季节变化

5.4.3大气颗粒物中水溶性Br/I比值的季节变化

5.5大气颗粒物中酸溶性溴、碘分布规律

5.5.1采样期间大气颗粒物中酸溶性Br、I体积浓度变化

5.5.2大气颗粒物中酸溶性Br、I体积浓度的季节变化

5.5.3大气颗粒物中酸溶性Br/I比值的季节变化

5.6不同介质下可萃取溴、碘含量与颗粒物中溴、碘总量的关系

5.7本章小结

第六章气象因素对颗粒物中溴、碘含量的影响

6.1采样期间气象数据

6.1.1采样周期内气象数据汇总

6.1.2采样周期内气象数据频数统计

6.2气象要素对大气颗粒物中溴、碘浓度的影响

6.3颗粒物中溴、碘含量及可萃取溴、碘成份与气象因素的相关性

6.4本章小结

第七章大气颗粒物中溴、碘形成机理

7.1溴、碘的源

7.2气-粒转化过程

7.3表面多相反应

7.4本章小结

第八章结论与展望

8.1结论

8.2展望

参考文献

致谢

附录 攻读硕士学位期间论文发表情况