SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：利用中流量采样器对荣昌区国控空气站点布点采集PM2.5样品，分析碳组分、水溶性离子组分和金属元素组分，识别出PM2.5的组分构成。结果表明：荣昌区PM2.5中的主组分（占比超过1%）共14个，按浓度由高到低排列依次为OC、EC、SO42-、NO3-、Si、Al、Ca、V、Na、Fe、K、Cl-、As和NH4+。荣昌区PM2.5中二次组分（OC、SO42-和NO3-等）占比较高，达45%。利用PMF模型进行分析，在荣昌区PM2.5中，工业源、交通源、生活源、扬尘和其他源的贡献占比分别为35.7%、29.8%、17.3%、9.3%和7.8%，工业源为首要贡献源类，交通源略低于工业源。
关键词：PM2.5；组分；PMF模型
随着工业化和城市化的推进，工业、能源、交通等需求巨增，污染物排放也随之增多，大气污染问题日益突出。大气颗粒物主要分为总悬浮颗粒物、PM10、PM2.5，重庆市荣昌区环境空气质量春冬季PM2.5污染突出，所以，分析PM2.5组分及来源，为荣昌区环境空气PM2.5治理提供理论依据，有利于环境空气质量进一步改善。
为治理环境空气质量，不利气象条件影响PM2.5，不少专家开始对PM2.5深入研究[1]。针对PM2.5，早期集中于气象、温湿度等[2]，随之又从污染成因及来源解析[3]、化学组分[4]等进一步厘清PM2.5组分及来源，同时在来源解析时应同时考虑本地来源和区域输送影响[5]。
1数据与评价
1.1点位选取
荣昌区以浅丘为主，地势起伏平缓，平均海拔300~400 m，山岭南有古佛山，中有螺罐山，北有铜鼓山，最低处在东南部清江镇的濑溪河水面。地势北高南低，由东北向西南倾斜，起伏不大、相对平坦。研究区域选择荣昌区国控点位附近。主要原因为：
1）按标准要求，环境受体样品监测点位应设在环境较稳定、人口密度较大的荣昌区城市建成区；
2）该区域PM2.5达标压力大，在布局上应能反映荣昌区主要功能区和主要大气污染源的空气质量现状及变化趋势；
3）保持历年研究工作的一致性和延续性。
1.2样品采集与处理
2022年10月30日至11月5日对荣昌区国控点位周边开展为期一周的离线观测。中流量采样器选择直径90 mm有机膜和石英膜进行采集PM2.5样品。样品膜处理和称量参照《环境空气颗粒物（PM2.5）手工监测方法（重量法）技术规范》执行。通过对样品开展碳组分、水溶性离子组分和金属元素组分分析，识别PM2.5的组分构成，详见表1。
1.2.1碳组分
碳组分分析具体为OC1、OC2、OC3、OC4、EC1、EC2、EC3、OPC的单位面积含碳量(μg/cm2）和单张膜含碳量(μg/filter）同时由软件给出，取单张膜含碳量(μg/filter）除以采样标况体积得到各组分的质量浓度，再按IMPROVE TOR协议计算OC、EC、TC，其中OPC校正用反射数据。
样品分析时，用钢戳从石英滤膜上截取0.521 cm2圆形滤膜置于石英船上送入样品炉加热。在纯He环境下，在120℃（OC1段）、250℃（OC2段）、450℃（OC3段）和550℃（OC4段）温度下对样品进行分段加热；然后在含5%（体积分数）O2/He环境下，在550℃（EC1段），700℃（EC2段）和800℃（EC3段）温度下对样品进行分段加热；在7段温度下颗粒物上不同沸点的有机物依次氧化为CO2。各温度段下产生的CO2，经MnO2催化氧化-Ni催化还原为CH4后使用火焰离子化检测器（FID）检测并用气体内标进行定量。加热过程中，部分有机碳会碳化为黑炭，滤膜变黑导致热谱图上的OC和EC峰无法区分。为解决此问题，同步采集633 nm的氦/氖激光监测滤纸的反光光强，利用光强的变化强度明确指示出EC氧化的起始点，OC碳化过程中形成的碳化物称之为裂解碳（OPC）。
1.2.2水溶性离子组分
水溶性阴离子组分分析具体为，阴/阳离子通过淋洗液的输送进入阴/阳离子交换柱进行交换并分离，然后进入抑制器消除干扰以降低背景基线响应，最后进入电导池测定。各组分使用标准样品的保留时间进行定性，并用标准样品绘制的工作曲线进行定量。
1.2.3金属元素组分
金属元素分析具体为用滤膜经HCl-HNO3体系消解液电热消解后，利用雾化器将样品溶液进行雾化，并通过载气将所形成含待测分析元素的气溶胶输送至中心温度为6 000~8 000 K的离子炬管中。样品中不同元素在矩管中完全解离，发射出不同波长的光。发射光通过入射狭缝、准直、分光后，用检测器检测，定性、定量分析各组分的含量。
1.3 PMF来源解析
正交矩阵因子分解法（PMF）是一种受体模型，是由芬兰赫尔辛基大学在20世纪90年代提出的一种源解析分析方法。PMF的原理为：假设X为n×m的矩阵，n为样品数，m为化学成分数目，那么矩阵X可以分解为矩阵G和矩阵F，其中G为n×p的污染物排放源源贡献矩阵，F为p×m的污染源成分谱矩阵，p为主要的污染源的数目。定义式（1）：
X=GF+EX=GF+E.
式中：E为残差矩阵，表示X与GF之间存在的差异。PMF分析的目的是目标函数Q，反复计算使Q达到最小值，Q定义为式（2）、式（3）：
式中：xij为样品i中物种j的浓度；gik为样品i中因子k贡献的浓度；fkj为来源k中物种j的质量百分比；eij为样品i中物种j的残留因子；p为污染源数量。
PMF模型中除了需要VOCs物种浓度，还需提供对应的检出限（MDL，在公式中将其表达为LMD）和不确定度（Unc），其中低于检出限的不确定度用5/6倍检出限来替换，而高于检出限的不确定度计算方式为式（4）：
式中：i为VOCs物种；Unc，i为不确定度；LMD，i为检出限；FE，i为误差分数；Ci为体积分数。
2结果与讨论
2.1主组分特征
采样期间荣昌区PM2.5中的主组分（占比超过1%）共14个，按浓度由高到低排列依次为OC、EC、SO42-、NO3-、Si、Al、Ca、V、Na、Fe、K、Cl-、As和NH4+，在PM2.5中质量浓度的占比分别为27%、15%、9%、9%、5%、3%、3%、3%、3%、2%、1%、1%、1%和1%。整体来看，荣昌区PM2.5中二次组分（OC、SO42-和NO3-等）质量浓度的占比较高，达45%，详见图1。
2.1.1碳组分
OC主要来自各类源VOCs的二次转化以及少部分的化石燃料燃烧；二次转化EC主要来自煤、石油、天然气和秸秆等化石燃料的燃烧，EC是一次燃烧产物。OC、EC主要来源于汽车尾气、燃煤燃烧、生物质燃烧，根据EC和OC的关系识别含碳气溶胶的来源，若相关性较好，可能来自的污染源相同，同时可根据OC与EC质量浓度比研究碳气溶胶的特征。
2.1.2水溶性离子组分
SO2和NOx经过化学反应形成二次污染物SO42-和NO3-，NH3与大气中酸性气体反应产生NH4+。SO42-、NO3-和NH4+均是二次反应产物，SO42-主要来自于燃烧过程排放的NOx二次转化，NO3-主要来自于煤、油和秸秆等生物质燃烧产生的SO2二次转化，NH4+主要来自于生活源、燃煤脱硝、柴油车尿素使用等排放的NH3二次转化。气态前体物对大气PM2.5中SO42-和NO3-的质量浓度有重大影响。
Cl-以一次排放为主，主要来自烟花爆竹、餐饮油烟、自来水、氯化工排放的含氯有机物。
2.1.3金属元素组分
Si、Al、Ca等组分主要来自土壤、水泥等扬尘源；Fe主要来自道路扬尘、金属腐蚀颗粒物、机械加工等；V主要来自燃煤、工业源等；K主要来自生物质燃烧；As主要来自工业源、交通尾气等；Na来源广泛。
2.2来源解析结果
利用PMF模型进行来源解析，共得到5个因子，因子1为其他源，表现为浓度较低的金属元素组分，浓度占比较高的碳组分，不存在离子组分；因子2为交通源，表现为碳组分、NO3-等水溶性离子组分含量较高，且金属V的浓度较高，此类情况属于燃烧源特征；因子3为工业源，表现为碳组分、NO3-等水溶性离子组分含量较高，煤炭燃烧标志性组分Ti浓度较高，OC浓度显著高于其他因子。OC来自于工艺过程VOCs的二次转化；因子4为扬尘源，表现为主要组分为Si、Ca、Fe、Al等扬尘标志性组分；因子5为生活源，表现为Cl-浓度显著高于其他因子；详见图2。
图2可知，荣昌区PM2.5中，工业源、交通源、生活源、扬尘和其他源的贡献占比分别为35.7%、29.8%、17.3%、9.3%和7.8%，工业源为首要贡献源类，交通源略低于工业源。
3结论
1）采样期间荣昌区PM2.5中的主组分（占比超过1%）共14个，按质量浓度由高到低排列依次为OC、EC、SO42-、NO3-、Si、Al、Ca、V、Na、Fe、K、Cl-、As和NH4+，在PM2.5中的质量浓度占比分别为27%、15%、9%、9%、5%、3%、3%、3%、3%、2%、1%、1%、1%和1%。整体来看，荣昌区PM2.5中二次组分（OC、SO42-和NO3-等）占比较高，达45%。
2）荣昌区PM2.5中，工业源、交通源、生活源、扬尘和其他源的贡献占比分别为35.7%、29.8%、17.3%、9.3%和7.8%，工业源为首要贡献源类，交通源略低于工业源。
参考文献
[1]林昕，曹芳，翟晓瑶，等.中国典型城市冬季大气细颗粒物水溶性离子特征及来源分析[J].生态环境学报，2019，28（2）：307-315.
[2]Zhou Wei,Gao Meng,He Yao,et al.Response of aerosol chemistry to clean air action in beijing,China:insights from two-year ACSM mea-surementsand model simulations[J].Environment Pollution,2019,255:113-345.
[3]钟宗莲，刘忠鹏，何军，等.自贡市冬季大气PM2.5组分特征分析及来源解析[J].环境科学与技术，2021，44（2）：85-89.
[4]周变红，王锦，曹夏，等.宝鸡市春季PM2.5中金属元素的污染特征及来源[J].环境科学与技术，2021，44（1）：198-206.
[5]李昌龙，王静怡，高媛媛.徐州市区PM2.5浓度与气象要素的相关性分析——以2015年冬为例[J].环保科技，2017，23（2）：15-20.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！ 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/77962.html
