大气悬浮颗粒物的检测与治理

南京江宁地区大气悬浮颗粒物的检测与治理

0841311 栗政中文摘要：本文主要介绍悬浮颗粒物的定义，来源及其对人体的危害；悬浮颗粒物的检测方法及其发展；对江宁区的空气悬浮物含量的简单测定；悬浮物的防治措施。

中文关键词：悬浮颗粒物，检测方法，测定，防治

英文摘要：This paper introduce the defination，the orgin of TSP and the harm to human；testing and analyzing methods of atmospheric suspensible partic les in China；mesureing the content of TSP in Jingning；measures for prevent TSP。

英文关键词：TSP，analyzing methods，mesuring，prevention。

前言：大气悬浮颗粒物(也称气溶胶)是评价大气质量的重要指标之一。随着我国工业化和国民经济的高速发展,大气悬浮颗粒物对大气环境的影响越来越大,对它的监测、分析和研究是当前环境保护工作的热点。大气中的悬浮颗粒污染物，特别是细小颗粒对人的健康损坏极大，各种呼吸道疾病的产生，无不与它有关。此外悬浮颗粒污染物对环境也有严重的影响，对大气悬浮颗粒物的时时监测必不可少，治理悬浮颗粒污染物对保护自然、保护人类十分重要。

1.悬浮颗粒物

1.1来源悬浮颗粒物是悬浮于大气中的固体、液体颗粒状物质的总称。大气悬浮颗粒物的形状、密度、粒径大小，光、电、磁学等物理性质及化学组成，随其形成和来源的不同有很大差异，可分为一次颗粒物和二次颗粒物。实际大气中的悬浮颗粒物往往是有许多不同化学组成、不同粒径的颗粒聚集在一起的混合体。所以它没有恒定的化学计量的组成。在城市大气悬浮颗粒物中发现有几十种金属、非金属元素和几百种有机化合物。从悬浮颗粒物的来源，可分为天然来源，如土壤尘、火山灰雾、海洋浪沫，一般为粗颗粒（粒径大约1～500μm）；人为来源，如工业排放的粉尘、化石燃料燃烧的烟尘、汽车排气中的颗粒物以及农药喷雾、喷气式飞机的排放物等。

1.2粒径分布悬浮在空气中的固体或液体微粒，统称为总悬浮颗粒物（TSP），其直径在100微米以下。这些颗粒物的个头大小不一，直径小于10微米（大约相当小于一粒米的百分之一）的称为可吸入颗粒物也可表示为PM10或IP。因为它们可以通过呼吸空气进入呼吸系统并在那里积累，对人体的危害很大。直径小于

2.5微米的称为“细”粒子（PM2.5），直径在2.5—10微米的称为粗粒子。目前北京市公布的大气环境质量中的可吸入颗粒物是PM10.

1.3危害无论是细粒子还是粗粒子都能在呼吸系统内积累，引发一系列健康问题。粗粒子可以加重哮喘病等呼吸疾病病情。细粒子可以引发多种严重的健康问题，包括过早死亡。不管时间是长（例如一年或更长）是短（例如一天），呼吸颗粒物污染的空气都会对健康造成不利的影响。哮喘病、慢性梗阻性肺病、充血性心脏病和缺血性心脏病等心肺疾病患者，特别是老年患者，暴露于颗粒物，其门诊和急诊次数增多，过早死亡的风险增大。儿童和肺病患者暴露于颗粒物，其呼吸不能像平常那样深或有力，还会出现咳嗽和呼吸急促等症状。颗粒物能够增加呼吸道感染的机会，加重哮喘病和慢性支气管炎等呼吸道疾病病情。

2.悬浮颗粒物的检测

2.1颗粒物的分析方法

大气悬浮颗粒物分析研究方法种类很多，分析原理和技术各不相同，每种方法都有不同的检测对象、精确度及适用范围。

⑴总分析方法

颗粒物总分析方法适用于对样品的整体分析，可以得到其化学组成及形态、粒度分析、浓度水平及季节变化、来源、贡献等信息，它大体分为化学分析方法和仪器分析方法。

①化学方法

以化学反应为基础，依赖对象的重量或容量分析，得到颗粒物的成分及其含量，是经典的检测分析大气颗粒物的方法。但操作麻烦，灵敏度低，耗时长。

②仪器分析方法

针对颗粒物不同的组分和检测内容，可采取不同的分析仪器。仪器分析方法主要有化学元素分析法、有机物分析法和粒径分布分析法等。

从大气化学元素分析中可以得到很多污染源判别的信息，应用仪器检测的方法有很多：热核反应器、原子吸收光谱仪、X射线粉末衍射、X射线荧光光谱法（XRF）、扫描核探针（SNM）和人工神经网络（ANN）模式识别方法相结合、中子活化（NAA）、等离子体发射光谱（ICP），质子荧光法（PIXE）等。这些方法可以很好地对颗粒物中的化学元素进行定性或定量的检测，但每一种可检测不同元素且检测灵敏度都有差异。对于特定源污染检测，可以根据源判别知识来选择相应的分析仪器。其中XRF和PIXE对样品的破坏很少，样品分析后还可以用于其他测量。大气颗粒物中还含有水溶性离子，阳离子，如Na+、K+、Ca2+和Mg2+等一般用原子吸收法进行测量，而阴离子，如SO42-、NO3-等一般采用离子色谱进行测量。

现在检测大气有机物技术中比较成熟的技术有气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）、气-质联用（GC-MS）和液-质联用（HPLC-MS）。GC对相对分子量较小的多环芳烃（PAHS）能达到很高的灵敏度和分离效果。HPLC可以在室温工作，不但可以检测到小分子的PAHS，还可以对高温时不稳定的PAHS检测，所以HPLC测量PAHS的相对分子量范围要比GC法广。GC-MS结合了GC分离效果高和MS鉴定能力强的优点，是广泛使用的大气颗粒物检测技术。但GC-MS对于极性基团的PAHS难以检测，而HPLC-MS在这方面更有优势。

颗粒物的粒径分布信息也是分析的重点之一。目前，对颗粒物粒度的分析技术有多种，主要包括图像分析法、沉降法、电感法、光学散射分析法等，其中利用激光散射进行颗粒粒度分析已得到广泛的应用。这些方法的特点、原理和适用范围比较如表1所示。

表1 颗粒粒度的分析方法

⑵单粒子分析方法

单个颗粒物一般是指大气中粒度范围在5纳米至几个微米之间的颗粒，单颗粒物的形态和化学组成蕴涵着丰富的环境信息。对单个粒子的检测是近十年来发展的趋势，主要应用电子束技术，质子/核子束技术及激光微探针质谱等，其基本思路是一样的，就是用高能量的激光或加热的表面将单个颗粒物击为碎片离子，接着用飞行时间质谱（TOFMS）在真空中检测碎片离子。采用电子束技术的主要方法有扫描电子显微镜（SEM）和点子探针X射线分析（EPXMA）。董树屏等利用SEM识别广州大气颗粒物主要种类并对其进行来源分析。在质子/核子束技术应用方面，仇志军等利用核探针对单颗粒物进行了研究，建立了单颗粒指纹数据库。李晓林等将高分辨、高灵敏的扫描核探针（SNM）技术和人工神经网络（ANN）模式识别方法相结合，以单个气溶胶颗粒物化学表征为基础，对大气气溶胶源识别与解析的新方法做了研究。应用其他技术来检测单个颗粒物的方法有：傅立叶红外光谱（FTIP）和二次离子质谱（SIMS）。

（3）预处理方法

样品采集及预处理方法的选取直接影响分析结果的检测限和可靠性。颗粒物样品的采集一般采用专用的采样器，有大流量、中流量或小流量，并附有各种颗粒切割器供选择。选用的滤膜有聚氯乙烯、玻璃纤维滤膜或石英滤膜等，它们有不同的透气孔径和使用温度。

采集样品后，对样品进行预处理。在大气中TSP分析中，浓缩和提取的方法一般采用经典的索氏和超声波提取，各有优缺点，索氏提取是最公认的比较完全提取有机物的方法，但有耗时长等缺点；超声波提取具有简便、快速等优点，但与索氏连续提取相比，回收率略低。还有近年来迅速发展起来的超临界流体萃取技术（SPE）和超临界体色谱（SFC），萃取的总耗时不超过一小时，与索氏比较，时间大大减少，而且收集液直接用于分析，简化浓缩处理步骤，使用温度较低，避免了热不稳定化合物的损失。也有使用热脱附使大气颗粒物的污染物直接气化，从而直接进样，不需要溶剂，但由于温度较高，有可能使污染物中的某些成分分解。

大气颗粒物研究与人类健康密切相关，随着大气颗粒物研究的不断深入，已从一般的无机元素的组分分析到有机成分分析，焦点集中在PAHS的研究上；从总体颗粒物的表征到单个颗粒物分析，研究的尺度从宏观的观测到微观检测，从微米到亚微米，甚至向纳米2级的粒度发展；研究的区域从小区域的室外大气环境检测到大区域、全球环境气候变化研究方向发展，另一方面现代的室内颗粒物及气体污染监控也成为研究热点，这与人们的日常生活紧密相连；大气颗粒物研究的领域日趋广泛，涉及地质（地理因素）、化学、物理（气溶胶的运动规律）、生物（生物污染）等领域。随着研究内容的不断扩大和深入，研究的手段变得多样化，大气颗粒物的分析测试技术也相应地在不断改进和提高。

2.2南京江宁地区悬浮颗粒物的检测：

由南京环保网了解到南京市颗粒物污染严重,PM_(10)、PM_(2.5)的超标率分别达到了65％、85％;颗粒物浓度季节变化大,11月污染物浓度明显大于8月,PM_(10)、PM_(2.5)分别相差168.44μg/m~3、190.1μg/m~3;PM_(10)中PM_(2.5)比重较大,大约为75.9％,对人体健康潜在危害大。

颗粒物质对人类和动物的毒性作用可通过三个方面表现出来：

（1）由颗粒物质本身的化学和物理特性决定的内在毒性，如有毒颗粒石棉、BeO、Pb、Cd、As、Hg、H2SO4及多环芳烃等；

（2）吸入颗粒物质后对呼吸道清理机制的干扰；

（3）由于颗粒物质表面携带和吸附了有毒物质而带来的毒性，如煤烟是一种良好的吸附剂，常常会吸附象SO2那样的有害气体。

大气中颗粒物质的测定项目有：总悬浮颗粒物的测定、可吸入颗粒物（飘尘）浓度及粒度分