武汉市冬夏季大气PM_2_5_浓度及其烃类化合物的变化特征

要影响因素和来源。
１ 实 验 部 分
１．１ 大气 ＰＭ２．５样品采集 采样地点选在 武 汉 市 洪 山 区 （中 国 地 质 大 学 校
园 内 ），该 点 是 武 汉 市 空 气 自 动 监 测 网 中 国 地 质 大 学 子站，距地 面 约 ８ ｍ。 分 别 于 ２００９ 年 １ 月 ５ 日 至 １ 月１８日、２００９ 年 ７ 月 ６ 日 至 ７ 月 １９ 日 采 集 大 气 ＰＭ２．５样品，分别 作 为 冬 季 和 夏 季 样 品 代 表，共 获 取 样品２８个。同时，采 集 ２ 个 野 外 空 白 样 品，监 控 实 验过 程 中 的 污 染。 使 用 ＴＨ－１０００ＣⅡ 型 的 大 流 量
气象条件是影响大气颗粒物浓度的重要因素， 由图１可以看出，在 冬 季 采 样 时 段 的 风 速 变 化 幅 度 不大，而在夏季 随 着 风 速 的 增 大，ＰＭ２．５的 浓 度 有 较 明 显 的 下 降 趋 势 ，两 者 呈 较 强 的 负 相 关 性 ，由 于 风 速 增 大 ，大 气 湍 流 强 度 增 加 ，对 大 气 颗 粒 物 的 稀 释 能 力 增强。夏季的相对 湿 度 变 化 不 大，而 在 冬 季 随 着 湿 度的增大，ＰＭ２．５的 浓 度 显 著 升 高，两 者 呈 较 强 的 正 相关关系，这 可 能 是 随 着 相 对 湿 度 的 增 加，有 利 于 气－粒转化及冷 凝、凝 结 作 用 的 进 行，加 重 了 大 气 颗 粒 物 污 染 。ＰＭ２．５的 浓 度 随 气 温 的 变 化 幅 度 不 大 ，没 有明显的相关性。 ２．２ 正 构 烷 烃
周家斌等 武汉市冬夏季大气 ＰＭ２．５浓度及其烃类化合物的变化特征
武汉市冬夏季大气 ＰＭ２．５浓度及其烃类 化合物的变化特征＊
周 家 斌１ 王 磊１ 钱 佳１ 苑 金 鹏２ 祁 士 华３ 刘 艳 丽１
（１．武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 ４３００７０；２．山东省分析测试中心，山东 济南 ２５００１４； ３．中国地质大学环境学院，湖北 武汉 ４３００７４）
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｆｉｎｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ （ＰＭ２．５）；ｎ－ａｋａｎｅｓ；ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ ａｒｏｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ （ＰＡＨｓ）；ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ； ｓｏｕｒｃｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ
大气颗粒 物 是 影 响 人 体 健 康、大 气 能 见 度 和 地 球辐射平衡的重要污染物［１－２］，同 时 也 是 大 气 化 学 反 应的良好载体 。 ［３－４］ 目前，以武 汉 市 为 首 的 中 部 地 区 城市群，随 着 经 济 快 速 发 展，大 气 污 染 问 题 日 显 突 出，大气能见度降低，灰霾天气频发。 颗粒物的化学 组成非常复杂，细颗粒物（ＰＭ２．５）可 随 呼 吸 过 程 进 入 支 气 管 ，甚 至 穿 过 肺 泡 进 入 血 液 ，可 引 起 人 体 呼 吸 系 统 、心 血 管 系 统 和 生 殖 系 统 等 损 伤 ，甚 至 致 细 胞 发 生 癌 变 等 。 ［５］ 笔 者 选 取 大 气 ＰＭ２．５ 作 为 研 究 对 象，分 析了武汉市冬、夏 季 大 气 ＰＭ２．５浓 度，研 究 不 同 季 节 颗粒物中烃类 化 合 物 组 成 及 变 化 特 征，并 探 讨 了 主
将采集了大气颗粒物的石英纤维膜剪成小块放 入５０ｍＬ 广口瓶中，加 入 约 ２０ ｍＬ 溶 剂，用 二 氯 发 仪 浓 缩至５ｍＬ 左右，过滤并用高纯氮气再浓缩至１ｍＬ， 保存待分析。 １．３ 气 相 色 谱／质 谱 （ＧＣ／ＭＳ）分 析
图１ 武汉市冬夏季大气 ＰＭ２．５质量浓度与气象参数变化趋势 Ｆｉｇ．１ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ＰＭ２．５ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｗｕｈａｎ ｄｕｒｉｎｇ ｓｕｍｍｅｒ ａｎｄ ｗｉｎｔｅｒ
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周家斌等 武汉市冬夏季大气 ＰＭ２．５浓度及其烃类化合物的变化特征
采用６８９０Ｐｌｕｓ／５９７３Ｎ 型 ＧＣ／ＭＳ 联 用 仪 （美 国 Ａｇｉｌｅｎｔ公司），配置 ＤＢ－５石英毛细管柱（３０ｍ×０．２５ ｍｍ×０．２５μｍ），色 谱 条 件 ：载 气 为 纯 度９９．９９９％ 的 氦 气，进样室与传输线均恒温３００ ℃；程序升温：６０ ℃保
持１０ｍｉｎ，以５ ℃／ｍｉｎ升温到３００ ℃保持３０ｍｉｎ；质 谱条 件 ：电 子 电 离 源（ＥＩ）模 式 ，电 子 能 量 ７０ｅＶ，扫 描 范围为５０～５５０ａｍｕ （原 子 质 量 单 位）。根 据 特 征 碎 片离 子 和 保 留 时 间 作 定 性 分 析 ，以 氘 代 萘 、氘 代 苊 、氘 代菲、氘代 、氘代芘和氘代二十四烷 （Ａｌｄｒｉｃｈ，美国） 为内标物质，根据内标法作定量分析。
对大气 ＰＭ２．５样品中的烃 类 化 合 物 进 行 了 定 量 分析，其中正构烷烃的碳数分布范围在 Ｃ１１～Ｃ３４，其 质量浓度在夏季为 ２２．９０～９６．０８ｎｇ／ｍ３，在冬季为 ９．６０～１２３．１０ｎｇ／ｍ３（见 图 ２），并 没 有 呈 现 明 显 的 季 节 性 变 化 趋 势 。 其 中 ，高 碳 数 正 构 烷 烃 含 量 较 高 ，
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环 境 污 染 与 防 治 第 ３５ 卷 第 １ 期 ２０１３ 年 １ 月
ＰＭ２．５采样 器，流 速 为 １．０５ ｍ３／ｍｉｎ，每 个 样 品 采 集 ２４ｈ，采样膜为２３ｃｍ×１８ｃｍ 石英纤维膜。 采样前 将石英纤维滤膜在马弗炉中５００ ℃下煅烧４ｈ，以消 除 有 机 污 染 ；采 样 结 束 后 ，将 石 英 纤 维 膜 封 装 在 铝 箔 中，放入冰箱中在－１８ ℃下冷冻保存。 １．２ 样 品 预 处 理
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ＰＭ２．５ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ａｎ ｕｒｂａｎ ｓｉｔｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ａｎｄ ｗｉｎ－ ｔｅｒ ｏｆ ２００９．Ｔｈｅｓｅ ＰＭ２．５ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ－ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ （ＧＣ－ＭＳ）ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｉｎ－ ｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ ｉｎ ＰＭ２．５．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＭ２．５ ｗａｓ ｒａｎｇｅｄ ２５．０－３０２．４μｇ／ｍ３，ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｌｏａｄｉｎｇ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ ｔｈａｎ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ．Ｔｈｅ ｎ－ａｌｋａｎｅｓ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ １１ ｔｏ ３４ｗａｓ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｉｎ ＰＭ２．５ ｓａｍｐｌｅｓ，ｈｉｇｈ ｃａｒｂｏｎ ｎｕｍｂｅｒ ａｌｋａｎｅｓ ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｏｄｄ ｅｖｅｎ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ （ＣＰＩ）ｗａｓ ｂｅｔｗｅｅｎ １．１ａｎｄ ２．９，ａｎｄ ｇｒｅａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕ－
２ 结 果 与 讨 论
２．１ 大气 ＰＭ２．５浓度变化特征 武 汉 市 冬 季 大 气 ＰＭ２．５ 质 量 浓 度 为 ７８．６～
３０２．４μｇ／ｍ３；夏 季 为 ２５．０～１３７．８μｇ／ｍ３，冬 季 明 显高于夏季（见图１），绝 大 部 分 样 品 高 于 《环 境 空 气 质量 标 准》（ＧＢ ３０９５—２０１２）中 ＰＭ２．５ 的 ２４ 小 时 均 值（７５μｇ／ｍ３），武 汉 市 大 气 ＰＭ２．５ 浓 度 在 工 作 日 和 周末并没有显 著 差 异，反 映 出 多 种 污 染 源 排 放 的 复 杂性。
ｅｎｃｅ ｗａｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｗｉｎｔｅｒ ｐｅｒｉｏｄ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｗｅｉｇｈｔ ＰＡＨｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ，ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ＰＭ２．５ｉｎ Ｗｕｈａｎ ｗａｓ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｌｙ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ｂｙ ｍｏ－ ｔｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｒａｆｆｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ．
第 一 作 者 ：周 家 斌 ，男 ，１９７２ 年 生 ，博 士 ，副 教 授 ，主 要 从 事 环 境 污 染 化 学 及 污 染 控 制 化 学 研 究 。 ＊ 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （Ｎｏ．４１１７３０９２）；教 育 部 留 学 回 国 人 员 科 研 启 动 基 金 资 助 项 目 （Ｎｏ．２０１０－６０９）。
Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ＰＭ２．５ ｉｎ Ｗｕｈａｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｗｉｎｔｅｒ ａｎｄ ｓｕｍｍｅｒ ＺＨＯＵ Ｊｉａｂｉｎ１，ＷＡＮＧ Ｌｅｉ１，ＱＩＡＮ Ｊｉａ１，ＹＵＡＮ Ｊｉｎｐｅｎｇ２，ＱＩ Ｓｈｉｈｕａ３，ＬＩＵ Ｙａｎｌｉ１．（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎ－ ｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ Ｈｕｂｅｉ ４３００７０；２．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｔｅｓｔ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｊｉｎａｎ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２５００１４；３．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ Ｈｕｂｅｉ ４３００７４）
ｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗｉｎｔｅｒ ａｎｄ ｓｕｍｍｅｒ．Ｔｈｅｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍｉｘｅｄ ｉｎｐｕｔｓ ｏｆ ＰＭ２．５ｆｒｏｍ ｈｉｇｈｅｒ ｐｌａｎｔ ｗａｘ ａｎｄ ａｎｔｈｒｏｐｏｇｅｎｉｃ ｓｏｕｒｃｅ．Ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｈｏｐａｎｅｓ ａｎｄ ｓｔｅｒａｎｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｄｉｃａｔｉｖｅ ｏｆ ｆｏｓｓｉｌ ｆｕｅｌｓ ｒｅｓｉｄｕｅ ｉｎｐｕｔ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕ－