城市工业区大气颗粒物中多环芳烃的含量及来源分析
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第31卷第7期2010年7月环境科学ENVIRONMENTAL SCIENCEVol.31,No.7Jul.,2010西安采暖季大气中多环芳烃的污染特征及来源解析李文慧1,张承中1,马万里2,周变红1,刘焱明1,蒋君丽1,李一凡2(1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院,西安710056;2.哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室国际持久性有毒物质联合研究中心,哈尔滨150090)摘要:采用改进型的大流量主动采样器,对西安采暖季大气总悬浮颗粒物(TSP )样品和气相样品进行了连续采集,利用GC-MS 测定多环芳烃(PAHs )的浓度.结果表明,颗粒态和气态样品中Σ16PAHs 平均值分别为(108.15ʃ41.44)ng /m 3和(260.14ʃ99.84)ng /m 3,2 3环的PAHs 主要分布在气态中,而>4环的PAHs 主要分布在颗粒态中,PAHs 的气固相分配系数和其过冷饱和蒸气压具有良好的相关性.温度与分配系数也具有显著相关性,并应用逐步回归方法得出分配系数与温度的回归方程.利用特征分子比值法进行源解析,发现西安大气中PAHs 主要来源于煤的不完全燃烧和汽车尾气的排放,并利用因子分析和多元线性回归对各种来源的贡献率进行了计算.通过污染指数与因子的代表物质进行偏相关分析,发现某些PAHs 与SO 2、NO 2来自于相同的污染源.关键词:多环芳烃;气粒分配;来源解析;因子分析;偏相关分析;西安中图分类号:X51文献标识码:A文章编号:0250-3301(2010)07-1432-06收稿日期:2009-09-19;修订日期:2009-12-08基金项目:陕西自然科学基金项目(2007D20);陕西省教育厅专项科研基金项目(06JK268)作者简介:李文慧(1985 ),女,硕士研究生,主要研究方向为大气污染物控制,E-mail :1985liwenhui@ Pollution Characterizations and Source Apportionment of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Air During Domestic Heating Season of Xi ’anLI Wen-hui 1,ZHANG Cheng-zhong 1,MA Wan-li 2,ZHOU Bian-hong 1,LIU Yan-Ming 1,JIANG Jun-li 1,LI Yi-Fan 2(1.School of Environmental and Municipal Engineering ,Xi ’an University of Architecture and Technology ,Xi ’an 710055,China ;2.International Joint Research Centre for Persistent Toxic Substances (IJRC-PTS ),State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150090,China )Abstract :TSP samples and gas phase air samples were collected by an improved high volume active air sampler during domestic heating season in Xi ’an ,and the concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs )were analyzed via GC-MS.The results showed that average concentrations ofΣ16PAHs in TSP and gas phase were (108.15ʃ41.44)ng /m 3,(260.14ʃ99.84)ng /m 3,respectively.Two and three ring PAHs dominated in the gas phase ,while more than four ring PAHs were mainly adsorbed on the particle phase.Good correlation was found between gas-particle partition coefficient and the respective sub-cooled vapor pressures of PAHs.A significant correlation was also found between partition coefficient and temperature ,and the regression equation was put forward by stepwise linear regression method.Ratio analysis illustrated that coal burning and vehicle exhaust were the main source of PAHs in Xi ’an.Contribution of each source was calculated by factor analysis and multiple linear regression.Partial correlation analysis was applied to study the relationship between air pollution indexes and some representative PAHs of individual factors ,which indicated some PAH had same source to SO 2and NO 2.Key words :polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs );gas-particle partitioning ;source apportionment ;factor analysis ;partialcorrelation analysis ;Xi ’an 多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons ,PAHs )是目前广泛关注的一类致癌、致畸、具有内分泌干扰作用的有机污染物,其中油的挥发、污水、汽车尾气、工业排放等是主要人为源,森林火灾则是主要的自然来源[1].PAHs 普遍存在于大气环境中,可以通过呼吸作用、饮食和皮肤接触等途径进入人体,严重危害了人体健康.国内外对大气中PAHs 的浓度、形态、来源、迁移、转化及其对人体健康的影响开展了广泛研究[2].西安是我国中西部的重要城市,空气污染比较严重,有研究表明西安冬季大气颗粒物种PAHs 的污染比较严重[3],但目前该地区的研究主要集中在对大气颗粒物PAHs 的研究[4],关于大气中气相PAHs 、在气相和颗粒相间的分配、以及其与气象因素的相互关系的研究较少.西安作为哈尔滨工业大学国际持久性有毒物质联合研究中心(IJRC-PTS )7期李文慧等:西安采暖季大气中多环芳烃的污染特征及来源解析的全国大气主动采集项目(China air active sampling,CAAS)的监测点之一,从2008年11月 2009年3月,对西安冬季采暖季大气中多环芳烃进行了为期4个月的连续采集.本研究初步分析了西安采暖季大气中颗粒相和气相PAHs的变化规律,对PAHs在两相间的分配行为和影响因素加以讨论,并运用比值法、主成分分析/多元线性回归方法,对多环芳烃的来源进行解析.本实验数据和结论的获得可以对西安大气PAHs污染状况有大致的了解,以期为当地政府对其防治提供科学依据.1材料与方法1.1采样采样点设在西安建筑科技大学市政学院楼顶,周围没有明显污染源和高大障碍物,采样高度28m,采样时间2008-11-15 2009-03-03,为期4个月,每周采集1个样品,每个样品采集24h (12:00 次日12:00),一共采集14组样品.采样器为改进型的KB-1000型大流量采样器,以石英纤维滤膜(20cmˑ25cm)收集颗粒态样品;以串接于石英纤维滤膜后的2个聚氨酯泡塑(polyurethane foam plugs,PUF,9.5cmˑ5cm)收集气相样品,控制气体采样流速为0.800m3/min.采样前,玻璃纤维滤膜用铝箔包裹,放入马弗炉中于450ħ烘烤7h,冷却至室温后取出,放入干燥器中平衡24h称重.PUF垫在使用前分别先用热的肥皂水,清水把PUF清洗一遍,然后用丙酮和正己烷分别索氏萃取24h,真空干燥.1.2样品的预处理和分析样品的预处理和分析在哈尔滨工业大学国际持久性有毒物质联合研究中心(IJRC-PTS)实验室进行,其过程详见文献[5]的报道.在样品进行预处理前,分别加入4种PAHs代标(naphthalene-D8、fluorene-D10、pyrene-D10、perylene-D12),PUF和滤膜样品分别用丙酮︰正己烷混合液(1ʒ1,体积比)和二氯甲烷索氏萃取24h,萃取物经浓缩后采用硅胶层析柱进行净化分离,再旋转蒸发氮吹,最后定容到1mL,用GC-MS分析.16种美国EPA提出的优控PAHs的定性与定量由Agilent6890N型气相色谱仪和Agilent5973质谱仪完成,色谱柱为HP-5MS型(60mˑ0.25mmˑ0.25μm),升温程序为:柱温90ħ保持1min,然后以10ħ/min的速度升温到180ħ,保持1min,再以3ħ/min的速度升温到280ħ,保持20min.恒流无分流进样2.0μL,载气为高纯He气(99.99%),流速设定为0.8mL/min.PAHs定量采用外标曲线法定量.1.3质量控制与质量保证为检验操作污染,整个实验过程中共设置4个场地空白(仪器运行1min)和2个实验室空白(溶剂空白),而且在同批处理的样品中(10个),还附加回收率实验,并按照与样品相同的试验步骤进行分析,以测定16种PAHs的回收率,回收率范围为71.36% 106.37%;空白试验结果表明有个别样品能够检测到naphthalene,其余物质均未检出.4种代标的回收率范围分别为:naphthalene-D8(52.9% 87.34%)、fluorene-D10(62.16% 93.53%)、pyrene-D10(70.56% 106.78%)和perylene-D12(63.53% 121.56%).其中文中给出的数据均经过空白和代标回收率校正.为了考察采样过程中污染物的穿透情况,每个月进行一次穿透实验,其中串联的第二个5cm PUF 被切割成一个3cm和一个2cm的PUF,通过计算最下面2cm PUF采集的PAHs的含量占总PUF的百分比来判断实验过程中是否发生穿透.结果表明,3次穿透实验中2cm的PUF采集的PAHs占总PAHs百分比在1.5% 5.6%之间,均小于20%,说明本实验中通过串联2个5cm PUF在采集大气中的PAHs不会发生穿透现象.2结果与讨论2.1大气中PAHs的含量特征表1列出了西安采暖季大气中PAHs在颗粒相和气相中的含量.采暖初期,大气中PAHs的含量迅速增加,其后趋于稳定.16种PAHs在颗粒相中均有检出,而气相中个别高环PAHs未能检出.气相中PAHs的浓度为35.79 472.76ng/m3[平均(260.14ʃ99.84)ng/m3].颗粒相PAHs的浓度为44.69 198.84ng/m3[平均(108.15ʃ41.44)ng/m3],低于2004年西安采暖季(121.61 302.25 ng/m3)的浓度[3],这与近年来西安市政府及有关部门采取了一系列减排措施有关,如关停了大量污染严重的中小型燃煤锅炉,大力推广天然气等清洁燃料的使用,以及推广集中供热等,使西安市的大气质量,特别是采暖季大气环境质量有了明显的好转.总多环芳烃(Σ16PAHs,气相和颗粒相)的浓度范围为180.48 619.26ng/m3,与天津(73.9 523.83341环境科学31卷ng/m3)[6]采暖期的污染程度相当,略高于北京(242.4ng/m3)[7],与我国南方城市比较,西安采暖季大气中多环芳烃的浓度比广州(8.11 106.26 ng/m3)[8]污染严重很多.可以看出在采暖季,北方城市比南方城市污染严重,这与北方城市冬季采暖有很大关系[5,9].与国外一些城市相比,西安采暖季大气中PAHs 污染较重,高于汉城[(89.29ʃ74.26)ng/m3][10]、芝加哥[(82ʃ5.9)ng/m3][11]、伯明翰[(44.8ʃ19.1)ng/m3][12]、多伦多(50ng/m3)[13].表1大气中多环芳烃在颗粒相和气相中的含量/ng·m-3 Table1Concentrations of PAHs in gas and particle phase/ng·m-3PAHs气相中的浓度颗粒相中的浓度最低值最高值平均值标准差最低值最高值平均值标准差萘(Nap,2环)7.0032.9015.558.750.25 1.080.480.22苊(Acy,3环) 1.1299.2331.5828.120.07 1.760.390.43二氢苊(Ace,3环) 1.9016.44 6.45 4.510.020.160.060.03芴(Flo,3环)23.4294.0151.6819.210.17 2.480.640.60菲(Phe,3环)57.34151.2891.8730.73 2.1731.898.207.92蒽(Ant,3环) 2.7425.2612.90 6.770.21 3.570.820.87荧蒽(Flu,4环)17.5844.3029.418.75 4.4163.6019.0216.06芘(Pyr,4环)10.7432.7220.208.04 3.1221.6510.47 5.34苯并[a]蒽(BaA,4环)0.05 1.370.420.34 2.6015.958.60 3.54 (Chr,4环)0.09 1.840.730.46 6.1920.9013.07 4.30苯并[b]荧蒽(BbF,5环)0.000.070.020.01 5.7020.6213.66 4.46苯并[k]荧蒽(BkF,5环)0.000.050.020.01 3.5712.938.67 2.53苯并[a]芘(BaP,5环)0.000.020.010.01 2.9116.218.31 3.42二苯并[ah]蒽(DahA,5环)0.000.000.000.000.72 2.33 1.650.41茚并[1,2,3-cd]芘(IcdP,6环)0.000.000.000.00 3.107.99 6.39 1.48苯并[ghi]苝(BghiP,6环)0.000.000.000.00 3.909.897.71 1.76Σ16PAHs35.79472.46260.1499.8444.69198.84108.1541.44图1为气相和颗粒相中PAHs的相对含量.从中可以看出气相中PAHs占总含量的比重要高于颗粒相,占总PAHs含量的71%.其中,气相中PAHs 主要是由分子量低、易挥发的2 3环的化合物组成,而这些化合物通常主要以气态形式存在于大气中,其中菲占了绝对优势,高达25%,其它含量较高的化合物依次为芴、苊、萘、蒽和二氢苊,一些4环化合物也占有较高含量如荧蒽(7.99%)和芘(5.48%),而高环化合物只有0.05%存在于气相.颗粒相中16种PAHs组分在均有检出,其中4 6环化合物为主,对此黄业茹等也得到过类似的结论[14],其中4环化合物占颗粒相PAHs的47.30%,5 6环占42.94%,而低环PAHs只有9.76%存在于颗粒相中.4 6环中除二苯并[ah]蒽含量较低外(1.65%),其它8个化合物的相对含量相当,占10%左右,而且其它分子量低的2 3环化合物都在颗粒相中被检测出来,其中3环化合物菲(7.58%)含量较高.致癌性最强的苯并(a)芘主要以颗粒态形式存在,占总PAHs的2.26%.2.2PAHs的相分布图1颗粒相与气相中PAHs各化合物相对含量Fig.1Relative abundances of PAHs in gas and particle phase半挥发性有机物在气固两相间的分布可用分配系数KP值[15]来衡量.通常,按照下面的公式计算KP值:KP=(F/TSP)/A式中,F和A分别为PAHs在颗粒相和气相中的质量浓度(ng/m3),TSP为总悬浮颗粒物质量浓度(μg/m3).图2为16种PAHs气粒分配系数取对数后的43417期李文慧等:西安采暖季大气中多环芳烃的污染特征及来源解析月变化.从中可以看出16种PAHs 的分配系数有随着分子量增加而增大的趋势,这是由于相对分子质量小的组分挥发性强,主要以气相形式存在,颗粒相中的浓度很小,K P 值较小;相反颗粒相中高环的PAHs 含量较高,K P 值较大.不同月份各物质的分配系数也存在差异,1月要比12月和2月高,这主要是由于西安温度差异造成的,西安冬季1月温度最低,组分不易挥发以颗粒形式存在,K P 值较大,其中4环PAHs 的分配系数的月变化更明显,如图2所示.图216种PAHs 气粒分配系数的月变化Fig.2Monthly changes of gas particle coefficients of 16PAHs对于一组性质相近的有机物来说,气粒分配系数K P 值与其过冷饱和蒸气压P oL 呈线性相关,如下所示:lg K P =m lg P oL+b式中m 、b 为常数[16],其数值大小与有机物的种类和颗粒物的性质有关.研究表明,当有机物达到气粒分配平衡时,m 的值接近-1[17].将本研究数据代入该公式进行拟合,结果如图3所示.从相关性分析可以看出,分配系数与其过冷饱和蒸气压有很好的线性相关(R 2=0.93),m 值为-1.23,偏离分配平衡时的理论值(-1),说明此时大气中的PAHs 并没有达到气粒动态平衡,m 值偏离-1可能是由于以下3个原因:①采样时间正好为西安采暖季,燃煤产生了大量的PAHs ,使采样过程中不断有新的污染源输入;②冬季,天气较为寒冷,油类燃烧不完全,使环境不断输入PAHs ;③有机物在颗粒物上的吸附有部分属于不可逆吸附,尤其是一些易挥发的物质在污染源释放过程中有可能扩散到颗粒物里面的空隙中,不易再释放到空气中.PAHs 在气固两相间的分配行为十分复杂,受气象条件影响较大.通过PAHs的分配系数与气象参数图3PAHs 气粒分配系数与过冷饱和蒸气压对数相关Fig.3Relationship between gas particlecoefficients and vapor pressure进行偏相关分析,发现分配系数与气温显著负相关(0.05显著性水平下).对PAHs 的分配系数与气象参数进行多元线性回归,由于分配系数间量级差距过大,这里对其取对数进行回归,得到其回归方程为:lg K P =-0.031ˑT -3.049表明分配系数随着温度的升高而下降,这主要是由于温度升高气相中PAHs 质量浓度升高造成的;实际工作中可以根据大气温度计算K p 值,从而可以根据某一相中PAHs 的质量浓度来推测另一相的质量浓度.2.3比值法用于PAHs 的源解析研究表明,燃料种类和燃烧条件的不同会导致生成的PAHs 组成和相对含量都不同,因此,可以根据不同化合物含量的比值识别污染源.大气中多环芳烃的组成受多种因素影响如燃烧温度、空气/燃料比和传输过程中环境条件的变化等,但一些多环芳烃之间的相对含量往往比较稳定,因此,可以根据多环芳烃的特征比值来定性判断大气中多环芳烃的来源.利用比值法进行PAHs 源解析工作应用广泛,已有许多报道[1,5],表2总结了常用的比值[18],并计算得到了西安采暖季大气中特征化合物比值.表2中的数据表明,研究区内的PAHs 来源,主要以燃煤、汽油、柴油污染源为主.西安冬季取暖更偏向燃煤,这也充分反映出我国北方采暖季节燃煤量较大的特点,这与文献[19]的结论相同.其次通过特征化合物比值范围,还可以识别出柴油和汽油源,说明交通工具排放的汽车尾气对西安冬季大气中的PAHs 贡献也不可忽视.这与Wang 等[19]的研究结果相同,其对大连地区的冬季土壤中PAHs 的5341环境科学31卷表2特征化合物比值Table2Summary of diagnostic indicators项目C Bap/C BghiP C Phe/C Ant C BaA/C Chr C BbF/C BkF C IcdP/(C IcdP+C BghiP)汽油0.30 0.40 3.40 8.000.28 1.20 1.07 1.450.18柴油0.46 0.817.60 8.800.17 0.36—0.35 0.70煤0.90 6.60 3.00 1.00 1.20 3.53 3.87—西安大气 1.058.690.63 3.550.45来源进行了解析,结果表明燃煤占总PAHs排放量的72%,交通尾气排放占20%.2.4主成分分析/多元线性回归用于PAHs源解析对16种PAHs的浓度数据采用主成分提取法提取因子并结合方差极大旋转进行因子分析,提取特征值>1的因子共3个,方差贡献率依次为61.6%、23.9%和7.1%,包含了原始数据信息的90%以上,因此用这3个因子来分析PAHs的来源是可行的.表3中同时列出了16种PAHs的因子载荷结果.表3方差极大旋转后的主因子载荷Table3Rotated component matrixPAHs主因子1主因子2主因子3Nap0.904-0.304-0.197Acy0.9040.0240.307Ace0.933-0.0420.268Flo0.8590.3460.300Phe0.8950.5900.132Ant0.8860.4130.148Flu0.8780.2930.285Pyr0.6130.7310.091BaA0.2830.9190.185Chr0.1380.8970.282BbF-0.1390.4090.683BkF-0.0870.3200.547BaP0.2950.6080.464DahA0.4670.3960.743IcdP0.1870.3400.891BghiP0.4020.4400.724提取主成分方差/%61.57023.8937.130累积方差/%61.57085.46492.594特征来源煤+焦炉天然气交通第一因子中高载荷的Phe、Ant、Flu和Pyr是煤炭燃烧指纹物质[20],Ace和Flo为焦炉的主要指示物[20],因此判断该因子主要指示了煤炭燃烧和焦炉排放的混合源.西安地区能源结构中煤炭的大量使用是西安空气中PAHs的重要贡献源之一,据统计,2005年西安市燃煤消费量为500.73万t,主要是工业应用和供热[21].该地区有焦炉源,这是由于煤气供应的需求,存在如西安焦化厂等大型焦炉源,吴蔓莉等[4]也发现焦化厂对西安空气中PAHs有很大的贡献.第二因子中高载荷的Chr、BaA、Pyr和Phe是天然气燃烧的主要指示物[20,22].西安市天然气城市气化工程,使得天然气在能源消耗比例上变重.第三因子载荷较高的BbF、BkF、IcdP、DahA和BghiP为交通排放源的主要指示物[20].交通源的高贡献也契合了近年来西安市区机动车保有量以年平均约12.7%的速度增长[21],排放总量难控制的状况.以标准化主因子得分变量为解释变量,标准化的PAHs总量为被解释变量,进行多元线性回归.采用逐步回归的方法,设定进入方程的变量的显著水平为0.05,从方程中剔除变量的显著水平为0.10,由此获得方程的标准化回归系数可以反映各主成分因子,即各主要源的相对贡献.采暖季的标准回归方程为:ρΣPAHs=0.884f1(煤+焦炉)+0.388f2(天然气)+0.256f3(交通)由此得到采暖季焦炉+煤、天然气和交通的贡献率分别为57.9%、25.4%和16.8%.用采样当天的空气污染API指数(PM10、SO2、NO2)与提取因子的代表物质浓度进行偏相关分析,结果见表4所示.SO2与因子一的代表物质(Ace、Phe)显著正相关(p<0.05),这是由于空气中SO2主要来自化石燃料,主要是煤的燃烧,与因子一的代表物质来自相同的污染源.NO2与因子一中的燃煤的代表物(Ace)和因子三的代表物质(IcdP)显著正相关(p<0.05),这是由于NO2主要是来自燃料的燃烧和汽车尾气的排放.PM10与代表物质无显著相关,这与PM10来源比较复杂有关.3结论(1)西安采暖季大气气相中PAHs的平均浓度为260.14ng/m3,颗粒相中PAHs的平均浓度为108.15ng/m3.气相中PAHs的总含量要高于颗粒63417期李文慧等:西安采暖季大气中多环芳烃的污染特征及来源解析表4因子的代表物质与API指数的偏相关分析Table4Partial correlation analysis for specific PAHs representatives of the individual factors and API index项目因子1因子2因子3 Ace Phe BaA Chr IcdP BghiP系数概率系数概率系数概率系数概率系数概率系数概率SO20.1260.0420.3210.0480.2360.4840.5800.3450.3940.2300.4390.176NO20.2260.0500.2540.0780.4580.1570.6250.4560.4440.0320.3530.287PM100.4480.1670.3780.2520.3050.3620.3870.2400.1860.5830.0580.866相,气相中PAHs是由分子量低、易挥发的2 3环的PAHs组成,颗粒相中则以4 6环的PAHs为主.(2)气粒分配系数与其过冷饱和蒸气压有很好的线性相关(R2=0.93),并应用逐步回归方法得出分配系数与空气温度的回归方程为lg KP=-0.031ˑT-3.049.(3)采用特征化合物比值法对西安市大气中PAHs的来源进行了解析.结果表明,西安大气中PAHs主要来源于煤的不完全燃烧,也有相当部分来源于汽车尾气排放.(4)通过主成分分析/多元线性回归法解析西安市大气中PAHs污染的主要来源为煤炭燃烧/交通排放、焦炉和石油,贡献率分别为48%、28%和24%.污染指数与各因子的代表物质浓度偏相关分析发现某些PAHs与SO2、NO2来自于相同的污染源.参考文献:[1]Ma W L,Li Y F,Sun D Z,et al.Polycyclic aromatic hydrocarbons and polychlorinated biphenyls in topsoils of Harbin,China[J].Arch Environ Contam Toxicol,2009,57(4):670-678.[2]Barnabe N,Lanrier P.Polycyclic aromatic hydrocarbons in the air in the St Lawrence Basin[J].Environ Sci 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颗粒物载带多环芳烃个体暴露来源解析研究与实例的开题报告1. 研究背景与意义颗粒物是指直径小于10微米(μm)的固体或液体粒子,它们可以由自然源(如沙尘、火山灰等)或人为活动(如交通污染、工业排放等)产生,并且对人类健康和环境质量有着重要影响。
多环芳烃(PAHs)是一类重要的有机污染物,通常是由燃烧过程中生成的,它们具有强致癌和致突变性,由于它们在大气中的化学稳定性较强,通常会附着在颗粒物表面,形成颗粒物-PAHs复合物,对个体健康和生态系统造成危害。
因此,研究颗粒物-PAHs复合物对人体健康和环境的影响,对于改善空气质量和人类健康具有重要意义。
而颗粒物载带多环芳烃个体暴露来源解析研究,是研究颗粒物-PAHs复合物形成及其来源、运输途径等的热点问题,具有重要的研究价值和实践意义。
2. 研究内容和方法本研究将通过收集颗粒物和空气中的多环芳烃(PAHs)的数据,应用现代化学、生物技术等手段对颗粒物-PAHs复合物来源进行定量、定性分析。
具体研究包括以下内容:(1)收集大气颗粒物和空气样品,分离颗粒物-PAHs复合物。
(2)应用色谱质谱分析、GC-MS等现代化学手段对复合物成分进行分析。
(3)应用生物与环境追踪技术,结合GIS技术对样品的来源、运输途径、扩散范围等进行分析。
(4)研究不同来源的颗粒物-PAHs复合物的毒性和生物效应,以此探究复合物形成机理和健康风险。
本项目将运用上述方法和技术,深入研究颗粒物载带多环芳烃个体暴露来源解析,探究颗粒物-PAHs复合物的形成机理、健康风险和环境影响等问题。
3. 预期成果通过本研究,预计能够实现以下成果:(1)深入研究颗粒物-PAHs复合物的形成机理和个体暴露来源。
(2)揭示复合物的形成、运输途径以及扩散范围,为减少复合物的生成提供参考依据。
(3)评价不同来源、不同成分的复合物的毒性和生物效应,为相关环境和健康政策制定提供科学依据。
(4)积累了解空气颗粒物-PAHs复合物形成和健康风险的知识,对于我们对空气污染的治理和控制提供有益帮助。
空气颗粒物中多环芳烃分析方法综述随着工业化和城市化的不断发展,大气环境污染已成为人们关注的焦点。
多环芳烃(PAHs)是大气颗粒物中的一类重要污染物,它们对环境和人类健康都具有潜在的危害。
对多环芳烃进行准确、快速、可靠的分析成为了环境监测的重要内容之一。
本文将综述多环芳烃的常用分析方法,包括色谱法、质谱法、光谱法等,以期为大气环境污染的监测与治理提供参考。
一、色谱法色谱分析是多环芳烃分析的重要手段之一。
气相色谱(GC)和液相色谱(HPLC)是其中比较常用的方法。
GC分析多环芳烃时主要采用毛细管色谱柱,它能够高效分离多环芳烃混合物;而HPLC分析多环芳烃则采用反相色谱柱,能够实现对极性较强的多环芳烃的分离。
色谱-质谱联用技术也广泛用于多环芳烃分析,能够实现对多环芳烃的高灵敏度和高分辨率的分析。
二、质谱法质谱分析是多环芳烃分析的另一重要手段。
质谱分析主要包括质谱扫描和质谱定量两种方法。
质谱扫描主要有电子轰击离子化(EI)、化学离子化(CI)、化学反应离子化(CI)等离子源,能够对多环芳烃样品进行分子结构的鉴定;而质谱定量则是通过建立标准曲线或内标法对多环芳烃进行定量分析。
质谱法具有高灵敏度、高特异性和高分辨率等优点,因此在多环芳烃分析中得到了广泛应用。
三、光谱法光谱分析是一种简便、快速的多环芳烃分析方法。
紫外-可见光谱、荧光光谱、红外光谱等光谱技术都被用于多环芳烃的分析。
荧光光谱分析是目前应用较为广泛的一种方法,它能够对多环芳烃进行快速、准确的定性和定量分析。
光谱法还具有较好的选择性和灵敏度,因此在实际分析中得到了广泛的应用。
在环境监测与治理中,对大气颗粒物中多环芳烃的准确分析是非常重要的。
通过本文的综述可知,色谱法、质谱法、光谱法和生物传感器法是目前多环芳烃分析中常用的方法,它们各自具有独特的优势和适用范围。
随着科学技术的不断进步,相信在将来还会有更多更先进的方法用于多环芳烃的分析。
相信通过我们的不懈努力,将能更好地保护我们的大气环境,保障人民的健康。
大气中颗粒物的化学成分与来源分析随着人类的工业化和城市化进程加速,大气污染问题也越来越严重。
颗粒物是大气污染的主要成分之一,也是对人体健康和环境造成危害最大的物质之一。
了解大气中颗粒物的化学成分与来源,对我们掌握大气污染的状况和制定相应的防治措施具有重要意义。
一、颗粒物的分类及其化学成分颗粒物是指大气中颗粒状物质,主要包括可吸入颗粒物和细颗粒物两类,其中可吸入颗粒物指直径小于或等于10微米的颗粒物,细颗粒物则指直径小于或等于2.5微米的颗粒物。
颗粒物的化学成分主要包括有机物、元素碳、硫酸盐、硝酸盐、铵盐、细土和金属元素等。
其中,有机物包括多环芳烃、多酚、脂肪酸等,它们主要来源于人类产生的废气、油烟和农业活动的残留物等。
元素碳主要来自于燃煤、燃油和生物质燃烧等。
硫酸盐和硝酸盐则主要来自于燃料中含有的硫和氮以及大气氧化反应所产生的酸性物质。
铵盐则主要来自于氨气排放和农业废弃物等。
细土则主要来自于风吹、水蚀和植物耕作等。
二、颗粒物的来源分析颗粒物主要来源于人类活动和自然过程。
其中人类活动中,工业、交通、农业和建筑施工等都是重要的颗粒物来源。
工业和交通排放的废气中含有大量的颗粒物,尤其是金属元素和硫酸盐等。
农业活动中,田间作业和动物粪便都会产生大量的氨气和细土等颗粒物。
建筑施工中,砂、石、水泥和木板等材料的加工和使用也会产生大量的颗粒物。
自然过程中,火山爆发、沙尘暴和植物花粉等也是产生颗粒物的重要来源。
火山爆发时,熔岩和火山灰等物质会排放到大气中,形成大量的颗粒物。
沙尘暴则主要来源于荒漠地区的风吹作用,产生大量的细土颗粒和沙尘颗粒。
植物花粉则是某些季节的过程中自然排放的颗粒物,它们对人体健康的影响相对较小。
三、颗粒物的危害颗粒物对人体和环境都有较大的危害。
颗粒物的大小和形状决定了它们在大气中的传播和沉降方式,直接影响到它们的健康风险。
可吸入颗粒物直径较大,会在呼吸道中停留较长时间,对人体健康影响较大。
特别是细颗粒物,由于其直径较小,可以穿过呼吸系统到达肺泡,对肺部和心血管系统产生直接危害。
盘锦市典型区域大气颗粒物中多环芳烃的监测分析作者:田敏来源:《农业与技术》2015年第03期摘要:通过对盘锦市典型区域大气颗粒物中多环芳烃分析,掌握了颗粒物中多环芳烃分布规律,确定了颗粒物中的主要污染物及污染物来源,为治理颗粒物污染提供了科学依据。
关键词:盘锦市;典型区域;颗粒物;多环芳烃分析;监测分析中图分类号:X131.1文献标识码:A1引言环境空气中颗粒物的组成及其成因已经成为大家关注的热点,其危害备受大家的关注。
解析颗粒物的组成,寻找其来源,重视其危害,从源头上治理空气质量,已经成为我们亟待解决的问题。
大气中多环芳烃的污染备受大家的重视,尤其是其中的苯并(a)芘的含量尤为重要。
研究不同颗粒物中多环芳烃的含量,为环境治理提供科学依据。
2材料与方法2.1点位布设及样品采集在盘锦市辖区内按功能区设置3个典型区域,分别为清洁区、居民区、工业区。
在每个区域按1、4、7、10四个月份监测,每月连续监测8~12d,监测项目为环境空气TSP、PM10、PM2.53项指标,并对PM10、PM2.5中重金属含量进行分析,研究重金属在颗粒物中含量及富集率。
采用双通道采样器采集空气中PM10、PM2.5。
以1m3/h(16.7L/min)恒定流量抽吸空气中颗粒物进入采样器口,颗粒物粒径的切割点为10um。
气体被分成两路,其中一路流量为15.03L/min,采集PM10,另一路流量为1.67L/min,采集PM2.5。
2.2仪器与实验条件日本岛津LC-10ATVP高效液相色谱仪,带有荧光检测器,炭十八柱;荧光检测器:激发波长为245nm,发射波长为425nm。
流动相:流动相采用乙腈/水,梯度淋洗,乙腈含量60~100,流速1.0mL/min。
2.3样品前处理将采集样品滤膜,用剪刀平均剪成两半,一半留样,另一半剪碎,置于5mL具塞玻璃刻度离心管中,加入乙腈5mL,盖好塞子;将离心管置于超声波清洗器中,超声提取10min;取下离心管,放进离心机中,600r/min,离心10min;再用针筒吸取上清液,通过有机相微孔滤膜后,装入样品瓶中待测。
空气颗粒物中多环芳烃分析方法综述空气颗粒物中多环芳烃的分析方法是环境科学研究领域中的一个热点问题,关注多环芳烃的来源与辐射对人体健康的影响,对于准确测量和监测多环芳烃的含量以及建立有效的防治措施具有重要意义。
本文综述了空气颗粒物中多环芳烃的分析方法,包括传统分析方法和新兴分析方法,并对其优缺点进行分析和比较,以期提高对多环芳烃的分析与监测能力。
一、传统分析方法1.色谱分析法色谱分析法是一种广泛使用的分析方法,包括气相色谱(GC)和液相色谱(HPLC)。
气相色谱是一种高分辨率分析技术,它将待检样品在高温状态下气化,然后通过小孔进入毛细管柱内,随后根据样品分子的不同特性进行分离和检测。
液相色谱是一种适用于高极性有机化合物分析的方法,它与气相色谱相比,具有较高的灵敏度。
优点:色谱分析法具有高灵敏度、高分辨率和可靠性好的特点,可以检测到不同类型的多环芳烃,并能够进行定量分析。
缺点:色谱分析法通常需要复杂的样品处理和预处理过程,同时操作复杂,耗时较长,需要复杂的设备和专业知识对其进行操作。
质谱分析法是一种通过质谱仪对样品进行分析的方法,其特点是可检测到超低含量的化合物,同时能够同时使用多种检测模式进行分析。
缺点:质谱分析法价格昂贵,由于需要高性能仪器所以操作较复杂,需要专业的操作和数据处理技能。
电化学分析法是一种通过电化学反应来测量有机物质含量的方法,其基本原理是通过电化学信号的变化来定量分析电化学反应产生的电流或电势。
此方法通常使用基于微流控芯片的电化学技术进行分析。
优点:电化学分析法具有分析速度快、检测成本低的优点,并且拥有测量准确度高、重复性好的特点。
缺点:电化学分析法的灵敏度较低,需要对多环芳烃的稳定性进行实验室测试。
2.荧光分析法荧光分析法是一种基于扫描荧光分析仪的高分辨率检测技术,它是通过荧光分析仪来检测样品的荧光信号,从而进行化学物质分析。
优点:荧光分析法可以快速检测多环芳烃,准确性高,且可适应多种环境条件进行研究。
大气环境中多环芳烃的迁移和转化分析近年来,环境污染问题备受关注,其中大气污染是其中之一。
在大气环境中,多环芳烃(PAHs)是一类重要的有机污染物,由于其毒性和持久性而受到广泛关注。
本文将对大气环境中多环芳烃的迁移和转化进行分析。
首先,多环芳烃主要来源于燃烧过程。
当有机物质燃烧时,PAHs可以通过烟尘颗粒物的形式释放到大气中。
短时间的高温燃烧过程是主要的PAHs来源,如汽车尾气、工业排放等。
同时,长时间的低温燃烧过程也会产生PAHs,如煤炭的燃烧。
因此,燃烧源是大气中PAHs的重要来源。
其次,大气中的PAHs可以通过多种途径迁移。
其中,气溶胶是重要的迁移介质。
PAHs可以以吸附在气溶胶颗粒上的形式进行远距离传输。
它们可以经由空气流动性、气象条件和大气环流等因素传输到远离污染源的地区。
此外,PAHs还可以经由干沉降和湿沉降的方式沉积到地表。
然而,大气中的PAHs也会发生转化过程。
光化学反应是重要的转化途径之一。
太阳辐射中的紫外线和可见光可以激发PAHs分子的电子,从而导致其发生自由基反应。
这些反应会引发PAHs分子的降解和形成新的分解产物。
此外,大气中的氧化剂(如O3和OH)也会与PAHs发生反应,进一步加速其降解过程。
另外,大气中的PAHs还受到生物降解的影响。
土壤中的微生物可以利用PAHs作为碳源,通过代谢酶的作用将其降解成较为简单的化合物。
这种生物降解过程在大气中也可能发生,但其速率较慢,需要一定的时间。
鉴于大气中PAHs的迁移和转化过程的复杂性,我们需要采取相应的措施来减少和防治大气中PAHs的污染。
首先,我们需要提高燃烧过程的效率,减少有机物的燃烧排放。
此外,还可以采用脱硫、脱氮等技术来减少燃烧产物中的有害物质。
另外,应加强大气污染的监测和治理,提高环境意识,推行清洁能源和可持续发展。
总之,大气环境中多环芳烃的迁移和转化是一个复杂的过程。
了解这些过程对于减少大气污染、保护环境具有重要意义。
第44卷第2期2019年2月环境科学与管理ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENTVol.44 No.2Feb.2019文章编号:1674 -6139(2019)02 -0131 -05沈阳市环境空气PM i中多环芳烃(PAHs)的污染特征及来源研究李晶,曲健,李哲,王帅,祝琳琳(沈阳市环境监测中心站,国家环境保护大气有机污染物监测分析重点实验室,辽宁沈阳110169)摘要:利用气相色谱-质谱法(G C-MS)定量分析了2016年冬、春、夏、秋(4个代表月份)沈阳市PM:。
中16种优控多环芳烃(PAHs)含量。
结果表明,P A H s日均浓度变化范围为6.9 ng/m3~274ng/m3,平均值为59. 3ng/m3。
不同环数多环芳烃占总浓度的比例为4环>5环>6环>3环>2环,表现出沈阳市明显的燃煤排放特征。
通过计算P A H s的苯并(a)芘(Bap)毒性当量浓度(范围0.86 ng/m3~27.1ng/m3,年均值6.5 ng/m3。
),表明沈阳市P A H s对人体健康存在危害。
特征化合物比值法和主成分分析法结果表明,煤和木材燃烧及少量的石油挥发是沈阳市大气PM:。
中P A H s的主要污染源。
关键词:沈阳市;PM1;多环芳烃;来源分析中图分类号:X831 文献标志码:APollution Characteristics and Sources Analysis of PolycyclicAromatic Hydrocarbons ( PAHs) in PM10 in Shenyang CityLi Jing,Qu Jian,Li Zhe,Wan/ Shuai,Zhu Linlin(Shenyan/ Environmental Monitorin/ Center Station,National Environmental Protection Key Laboratoryof Atmospheric Or/anic Pollutants Monitorin/ and Analysis,Shenyan/ 110169, China)A bstract:16 PAHs in PM l i3in Shenyan in2016 winter,sprin/,summer,and autumn(four representative months)were analyzed by/as chromato/raphy- mass spectrometry(GC- MS).The results showed that the daily PAHs varied from6.9 n/m3to274 n/m3with the mean value59.3 n//m3.The proportions of different rin/ numbers of PAHs inthe total concentrations were4 rin/s> 5 rin/s> 6 rin/s> 3 rin/s> 2 rin/s,showin/ the obvious characteristics of coal combustionin Shenyan.By calculatin/ the benzo(a)pyrene (Bap)toxicity equivalent concentration of PAHs (ran/ed from0.86 to27.1n/m3and annual mean value was6.5 n/m3),it was sug/ested that PAHs in Shenyan/ were harmful to human health.The resultsof characteristic compound ratio method and principal component analysis method showed that the combustion and a small amount of petroleum volatilization were the main sources of PAHs in PM^ in Key w ords:Shenyan/ City;PM^ ;PAHs;source analysis多环芳径(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAH S)是指具有两个或两个以上苯环的一类有机化收稿日期:018 -09 -23基金项目:沈阳市科技计划项目(F16 -16-9 -00)作者简介:李晶(1971 -)女,高级工程师,主要从事环境监测有机分析技术研究工作。
温州城区大气P M2.5中多环芳烃的污染特征与来源解析郑元铸1葛琳琳2,3郑旭军1朱川1阮芳芳1涂圣锋1李素静2#李伟2,3朱京科2(1.温州市环境监测中心站,浙江温州325003;2.浙江大学生物质化工教育部重点实验室,工业生态与环境研究所,浙江杭州310027;3.浙江大学环境工程研究所,浙江杭州310058)摘要使用中流量采样器采集温州城区2015年4个季节的大气PM2.5样品,利用气相色谱(GC)—质谱(MS)联用仪对PM2.5样品中16种优先控制的多环芳烃(PAHS)进行分析,研究PM2.5中PAHS的污染特征及其可能来源。
结果显示,PM2.5中总PAHs 质量浓度为5.12〜81.59 ng/m3,且表现为冬季>秋季>春季>夏季,季节性变化特征明显。
比值法和主成分分析显示,温州城区大 气PM2.5中PAH s的主要污染源是燃煤、机动车尾气以及生物质燃烧。
总P A H s日均毒性当量浓度为0.44〜11.28 iig TEFs/m3,平 均值为3.44 iigT E Fs/m3。
成人和儿童的终生超额致癌风险(JLCJO年均值分别为7.11X10 7、4.98X10 7,表明温州城区PM2.5中PAHs对人体健康影响水平较低,在可接受范围内。
关键词PM2.5多环芳烃来源解析毒性评价D〇l:10.15985/ki. 1001-3865.2017.05.015Pollution characteristics and sources apportionment of PAHs bound to PM2.s in Wenzhou ZHENG Yuanzhu1 f GE Lin-l i n2'3,ZHENG X u j u n1,ZH U C hu an1,RUAN F a n g f a n g1,TU S h e n g f e n g1,LI S u j i n g2,LI Wei2'3,Z HU J i n g k e2. {l.Wenzhou E n vi ro n m e n ta l M o n i to r i n g Center 9Wenzhou Z h e j i a n g32S003 ; 2.Biomass C h e m i c a l I n d u s tr y M in is tr y o f Education K e y Labor ato ry , Institute o f In dustria l E c o l o g y a n d E n vi ro n m e n t •,Z h e j i a n g Unive rs ity •,H a n g zh ou Z h e j i a n g310027 ;3.Institute o f E n vi ro n m e n ta l E n g i n e e r i n g •,Z h e j i a n g University , H a n g z h o u Z h e j i a n g310058) Abstract :PM2.s samples of 4 seasons were collected in Wenzhou using a sampler of medium-flow capacity in 2015 ,and 16 kinds of polycyclic aromatic hydrocarbons (PA H s) bound to PM2 5were analyzed by gas chromatography (G C)-m ass spectrometer (M S) to investigate their pollution characteristics and sources. The results indicated that annual average of the measure total PAHs in PM2.s ranged from 5.12 ng/m3to 81.59 ng/m3, and the order of PAHs concentration was w in ter^autum n^sp rin g^sum m er,sh o w in g obvious seasonal variations. Ratio method and principal component analysis (PCA) suggested that the PAHs bound to PM2.s were mainly from coal combustion, vehicle exhaustand biomass burning. The daily mean values of total toxicity equivalent conocentration ranged from 0. 44 ng TEFs/m3to 11.28 ng TEFs/m3, with the average value 3.44 ng TEFs/m3. The yearly values of excess lifetime cancer risk (IL CR)for adults and children were 7.11X10 7and 4.98X 10 7,respectively, meaning that PAH s bound to PM2.5had small effect on the health of people in Wenzhou, which was within the acceptable limit.Keywords:PM2.5 ; P A H s;source apportionment;toxicity assessment多环芳烃(PAHs)是分子中含有两个及两个以 上苯环的挥发性碳氢化合物,主要来源于煤、石油和 有机高分子化合物等物质的不完全燃烧。
大气颗粒物中多环芳烃的污染特征及毒理学效应研究近年来,随着工业化和城市化的迅猛发展,大气污染已成为全球范围内关注的重点问题之一。
其中,大气颗粒物作为主要的污染源之一,对人体健康造成了不可忽视的影响。
而其中的多环芳烃(PAHs)更是备受关注,因其具有强烈的毒性和致癌性。
首先,我们来了解一下多环芳烃的污染特征。
多环芳烃是一类由若干个苯环组成的有机化合物,主要来源于燃烧过程和工业排放。
石化、化工、机动车尾气等都是多环芳烃的重要污染源。
由于多环芳烃在大气中具有较长的半衰期,因此在大气中往往能够长时间存在,导致其对人体的危害不容忽视。
其次,我们来探讨一下多环芳烃的毒理学效应。
多环芳烃具有多种毒性,如致突变性、致畸变性、致致癌性等。
它们可以通过空气道吸入到人体内部,进而沉积在肺部。
这些颗粒物不仅会引发急性呼吸道病症,还会诱发慢性呼吸系统疾病,如支气管炎、肺癌等。
此外,多环芳烃还可通过血液循环进入到其他器官,例如心脏、肝脏和肾脏等,对这些器官的正常功能造成损害。
当前,有关大气颗粒物中多环芳烃的研究主要集中在以下几个方面。
一是监测和分析多环芳烃的污染水平和来源,以了解其在不同环境中的分布情况和污染程度。
二是研究多环芳烃在大气中的迁移和转化规律,揭示其在大气环境中的行为特征。
三是探究多环芳烃对生态系统的影响,包括对植物和土壤的毒害效应,并研究其对生物多样性的影响。
四是开展人体健康风险评估研究,评估多环芳烃对公众健康的潜在危害。
针对多环芳烃的污染特征和毒理学效应,我们应当采取积极的防治措施。
一方面,要加强环境监测与评价,及时掌握多环芳烃的污染状况,为制定有效的治理措施提供数据支持。
另一方面,要加强对污染源的治理,如加强工业废气的治理、促进清洁能源的开发和使用等。
此外,也需要加强公众的环保意识,推动绿色生产和消费,减少对大气环境的污染。
总之,大气颗粒物中多环芳烃的污染已成为一个严重的环境问题,对人体健康产生了不可忽视的影响。
第31卷第1期环境监测管理与技术2019年2月沈阳市大气PM !:中多环芳烃的污染特征及来源解析李晶,祝琳琳,王男,刘闽,王帅,曲健!(沈阳市环境监测中心站,环境保护部大气有机污染物监测分析重点实验室,辽宁沈阳110000)摘要:采用气相色谱-质谱联用仪定量分析2016年沈阳市PM !:中16种多环芳烃(PAH 9的质量浓度,探讨其时空 分布特征,并解析PAHS 的来源。
结果表明:沈阳市PAHS 的平均质量浓度为71.5 ng /m3,其中3环、4环PAH S 分别占 31.3%和48.8% ;采暖期PA H s *度明显高于非采暖期,中心城区高于周边。
总毒性当量浓度平均值为8.05 ng /m 3。
特征 比值法和主成分分析法解析的P A H 来源基本一致,主要为燃烧源、石油挥发源和工业生产源,贡献率分别为70. 11%、 14. 19e 和 10.74%。
关键词:PM2:;多环芳烃;污染特征;来源解析;沈阳中图分类号:X 513;X 823文献标志码:B文章编号:1006 - 2009(2019)01 - 0024 - 05C h a r a c t e r i s t i c s a n d S o u r c e A p p o r t i o n m e n t o f P A H s i n A t m o s p h e r i cP a r t i c l e s P M 2.5 — S h e n y a n gLI Jin/,ZHU Lin -lin,WANG Nan,LIU Min,WANG Shuai,QU Jian !(Key Laboratory for Monitoring and Analysis of Organic Pollutants in the Atmosphere ,Shenyang Environmental Monitoring Center ,Shenyang ,Liaoning 110000, China )A bstract : The mass concentrationof16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs ) in PMdurin / 2016 was quantitatively analyzed by /as chromato /raphy-mass spectrometry . The spatiotemporal distribu tion characteristic and the sources of PAHs were discussed . The resiults showed that tlie average mass concentra tion of PAHs was 71. 5 n //m 3. 3-rin / and 4-rin / PAHs accounted for 31. 3% and 48. 8%, respectively . The concentration of PAHs in h eatin / period was si/nificantly /reater than that in non -heatin / season . In the central urban area , the concentrationwashigher than thatinsurroundin / area . T he avera/e of totalconcentration was 8.05 n /m 3. T he results of source apportionment by characteristic ratio method and principal component analysis were basicallythesame .Combustion ,oilvolatilizationandindustrialmain sources with the contribution rate of 70. 11 %,14. 19% and 10.74%, respectively .Key w ords : PM 2 5; PAHs ; Pollution characteristic ; Source apportionment ; Shenyan /中P A H s 的组成、时空分布、毒性研究及来源解析 等方面[4-10],多集中于上海、北京、南京等城市,对沈阳市大气PM :.中P A H s 的系统性研究尚未见报 道。
空气颗粒物中多环芳烃分析方法综述空气颗粒物中多环芳烃(PAHs)是一类对人体健康有危害的有机物质,因此对其进行监测和分析具有重要的环境和社会意义。
本文将对空气颗粒物中多环芳烃的分析方法进行综述。
一、概述多环芳烃是一类由两个以上芳香环串联而成的有机化合物,其具有广泛的来源和存在途径,包括化石燃料燃烧、车辆尾气、焦化厂、炼油厂等工业污染源,以及烤肉、烟草烟雾等生活污染源。
多环芳烃具有高毒性、难降解等特点,对人类健康和环境造成潜在威胁。
二、分析方法1.传统的色谱-质谱法传统的色谱-质谱法是对多环芳烃进行分析的主要方法。
它基于高效液相色谱或气相色谱联合质谱的原理,可以实现对多种类型的PAHs进行同时定量测定和鉴定,具有较高的精度和准确度。
但是,该方法需要繁琐的样品预处理,如样品提取、浓缩、洗脱等步骤,同时耗时耗费,需要复杂的仪器及设备,因此具有一定的局限性。
2.电化学法电化学法以电极在目标分子的氧化或还原反应为依据,利用电极生成或被消耗的电子数量与目标分子的浓度成正比关系,实现对PAHs的定量分析。
该方法适用于对PAHs进行实时监测,在分析灵敏度、分析速度和稳定性方面较好,同时具有低成本、易操作等优势。
3.荧光光谱法荧光光谱法是在激发光源作用下,分子吸收光能,导致分子轨道结构的激发和电荷转移,产生荧光现象,进而实现对PAHs的检测。
该方法无需特殊的样品预处理,速度快、准确性高,同时具有无毒害的特点。
4.免疫分析法免疫分析法是利用抗体与PAHs分子之间的特异性反应,测定PAHs浓度的技术。
该方法的优点是具有较高的敏感性和选择性,并可实现对PAHs的极微量检测,同时不会因样品复杂矩阵而干扰分析结果。
但是,该方法需要抗体或其他生物试剂的制备和纯化,工艺较为繁琐。
综上所述,不同的多环芳烃分析方法具有各自的优缺点,应根据实际需求和样品特性选择合适的方法对空气颗粒物中多环芳烃进行检测。
三、总结对空气颗粒物中多环芳烃的分析方法,包括传统的色谱-质谱法、电化学法、荧光光谱法和免疫分析法等。
空气颗粒物中多环芳烃分析方法综述作者:刘芳来源:《现代商贸工业》2019年第36期摘要:对空气颗粒物中多环芳烃的采样、预处理和分析方法进行了系统的回顾,并详细比较了多环芳烃的预处理和分析方法。
在当前的研究基础上,对未来的发展提出了展望。
关键词:多环芳烃;空气颗粒;分析方法中图分类号:TB 文献标识码:A doi:10.19311/ki.1672-3198.2019.36.0980 引言多环芳烃是由两个或两个以上稠环组成的几百个独立化合物组成,近年来,多环芳烃引起了人们的广泛关注,引起其中一些被列为可能的人类致癌物,并显示哺乳动物的致瘤活性和内分泌干扰活性。
目前,欧洲和世界卫生组织已经颁布或提议了多环芳烃的法规。
未取代的多环芳烃主要是由有机物的不完全燃烧形成的,大气光化学多环芳烃反应可形成多种取代的多环芳烃,如硝化多环芳烃、羟基化多环芳烃、氨基多环芳烃等。
例如,多环芳烃与环境空气中的活性物质如五氧化二氮和氧自由基在氮氧化合物和羟化自由基的存在下很容易形成NPAHs。
在过去的三十年中,大量的卫生研究关注多环芳烃及其氧化产物的致突变性和致癌性。
结果表明,某些取代的多环芳烃可能比原本的多环芳烃毒性更大。
多環芳烃及其衍生物是由柴油和汽油发动机、工业过程、煤炭燃烧、香烟烟雾直接排放的。
其中汽车是大气中多环芳烃及其衍生物的主要来源。
多环芳烃及其衍生物需要及时监测,有利于对空气质量进行评价,推断污染物来源。
由于多环芳烃的高挥发性,能源产生的多环芳烃既可以在颗粒物中释放,也可以在气相中释放。
具有两个或三个芳香环的挥发性最强的化合物主要在气相中释放,而含有三个以上芳香环的化合物一般与PM排放有光。
多环芳烃气体/固定的分配与许多不同的变量有关,如液体蒸气压、环境温度和颗粒的大小、化学成分和表面积。
这些特征,再加上多环芳烃的挥发性,将决定其排放到大气中的方式。
如今,PM2.5和直径小于1.0gm的气溶胶被纳入考虑范围,因为它们代表的是可以吸入更深呼吸道的颗粒物比例范围。
大气中多环芳烃的研究现状大气中多环芳烃(PAHs)是一类多环芳烃类物质,它在大气中的含量范围在10-10-10-13,目前在化学、环境工程、毒理学等领域的研究越来越受到重视。
相对于常见的单环芳烃(BTEX)和多环芳烃(PAHs),多环芳烃是一类持久性有机污染物,具有强致癌活性,在空气污染中占比较大,具有很强的环境污染能力。
另外,多环芳烃还可以通过食物链传播,因此具有潜在的健康风险。
近几年来,关于大气中多环芳烃的研究已经取得了长足的进步,但仍然存在许多未解决的问题。
首先,从化学的角度,多环芳烃的化学结构相当复杂,构型种类繁多,因此很难获得准确的表征。
其次,从来源的角度,大气中多环芳烃的来源不仅仅有工业排放、生物降解和空气污染,还有其他来源,其中不同来源的多环芳烃构型在大气中的含量差别也很大。
此外,大气中多环芳烃的移动性和活性也是需要研究的重点。
针对这些问题,国内外学者将力求更加系统地进行研究,以找出大气中多环芳烃的精确的来源和组成,从而更好地控制其对环境的污染。
首先,人们首先要研究多环芳烃的生物降解机制,以及其在环境中的持久性和移动性,评估它们在环境中的污染程度。
因此,需要研究多环芳烃的生物降解路径、微生物多样性、活性和稳定性。
此外,也需要对多环芳烃污染浓度分布特征、污染数量范围和源分布进行研究。
其次,要开展大气中多环芳烃的激光衍射分析技术。
曾有研究表明,激光衍射分析技术可以用来确定多环芳烃的构型和定量分析,而且可以建立回归关系,用以判断多环芳烃在环境中的差异性。
最后,要加强对多环芳烃环境安全性的评估,评估其在环境中的毒性,研究其对环境和生物的潜在危害,以及评估多环芳烃污染物的控制技术。
总之,随着科技的发展,关于大气中多环芳烃的研究已经取得了长足的进步,但仍然存在许多未解决的问题。
未来,我们将继续加强对大气中多环芳烃的研究,以更好地控制其对环境的污染,保证环境空气的清洁和健康。
结语:大气中多环芳烃是一类有毒污染物,具有强大的污染能力,从环境和健康的角度来看,对其实施有效的控制措施显得尤为重要。
第39卷 第2期2007年4月西安建筑科技大学学报(自然科学版)J1Xi.anUniv.ofArch.&Tech.(NaturalScienceEdition)Vol.39 No.2Apr.2007
城市工业区大气颗粒物中多环芳烃的含量及来源分析
吴蔓莉,史新斌,杨柳青(西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055)
摘 要:采用索氏提取器提取大气颗粒样品中的多环芳烃,并用色谱/质谱联用技术(GC/MS)测定了西安市某工业区大气中多环芳烃(PAHs)的含量,并以西安市某生活区作为对照区分析了该工业区PAHs的主要来源,测得工业区采样点大气颗粒物中8种PAHs浓度范围为86.52~431.05ng/m3.生活区共检出6种PAHs,其浓度范围为47.60~149.03ng/m3,其种类和数量小于工业区中测得的PAHs.研究结果表明,工业区内PAHs污染十分严重,空气质量较差.通过对工业区内采样点的情况分析可知,工业区空气中PAHs主要来自焦化厂.关键词:多环芳烃;索氏提取;大气颗粒物;GC/MS中图分类号:X13111 文献标识码:B 文章编号:1006-7930(2007)02-0259-04
多环芳烃(PAHs)是环境中广泛存在的一类具有致癌、致畸活性的有机污染物.空气中多环芳烃有70%~90%都吸附在PM10的颗粒物上,PM10是指空气动力学直径小于10Lm的颗粒物.PM10可通过呼吸进入人体的上呼吸道和下呼吸道,直接危害人体健康.[1]多环芳烃主要来源于有机物的不完全燃烧,人类的生产生活活动,如石化产品的燃烧、采集和应用、各种固体废弃物的焚烧、炼焦、做饭等都产生大量的多环芳烃[2].由于人类对石化产品的大量开发和利用,使得环境中多环芳烃的含量逐渐增多.大气中多环芳烃的含量变化也引起了研究工作者的广泛关注.国外有关大气颗粒物中PAHs含量测定及来源解析的文献较多[2-4].文献报道的国内有关大气颗粒物中多环芳烃的研究及测定工作仅限于北京、杭州、天津等几个大中城市[5-7],有关西安市大气颗粒物中多环芳烃的含量及成分的相关研究,未见文献报道.本研究采用GC/MS方法测定了西安市工业区大气颗粒物PM10中PAHs的组成及含量.并以西安市某生活区作为清洁对照区,对工业区PAHs的来源作以相关分析.
1 实验部分1.1 仪器和试剂气相色谱)质谱联用仪(GC-MS);索氏提取器;R-201型旋转蒸发器;大气采样装置;PAHs标准样;二氯甲烷(分析纯,重蒸后使用);实验用水为去离子重蒸水;1.2 采样点基本情况工业区位于西安市西郊,区内主要企业有:西安热电厂、西安钢铁厂、阿房宫造纸厂、西安焦化厂、西安氮肥厂、石油化工厂、市水泥厂、西安化工厂、煤气储备厂等.在该工业区东面有一居民区.两区之间没有隔离.采样点位于附近一小学校园内.据调查,该地区在春季以西风为主,采样点位于西安焦化厂下风向1000~1500m左右,采样器置于小学操场上,四周空旷,空气流通较好,适于采样.清洁对照区设置在西安市南郊某居民区内.
*收稿日期:2005-10-05基金项目:陕西省教育厅项目(04JK157);校青年科技基金(AJ03040)作者简介:吴蔓莉(1974-),女,内蒙赤峰人,讲师,博士研究生,主要从事环境科学和环境工程的教学和研究工作1113 样品的采集采样时间为2005年4月4日至2005年4月8日,连续采样5d,每天采样3次,每次采样2.5h.采用DB)120型PM10专用泵配合ZC-10型大气采样器进行采样,用525mm玻璃纤维滤膜(采样滤膜所采集的飘尘粒径下限为1Lm)收集空气中颗粒态PAHs,流量为1.0L/min,采样高度为1.5m.114 样品的预处理将采集了大气颗粒物的玻璃纤维滤膜的尘面向内折成筒状,放入250mL索氏提取器中,并加入125mL二氯甲烷作提取剂,回流6h,水浴温度控制在80e左右.提取液在旋转蒸发仪上浓缩至3mL左右,用微孔滤膜过滤,再用冷风机吹至微量,定容2mL,待测.115 样品的测定色谱柱:弹性石英毛细色谱柱:J&WDB-5;30m@0.32mm@0.32Lm;温度:起始50e,保持1min;升温速率1:4.0e/min,升至150e后,保持10min;升温速率2:8.0e/min,升至270e后,保持5min;进样口温度:280e;程序流量:0.5mL/min,保持30min;流量阶梯1:1.0mL/min至0.8mL/min,保持20min;流量阶梯2:2.0mL/min至1.5mL/min,保持6.0min;载气:氦气1通过色谱峰保留时间和检索NIST质谱谱库进行定性分析,用外标法进行定量分析.
2 结果与讨论2.1 实验结果根据PAHs混合标准样中各多环芳烃的浓度和响应因子峰面积对所采大气样品进行定量.所得结果如表1.表1中所给出的监测结果为2005年4月4日至2005年4月8日连续5天测定结果的平均值.监测结果表明:在工业区大气颗粒物中共检出8种2)4环的PAHs,8种PAHs均在美国环境优先控制污染物黑名单之列.测得的8种PAHs中,苊的浓度最低,为86.52ng/m3.荧蒽的浓度最高,为431.05ng/m3;8种PAHs浓度变化范围为86.52~431.05ng/m3.且每种多环芳烃5d测定结果的日均值变化不大.作为对照区的生活区共检出6种3)4环的PAHs,检出的6种PAHs中,芴的浓度最低,为47160ng/m3.芘、菲、荧蒽的浓度较高,分别为149.03ng/m3、133.61ng/m3、124.43ng/m3;6种PAHs浓度变化范围为47.60~149.03ng/m3.且每种多环芳烃5d测定结果的日均值变化不大.
表1 工业区及生活区PAHs监测结果Tab.1 PAHsmonitoredinmanufacturingdistrictandhabitationdistrict
PAHsRingnumber/Rcarcinogenicity*PAHlevelsinmanufacturingdistrict/ng#m-1PAHlevelsinhabitationdistrict/ng#m-1
Naphthalene2-140.07)Acenaphthene3-/+86.52)Acenaphthenequinone3-222.7782.45Fluorenyl3-/+99.3847.60Phenanthrene3-/+361.81133.61Anthracene3+342.72109.86Fluoranthene4-/+431.05124.43Pyrene4-/+353.12149.03 x:/-0无致癌性;/-/+0疑似致癌性;/+0弱致癌性
对不同环数PAHs占测得的PAHs总数进行分析,所得结果如表2.测定结果表明:工业区和生活区所检出的PAHs中,均以三环为主.占测得多环芳烃总量的60%以上.空气中PAHs的存在形态主要和其本身的物理化学性质和环境温度等因素有关.环数小于四环的PAHs具有较高的蒸汽压,温度较低时以固态存在.本研究采样时平均温度较低,故该地区大气中颗粒态PAHs主要以三环存在.
260 西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报(自然科学版) 第39卷表2 各环PAHs占总量的百分比Tab.2 ThepercentageofdifferentringPAHinPAHs
Ringnumbermanufacturingdistrict/%habitationdistrict/%
212.50362.566.742533.5
2.2 PAHs对该工业区的污染情况图1比较了工业区与生活区测得的PAHs含量.从图1可发现工业区中所检出的多环芳烃的种类和每种多环芳烃的浓度及总浓度均多于(或高于)生活区中多环芳烃的种类及含量,由于工业区和生活区的采样装置、采样时间、样品的预处理和测定方法完全一样,因此不同区域PAHs含量的差异主要是由于采样点位置不同造成的.工业区的采样点附近有较多工厂,说明工业区多环芳烃
1.naphthalene 2.acenaphthene 3.acenaphthenequ-inone 4.fluorenyl 5.phenanthrene 6.anthracene 7.fluoranthene 8.pyrene图1 工业区与生活区各PAHs浓度比较Fig.1 ConcentrationsofPAHsintwodifferentdistricts
的污染主要受附近工厂排放废气的影响.在工业区检出的8种多环芳烃中,其中苊、芴、菲、荧蒽、芘5种多环芳烃被怀疑可能具有致癌性;蒽为一种具有弱致癌性质的多环芳烃;芘作为强致癌物质苯并(a)芘的母体,在特定条件下,极容易转化为强致癌性的多环芳烃.而采样点位于某学校的操场上,附近又有村民生活区,所检测到的高含量的PAHs已严重危害到该区居民和学生的健康,故应采取适当的措施加以控制.2.3 PAHs来源分析根据PAHs的来源,一般认为PAHs是碳氢化合物在不完全燃烧或在还原气氛中热分解而产生的.有机物在高温缺氧下,热裂解产生碳氢自由基或碎片,这是PAHs形成的基本微粒,这些小的极为活泼的微粒,在高温下又立即合成为热力学稳定的PAHs.[8]炼焦过程是煤炭的干馏,因隔绝空气加强热而造成高温缺氧环境,为PAHs生成提供了条件.因此焦化作业往往产生高于煤炭在空气中燃烧时数倍的PAHs.已有研究表明,焦化厂是多环芳烃的重要污染源,所排放出的污染物常常能够影响到2)3km或更大范围的地区[9].在本研究中,采样点的位置位于焦化厂下风方向1000)1500m左右,故可以推断本区域内空气中PAHs污染主要来源于焦化厂.
3 结论(1)用GC-MS方法检测到工业区空气中8种2)4环PAHs浓度变化范围为86.52~431.05ng/m3.作为清洁对照区的生活区检出6种PAHs浓度变化范围为47.60~149.03ng/m3,其测得的PAHs的种类和数量远远低于工业区.说明工业区PAHs污染十分严重.已危害到该区居民的健康,应采取适当方法加以控制.(2)工业区和生活区测得的PAHs主要以低分子量的三环为主.说明采样时由于气温较低,三环PAHs主要以固态存在.(3)焦化作业时的高温缺氧环境为PAHs生成提供了条件,而本研究采样点位于本市焦化厂下风方向,因此工业区空气中的PAHs污染主要来源于焦化厂.
参考文献 References[1] 国家环境保护总局.空气和废气监测分析方法(第四版)[M].北京:中国环境科学出版社,2003.STATEEnvironmentalProtectionAdministration.monitoringandanalyticalmethodsofairandexhaustgas(fourthedition)[M],Beijing:ChinaEnvironmentalSciencePress,2003.[2] JULIANABD,ELBACT,MARCALP,etal.Studyoftheprofileofpolycyclicaromatichydrocarbonsinatmos-