武汉市大气PM2.5中有机酸的时空分布特征及来源解析

摘要

大气细颗粒物(PM2.5)对全球气候、城市空气质量环境、能见度及人体健康有着重要影响，有机酸作为大气颗粒物重要的有机组分，易于碱性物质反应生成盐，形成云凝结核(CNN)，改变云的形成过程导致辐射强度变化，从而影响全球气候，同时有机酸对大气颗粒物的吸湿性、城市能见度以及人体健康也有重要影响。本文选取了武汉市工业区、交通区和植物园三个采样点，于2011年10月至2012年7月期间，对春夏秋冬四个季节三个采样点同步采集了大气PM2.5样品，采用衍生化技术和气相色谱-质谱联用仪，定量分析了武汉市大气PM2.5中有机酸的含量与分布特征，并对其污染来源进行了解析。　　结果表明：武汉市大气PM2.5的浓度范围为18.85~454.43μg·m-3，日均浓度为144.71μg·m-3。三个采样点中PM2.5浓度均呈现出冬季>秋季>春季>夏季的时间变化特征和工业区>交通区>植物园的空间变化特征。　　武汉市大气PM2.5中一元羧酸(C11~C32)总浓度变化范围为24.35~809.12ng·m-3，平均浓度为191.00ng·m-3，一元羧酸具有明显的偶数碳优势，其中最丰富的物种为正十六烷酸和正十八烷酸。三个采样点的羧酸碳优势指数(CPI)均表现为夏季＞春季＞秋季＞冬季的变化规律，同时，不饱和油酸与硬脂酸(C18:1/C18:0)的比值表明大气气溶胶老化程度在夏季最大，而在冬季最小。一元羧酸的来源很复杂，小于C20的脂肪酸主要来自细菌活动，也可能是烹饪、机动车、扬尘；而大于C22主要来自高等植物蜡。　　大气PM2.5中二元羧酸总浓度变化范围为34.25~1809.01ng·m-3，平均浓度为755.60ng·m-3，乙二酸为全年三个采样点最为丰富的物种，其次为丁二酸和丙二酸。邻苯二甲酸总浓度变化范围为1.25~263.49ng·m-3，平均浓度为34.12ng·m-3。通过丙二酸与丁二酸(di-C3/di-C4)的比值判定，武汉市春夏两季二次来源对二元羧酸贡献较多，而秋冬季二元羧酸主要来源于一次源。通过邻苯二甲酸、己二酸与壬二酸的比值判定(Ph/di-C9和di-C6/di-C9)，冬季武汉市大气中二元羧酸主要来自于人为源，而夏季主要为生物源。　　运用主成分分析法(PCA)对武汉大气PM2.5中有机酸的来源进行了分析，结果表明，工业区有机酸的主要来源为燃煤燃烧、食物烹饪以及二次源；交通区有机酸的主要来源为机动车排放、食物烹饪及其光化学氧化产物；植物园的主要来源为高等植物蜡、生物质燃烧、二次源以及机动车排放。运用正定矩阵因子分解模型(PMF)进一步估算了污染源的贡献值，结果表明工业区有机酸的来源为：燃煤燃烧(0.44μg·m-3,35.90％)、高等植物蜡(0.35μg·m-3,28.80％)、二次源(0.26μg·m-3,21.30％)、食物烹饪(0.17μg·m-3,14.00％)；交通区有机酸主要来源为：机动车排放(0.38μg·m-3,46.70％),高等植物蜡(0.25μg·m-3,31.00％)和二次源(0.18μg·m-3,22.30％)；植物园有机酸的主要来源为：生物质燃烧(0.28μg·m-3,43.20％)、高等植物蜡(0.21μg·m-3,32.00％)、二次源(0.16μg·m-3,24.80％)。

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第一章 绪论

1.1 大气颗粒物PM2.5

1.2大气颗粒物中有机酸

1.3 大气颗粒物中有机酸的分析方法

1.4 选题的目的及意义

1.5 研究内容及技术路线

第二章 样品的采集与分析

2.1 武汉市大气PM2.5样品采集

2.2 实验步骤

2.3 仪器设置与定量分析

2.4 质量保证与质量控制（QA/QC）

第三章 大气PM2.5中有机酸的时空变化特征

3.1 武汉大气PM2.5的时空变化特征

3.2 武汉大气PM2.5中有机酸污染分析

3.3 武汉市大气气团后向轨迹分析

3.4 本章小结

第四章 大气PM2.5中有机酸的来源解析

4.1 主成分分析法(PCA)定性分析

4.2 正定矩阵因子分解模型(PMF)定量分析

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文