定量估算大气颗粒物中有机污染物来源的同位素示踪法

论文摘要

大气颗粒物作为大气污染的重要组成形式,对环境、气候、人类健康造成了巨大的危害。颗粒物的粒径不同,进入人体的部位不同,从而对人体产生的危害也就不同。细颗粒PM2.5（空气动力学直径（Da）, Da≤2.5微米）与粗颗粒物（2.5微米≤Da≤10微米）相比,更易沉积到肺叶、呼吸细支气管及肺泡,更易造成呼吸道和肺部疾病。大气颗粒物中绝大多数有机物是三致（致癌、致畸、致变）物质,且81.9%的有机物集中于PM2.5中。为了保护人的身体健康,必须减少或消除PM2.5中的有机污染物。为此,首先必要定量估算PM2.5中有机污染物的来源。大气颗粒物中有机污染物的成分复杂,目前常规的元素含量分析法、发展中的扫描质子微探针（SPM）和同步X荧光（SXRF）都难以实现对它来源的定量估算。本研究将同位素技术应用于环境科学,用放射性碳及稳定碳同位素比定量估算大气颗粒物中有机污染物的来源。大气颗粒物中有机污染物的主要来源有:非石化产物（植物燃烧产物,土壤扬尘）和石化产物（煤燃烧产物和机动车尾气排放物）。碳三种同位素: 12C、13C和14C.其中14C是半衰期为5730年的放射性β核素。石化燃料（煤,石油等）的形成时间长达百万、千万年甚至更久,石化燃料中不存在14C。这就给我们提供了用14C区分大气颗粒物中有机污染物来源的非常简便、有效的方法。有机物污染物中的碳以有机碳（OC）的形式存在。当OC中的14C被测定,并用现代碳百分比（pMC）表示时,它直接反映大气颗粒物中有机污染物中非石化燃料的分担率（fnon-fossil）。这样OC中的石化燃料分担率（ffossil）可确定为1-fnon-fossil。通过比较OC、植物燃烧产物、土壤颗粒和建筑材料中的14C,由14C的质量守恒,可区分大气颗粒物中有机污染物来自土壤粉尘和植物燃烧产物的分担率。石化燃料起因的大气颗粒物中不存在14C,但有13C的存在.比较OC、非石化燃料、煤燃烧产物以及机动车尾气排放物中的δ13C,根据δ13C的质量守恒,可区分大气颗粒物中有机污染物中来自燃煤排放物和机动车尾气的分担率。现有测量14C的仪器方法有液体闪烁室法（LSC）和加速器质谱仪法（AMS）。使用LSC和AMS测量14C时,所需样品碳量分别为1000mg和1mg。大气颗粒物中碳的含量相对1000 mg较少。因此对大气颗粒物中14C的测定只能是AMS的方法。为此,AMS前处理系统是有必要的。此系统的目的是将样品中不同形态的碳转变成石墨。在本研究中,一套完整的环境和生物样品石墨化系统被研发。此系统中真空度高达8 - 2.5Pa,能处理各种形态（固态,气态）样品,工作效率高达10个/天。此外,本研究对上海市宝山区的大气颗粒物中有机污染物进行分析,结果表明,宝山区冬季大气颗粒物中有机污染物的来源主要来自石化产物,占到了总量的64.74%,而非石化产物只有35.26%,而且,表层土壤（0– 5cm）以降尘为主。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 第一节 大气颗粒物研究
• 1.1.1 大气颗粒物研究的意义
• 1.1.1.1 大气颗粒物污染的现状
• 1.1.2 大气颗粒物对环境和健康的影响
• 1.1.2.1 大气颗粒物对气候的影响
• 1.1.2.2 大气颗粒物对健康的影响
• 1.1.3 大气颗粒物源解析
• 1.1.3.1 化学质量平衡法
• 1.1.3.2 富集因子法
• 1.1.3.3 扫描质子微探针法
• 1.1.3.4 同步辐射微探针法
• 1.1.3.5 中子活化分析法
• 1.1.4 小结
• 第二节 本工作的研究内容
• 14C 和δ¹³C 估算大气颗粒物中有机污染物来源方法的建立'>第二章¹⁴C 和δ¹³C 估算大气颗粒物中有机污染物来源方法的建立
• 第一节 碳颗粒物
• 2.1.1 碳气溶胶的组成
• 2.1.2 碳气溶胶的性质
• 2.1.3 碳气溶胶的危害
• 14C和δ¹³C估算大气颗粒物中有机污染物来源方法的建立'>第二节¹⁴C和δ¹³C估算大气颗粒物中有机污染物来源方法的建立
• 2.2.1 背景
• 2.2.2 方法原理
• 第三章 样品石墨化装置的研发
• 3.1 研制的技术路线及设计图
• 3.2 系统参数的刻度
• 第四章 样品的采样、分析及数据处理
• 第一节 样品的采样
• 2.5污染现状'>4.1.1 上海市PM_2.5污染现状
• 4.1.2 采样点的选择
• 4.1.3 样品的采集
• 4.1.3.1 采样时间
• 4.1.3.2 大气颗粒物的采样
• 4.1.3.3 土壤及树叶的采样
• 第二节 实验测定
• 14C 的测定'>4.2.1¹⁴C 的测定
• 13C 的测定'>4.2.2 δ¹³C 的测定
• 第三节 数据的处理及结果
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表文章
• 参加会议
• 参与的科研项目
• 致谢