大气颗粒物中元素组分的特征范文

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《河北工业科技杂志》2015年第二期

1研究方法

采用相关性分析法和t检验法对TSP，PM10和PM2．5的分析结果进行统计检验，并利用富集因子法对结果进行分析，从而得到污染物中无机元素之间的相关性和主要来源。

2结果与讨论

2．1TSP，PM10和PM2．5中无机元素分析结果对石家庄市冬季环境空气TSP，PM10和PM2．5样品中无机元素含量的测定结果进行统计分析，详细结果见表1。由表1可以看出，所有元素质量浓度可以分为几个梯度，即Na，Mg，Al，Ca，Si，Fe，S，K，Pb质量浓度为1．00～50．00μg／m3，Ti，V，Cu，Zn质量浓度为0．10～1．00μg／m3，Mn，Co，Ni，Cr，Cd，As质量浓度为0．01～0．10μg／m3，Hg元素含量较低，为10－4～10－3μg／m3。

2．2不同粒径颗粒物中元素的浓度组成特征采样期间各粒径颗粒物中Na，Mg，Al，Ca，Si，Fe，S，K，Pb等9种元素占所测无机元素总质量的90％以上，从图1—图3中可以看出，不同粒径颗粒物中各元素的含量（质量分数，下同）存在一定差异：S，Pb元素随粒径的减小而增大，表现为PM2．5＞PM10＞TSP；Na，Fe，K元素随粒径的减小而减小，表现为PM2．5＜PM10＜TSP。在检测的20种元素中，Si，S，Al，Ca的含量在3种颗粒物中居于前4位，其中，S为燃煤尘的标识元素，Ca为建筑尘的标识元素，Si和Al为土壤尘的标识元素［10－12］。说明采样点处的颗粒物中无机元素主要来源于燃煤尘、建筑尘和土壤尘。

2．3无机元素相关性分析结果对石家庄市冬季环境空气TSP与PM10、PM10与PM2．5，TSP与PM2．5样品中无机元素含量进行回归分析，分析结果见表2。通过分析可以得到，S，Ca，Ti，Cr，Cd元素含量在TSP与PM10中和PM10与PM2．5中的相关系数比较接近；Na，Mg，Al，K，V，Mn，Fe，Ni，Cu元素在TSP与PM10中的相关系数明显高于其在PM10与PM2．5中的相关系数；而元素Co，Hg，Pb在PM10与PM2．5中的相关系数高于其在TSP与PM10中的相关系数。总之，各元素在不同粒径颗粒物中有一定的相关程度，可以通过TSP和PM10的监测分析结果间接估算PM2．5的污染状况。

2．4t检验结果讨论通过进行t检验来分析TSP，PM10和PM2．5的同源性，分析结果见表3。通过分析可以得到各元素含量在TSP与PM10中t检验的概率值最大为0．4727；各元素的含量在PM10与PM2．5中的t检验的概率值最大为0．4576；各元素的含量在TSP与PM2．5中的t检验的概率值最大为0．3190。通过查表可以得到，上述t值均小于在显著性水平为0．05、自由度为40时的t检验的概率值（1．684），说明TSP，PM10和PM2．5中无机元素具有同源性。

2．5富集因子分析结果讨论元素的富集因子是双重归一化数据处理的结果，常被用来研究大气气溶胶粒子中元素的富集程度，定性探讨大气PM2．5中元素的来源问题。当富集因子大于10时，认为是来源于人为污染；当富集因子近似于1时，认为是来源于地壳。式（1）中：Ci，Bi为研究元素i的浓度；Cn，Bn为选定的参比元素的浓度。参比元素一般选择地壳中含量丰富、各种颗粒物样品中均含有的元素，经常采用的有Al，Fe，Ti，Mn等。本研究中选择Fe，Al作为参比元素，背景元素取河北省A层土壤背景值，计算结果如表4所示。从表4中元素的富集因子可以看出，其变化范围比较大。采样期间富集因子较高的元素依次是Cu，Cd，Pb，Co，Ni，Zn，V，其富集因子都远远大于人为污染判断值10，说明这些元素受人为污染严重。另外，Cr，Ca，As，Hg，Na，K元素可认为既来自地壳物质又来自人为污染，Mg，Ti，Mn元素可认为主要来自土壤。一般根据元素来源划分来研究它们之间的关系。有研究表明，Pb和Cu是表征交通排放和冶金化工尘的特征元素，Ni是表征石油燃烧的元素，Cd，Cr和As是表征煤燃烧的元素，Zn是垃圾和废弃物燃烧的特征元素，与汽车密度较大和橡胶轮胎磨损也有关。石家庄市冬季大量燃煤，颗粒物中As，Cd和Cr等元素的浓度较高，Pb，Cu和Zn等元素的浓度高与汽车尾气排放以及冬季污染物扩散条件不好有关，表征石油燃烧的Ni元素的浓度也较高，说明石家庄市燃烧石油产生的污染也比较严重。

3结语

本文选择石家庄市来研究环境空气中TSP，PM10和PM2．5的相关性。通过采样、分析和计算得到如下结论：1）石家庄市城区不同粒径中各种元素的含量存在一定差异，Na，Mg，Al，Ca，Si，Fe，S，K，Pb等9种元素含量较高；采样点处的颗粒物中无机元素主要来源于燃煤尘、建筑尘和土壤尘。2）TSP，PM10和PM2．5中无机元素含量的相关性分析结果表明不同元素含量在TSP与PM10，PM10与PM2．5，TSP与PM2．5中的相关性存在差异。通过进行t检验分析，说明TSP，PM10和PM2．5三者中无机元素具有同源性，在环境空气污染中的变化规律相似，有可能遵循相同的迁移转化规律。3）通过富集因子分析，石家庄市大气颗粒物中受人为因素影响的各种元素主要污染来源于燃煤、交通排放和冶金化工尘。综上所述，环境空气中的TSP，PM10和PM2．53种污染物中无机元素具有相似性和同源性，因此，可以通过TSP和PM10的监测分析结果间接估算PM2．5的污染状况，为区域内PM2．5的防治规划提供一定的定量依据和参考，以便及时改善地区环境空气质量状况，并且为环境管理提供定量化的科学依据。

作者：康苏花马玲李海峰杨丽杰高康宁李亚卿靳伟单位：石家庄市环境监测中心