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细颗粒物(以下称PM2.5)是影响城市空气质量的主要污染物,它对城市的生态环境、居民的人身健康均有显著的不良影响,可以引起人的心血管、呼吸道类等疾病[1-8]。PM2.5的质量浓度水平及其化学组成是研究城市空气质量污染程度和污染来源的主要依据,水溶性离子是PM2.5中主要的化学组成成分[9-15]。本文主要研究了沈阳市近几年冬季环境空气PM2.5中水溶性离子的变化特征及其来源。
沈阳市位于我国东北地区南部、辽宁省中部,是东北地区的政治、经济、金融、文化、交通、信息和商贸中心,是全国先进装备制造业基地和国家新型工业化综合配套改革试验区。沈阳属于北温带半湿润大陆性季风气候,受季风影响降水集中,四季分明且温差较大,冬季寒冷干燥、降雪期较长(每年11月至次年3月)。
沈阳冬季PM2.5中水溶性离子变化特征及来源分析
Variation characteristics and source analysis of water-soluble ions in PM2.5 during winter in Shenyang
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摘要: 为了研究沈阳冬季PM2.5中各水溶性离子变化特征及来源,该研究分别于2016年~2019年每年的1月间,在沈阳市南十东路点位采集了PM2.5样品,并采用DX-120型离子色谱仪对样品中的水溶性离子进行了分析。结果表明,水溶性离子约占PM2.5浓度的1/3左右,其中NO3−、SO42−、NH4+、Cl−和K+这5种离子浓度较高;NO3−浓度与PM2.5变化趋势基本一致,对PM2.5浓度影响最大。主成分分析结果表明,沈阳冬季PM2.5中的水溶性离子主要来源为4大类,其中燃煤源+机动车尾气源约为54.0%,生物质燃烧源约为19.8%,工业源约为10.4%,扬尘源约为7.2%。Abstract: In order to study the characteristics and sources of the water-soluble ions in PM2.5 during winter in Shenyang, PM2.5 samples were collected at “Nanshidong Road” site in January of every year from 2016 to 2019. The water-soluble ions in the samples were analyzed by DX-120 Ion Chromatograph. The results showed that the water-soluble ions accounted for about one third of the total concentration of PM2.5. The concentrations of NO3−、SO42−、NH4+、Cl−、K+ were higher than that of other ions. There was the same variation trend for the concentration of NO3− and PM2.5. The PM2.5 concentration was mainly affected by the NO3− concentration. Factor analysis results showed that the water-soluble ions mainly sourced from four categories, including the sources of fire coal and vehicle exhaust, biomass combustion, industry and dust with the percentage of 54.0%, 19.8%, 10.4% and 7.2%, respectively.
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Key words:
- Shenyang /
- PM2.5 /
- winter /
- water-soluble ions /
- source analysis
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表 1 沈阳市冬季PM2.5及PM2.5中水溶性离子浓度变化
t/a cPM2.5/μg·m−3 离子总浓度/μg·m−3 离子占比/% 2016 76 27.48 36.1 2017 122 49.39 40.4 2018 57 19.31 34.0 2019 81 23.05 28.4 表 2 PM2.5中主要9种水溶性离子组分浓度变化
类别 t/a Na+ NH4+ K+ Mg2+ Ca2+ F– Cl– NO3– SO42– c/μg·m–3 2016 0.30 6.39 1.11 0.21 0.29 0.17 3.76 6.10 9.15 2017 0.44 9.93 1.23 0.12 0.48 0.12 3.33 19.21 14.52 2018 0.27 4.11 0.69 0.16 0.48 0.08 2.60 4.64 6.29 2019 0.29 4.66 0.82 0.09 0.37 0.05 2.93 7.59 6.25 占总离子比例/% 2016 1.1 23.3 4.0 0.8 1.0 0.6 13.7 22.2 33.3 2017 0.9 20.1 2.5 0.3 1.0 0.2 6.7 38.9 29.4 2018 1.4 21.3 3.6 0.8 2.5 0.4 13.5 24.0 32.6 2019 1.2 20.2 3.6 0.4 1.6 0.2 12.7 32.9 27.1 表 3 水溶性离子组分在PM2.5中占比
% t/a NO3– SO42– NH4+ Cl– K+ Na+ Ca2+ Mg2+ F– 2016 8.01 12.01 8.39 4.93 1.46 0.40 0.38 0.27 0.23 2017 15.71 11.87 8.12 2.72 1.01 0.36 0.39 0.10 0.10 2018 8.16 11.07 7.23 4.58 1.22 0.48 0.84 0.28 0.14 2019 9.36 7.7 5.74 3.61 1.01 0.35 0.45 0.11 0.06 表 4 各水溶性离子的相关性系数
组分 相关性系数 Na+ 1 NH4+ 0.547 1 K+ 0.583 0.671 1 Mg2+ 0.092 0.002 0.057 1 Ca2+ 0.015 0.008 0.001 0.028 1 F– 0.094 0.004 0.037 0.296 0.014 1 Cl– 0.503 0.366 0.754 0.060 0.002 0.084 1 NO3– 0.507 0.889 0.567 0.004 0.000 0.005 0.230 8 1 SO42– 0.540 0.948 0.642 0.007 0.003 0.030 0.326 9 0.797 4 1 表 5 各水溶性离子的因子矩阵
组分 因子1 因子2 因子3 因子4 NO3– 0.92 0.26 –0.07 0.04 NH4+ 0.91 0.38 0.01 –0.13 SO42– 0.89 0.33 0.14 –0.11 Cl– 0.29 0.92 0.15 –0.08 K+ 0.53 0.81 0.14 –0.01 Na+ 0.46 0.72 0.32 0.16 F– 0.06 0.17 0.89 –0.02 Mg2+ –0.01 0.12 0.87 0.14 Ca2+ –0.09 0.00 0.10 0.98 表 6 各水溶性离子因子矩阵初始特征值
因子 合计 方差/% 累积/% 1 4.86 53.98 53.98 2 1.78 19.77 73.75 3 0.94 10.40 84.15 4 0.65 7.19 91.34 -
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