北京和内蒙古阿拉善盟大气pm

北京和内蒙古阿拉善盟大气pm

根据该区域的强度、持续时间、传输和影响范围，可分为浮砂、扬沙、砂和强砂。沙尘天气使我国的许多草场和农田受到风蚀,土地沙化面积不断扩大,加速了水土流失,加剧了生态环境的恶化和环境污染,是影响我国区域空气质量的重要污染来源。以往的研究显示,沙尘天气的发生会引起大气颗粒物质量浓度大幅度增加,特别是可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)。颗粒物在形成过程和长途传输过程中,可以成为其他污染物的载体,产生大量的化学和生物学污染物,从而对沿途的环境和暴露人群的健康造成极大危害。沙尘天气对人体健康的影响程度主要与沙尘天气发生的频度和强度、沙尘暴中颗粒物粒径的分散度、沙尘暴中污染物的化学成分和含量有关。PM10吸附性强,能与金属颗粒(如Pb)、气溶胶和其他城市气态污染物通过物理、化学作用发生协同效应,恶化大气环境,危害人体健康,并可以随呼吸气流运动,进入肺部气体交换区,影响肺泡的正常工作。PM2.5表面也可吸附大量的有毒有害物质,并能长时间地停留在空气中,通过呼吸沉积到肺泡,引起小气道的狭窄和堵塞,甚至通过肺换气到达其他器官,对人体健康造成严重的影响。有研究认为,颗粒物的化学成分与颗粒物毒性有密切的关系,不同的化学成分的颗粒物的毒性也会有所不同。而沙尘天气时颗粒物的化学成分是否发生变化,如何变化,与其毒性变化是否存在相关,值得深入研究。本研究于2008年春季采集北京和内蒙古阿拉善盟两地沙尘天气期间的大气颗粒物样品,测定和分析了大气PM2.5和PM10质量浓度及其中某些化学组分的变化特点。1材料和方法1.1仪器、检测方法TH-150C型滤膜采样器(武汉市天虹仪表厂,流量为100L/min),METLERTOLEDOXS105型万分之一电子天平(梅特勒-托利多上海仪器有限公司),PW1404/10型顺序式全自动射线荧光光谱仪(荷兰PHILIPS公司),日立Z5000型原子吸收分光光度计(日立公司),石英纤维滤膜(颇尔过滤器北京有限公司)。1.2测定概况和提高均质量浓度使用TH-150C型滤膜采样器进行23.5h的连续空气采样。采样地点分别位于北京大学医学部公共卫生学院楼顶和内蒙古阿拉善盟左旗巴彦浩特市某宾馆楼上。采样时间从前日17:00到当日16:30(换膜时间30min),同时记录采样时的温度、相对湿度和气压。利用实验室METLERTOLEDOXS105型万分之一电子天平称重后根据重量法计算PM2.5和PM10的日均质量浓度。北京和阿拉善盟的采样时间均为2008年4月26日—6月11日。1.3测量仪器和方法由北京大学医学部中心实验室采用原子吸收光谱法、X射线荧光光谱法进行23种元素含量的测量。本研究重点分析PM2.5和PM10中常量元素(K、Ca、Na、Mg)和污染元素(Pb、Cr、Cd、As),共计8种元素在沙尘天气期间含量的变化特征。其中K、Ca、Na、Mg采用PW1404/10型顺序式全自动射线荧光光谱仪运用X射线荧光光谱法进行测量。Pb、Cr、Cd、As采用日立Z5000型原子吸收分光光度计运用原子吸收光谱法进行测量。样品的预处理、仪器的使用、操作条件均按照实验室规定执行。K、Ca、Na、Mg的加标回收率分别为97.99%,99.96%,101.66%,95.33%;Pb、Cr、Cd、As的加标回收率分别为96.67%,100.65%,95.79%,103.15%。上述元素RSD均小于5%。1.4元素富集因子用富集因子研究大气颗粒物中元素的富集程度,以分析、判断人为源与自然源对颗粒物中元素含量的贡献水平,表征颗粒物的来源,是被普遍采用的方法之一。颗粒物中元素富集因子(EF)的计算方法见公式(1):式中:EFx—元素x的富集因子;Wx—颗粒物中元素x的浓度;Wn—颗粒中被选定的标记元素n的浓度;Cx—背景中元素x的浓度;Cn—背景中被选定的标记元素n的浓度。国际上一般选取地壳元素Al、Fe或Si作为标记元素,以元素地壳丰度或在土壤中的浓度作为背景值。本研究选取Al作为标记元素,以元素地壳丰度作为背景值。1.5数据分析方法数据经Excel2003软件录入,检错,用SPSS13.0软件进行数据分析。用Wilcoxon秩和检验及富集因子分析方法分析PM2.5和PM10某些金属组分在沙尘天气发生时的变化情况,并结合时间趋势图直观反映PM2.5和PM10及其某些金属组分在研究期间的变化情况。1.6资料的填补、修正现场采样人员均具有一定的环境流行病学知识,并且接受了严格的专业培训。每日都有专业人员对当天的资料进行检查,对其中发现的问题进行及时补救。对于无法填补、修正的项目予以剔除作为不合格的资料。采样前对仪器进行检查以及校正,并有专人负责记录每日仪器的运作情况。2结果2.1质量浓度比较阿拉善盟发生沙尘天气的具体日期为4月26、29日,5月1、2、6、19、20、21、26、28、29、31日,6月2、5、9、11日,北京发生沙尘天气的具体日期为5月20、26、28日。由封三图1可以看出,在沙尘天气发生时PM2.5和PM10的质量浓度有不同程度的增加,且PM2.5和PM10的变化趋势基本相似。在非沙尘天气PM2.5和PM10质量浓度也有变化,但幅度较小。表1可见,在沙尘天气发生时PM2.5和PM10的浓度有不同程度的增加,北京PM10质量浓度增加171.1%,北京PM2.5质量浓度增加17.2%,阿拉善盟PM10质量浓度增加166.7%,阿拉善盟PM2.5质量浓度增加105.4%。北京和阿拉善盟PM2.5和PM10质量浓度监测结果显示,阿拉善盟沙尘天气PM2.5和PM10质量浓度均高于非沙尘天气(P<0.01);北京沙尘天气PM10质量浓度高于非沙尘天气(P<0.01),PM2.5未见明显变化,见表1。2.2北京大气重金属污染状况阿拉善盟大气PM2.5中元素的检测显示,沙尘天气发生时8种元素的质量浓度升高,差异无统计学意义,见表4。与非沙尘天气比较,沙尘天气北京大气PM10中Cd质量浓度升高,差异有统计学意义(P<0.05);其他7种元素质量浓度升高,差异无统计学意义,见表5。北京大气PM2.5中Pb、As、Cd、K、Na元素质量浓度在沙尘天气降低,差异无统计学意义;PM2.5中Cr、Ca、Mg元素质量浓度在沙尘天气升高,差异无统计学意义,见表6。2.2.3污染元素的扩散为了解沙尘天气颗粒物中各元素富集因子的变化情况,本研究对阿拉善盟颗粒物中元素浓度数据进行分析,见表8。阿拉善盟的研究结果显示(表3和表8),随着沙尘天气的发生,PM10的质量浓度明显增加,地壳中含量丰富的元素K、Ca、Na、Mg在PM10中的富集程度明显增高;而PM2.5质量浓度的增加程度低于PM10,可能使PM2.5中K、Ca、Na、Mg的富集程度无明显变化。污染元素Pb、As在PM10和PM2.5中的富集因子,均为非沙尘天气高于沙尘天气,显示Pb和As的主要来源不是沙尘,而可能是人为污染源。阿拉善盟区域内有大片的沙漠分布,并且阿拉善盟沙尘暴主要来源地为沙漠,并不是重金属元素富集的地区。因此沙尘暴天气时,主要的污染物来源于重金属含量较少的沙漠,又由于沙尘暴天气时较大的风速有利于Pb、As、Cr的扩散,从而使其富集因子降低。3讨论研究期间北京和阿拉善盟两个采样点PM10和PM2.5质量浓度的变化趋势相似,经统计分析发现,沙尘天气发生时阿拉善盟PM10和PM2.5的质量浓度以及北京PM10的质量浓度均高于非沙尘天气(P<0.05),而北京PM2.5的质量浓度差异无统计学意义。北京市的一项研究显示,PM10和PM2.5质量浓度的变化幅度较大,变化趋势具有相似性。本研究结果显示,两采样点大气PM10的质量浓度均高于PM2.5,尤其在沙尘天气发生当天PM10的变化幅度明显高于PM2.5,提示沙尘天气对粒径较大颗粒物的影响大。刘咸德等的研究中同样也显示,沙尘暴天气时,粗颗粒物(PM2.5-10)的平均质量浓度均高于细颗粒物(PM2.5)的平均质量浓度。常量元素K、Ca、Na、Mg在地壳中含量丰富,随着沙尘天气的发生,极易在大颗粒物中聚集。本研究发现,阿拉善盟沙尘天气发生时大气PM10中常量元素的浓度有明显的峰值,其质量浓度值远高于非沙尘天气(P<0.05),污染元素Pb、As、Cr、Cd的浓度在沙尘天气较非沙尘天气高(P<0.05)。并且,各元素的浓度变化趋势大体一致。污染元素Pb、As、Cr在北京和阿拉善盟两个采样点的富集因子均为PM2.5大于PM10,说明这些污染元素容易在细颗粒物中聚集。腾恩江等在对重庆、武汉、兰州、广州空气颗粒物元素组成特征进行分析时,发现一些污染元素,如Pb、As等在细粒子中的富集因子远大于粗粒子中的富集因子,也说明了这些污染元素更容易聚积在细颗粒中。阿拉善盟的研究结果显示,随着沙尘天气的发生,地壳中含量丰富的元素K、Ca、Na、Mg在PM10中的富集程度明显增高,而在PM2.5中的富集程度无明显变化;阿拉善盟污染元素Pb、As、Cr在PM10和PM2.5中的富集因子均为非沙尘天大于沙尘天。由于北京在研究期间只发生了几次浮沉天气,故未作沙尘天和非沙尘天富集因子的比较。通过比较可知,Pb、As、Cr在PM10和PM2.5中的富集因子,北京市均大于阿拉善盟。这可能是由于北京及阿拉善盟的污染存在较明显的差别所致。与阿拉善盟相比,北京人口众多,经济较发达,交通及工业污染严重。并且,相关研究提示,Pb主要来源于汽车尾气、水泥工业、矿物燃烧、冶金工业等污染,而As主要来源于煤的燃烧,并且在夏季煤的燃烧主要来源于工业生产和餐饮业,Cr的主要污染来源除了交通污染之外,还有生活污染源和建筑物材料腐蚀。本研究也提示这些污染元素受汽车尾气、燃煤燃烧等人为活动的影响较大。2.2.1在研究期间，pmp和pm0中的元素分布特征被描述为由表2可见,北京和阿拉善盟大气PM2.5和PM10中元素的质量浓度在整个研究期间的变异程度比较大,可能与沙尘天气的发生有关。2.2.2阿拉善盟大气养分分布封三图2~5为研究期间颗粒物中部分元素质量浓度随时间变化的趋势图。各元素质量浓度随时间变化的趋势大体一致。常量元素在沙尘天气发生时有相应的峰值,污染元素在沙尘天气发生时其平均质量浓度较非沙尘天气有所提高,但其峰值不明显。表3可见,阿拉善盟大气PM10中元素的检测显示,沙尘天气发生时8种元素质量浓度高于非沙尘天气(P<0.05)。一般认为当某一元素的EF值显著大于1(一般认为大于10)时该元素在