胡曉峰 尹永正 童彥斌 芮新素

(青海大學 化工學院，青海 西寧 810016)

PM2.5即是細顆粒物，是空氣中的一種空氣當量直徑≤2.5 μm的可吸入肺的細顆粒物，又因為它的粒徑小，極易富集并吸附大氣中各種對人體有害的物質(zhì)[1]。伴隨著當今社會的快速發(fā)展，尤其是近些年空氣重污染事件都與其有關，政府和社會對此產(chǎn)生了廣泛的關注。同時PM2.5吸附著大量有害物質(zhì)，尤其是多環(huán)芳烴(PAHs)作為持久性有機污染物，其致癌、致畸、致突變，而且能較長時間存在于空氣中[2]。我們周圍大氣中PAHs主要來源于當今化石燃料包括煤、石油等的燃燒以及秸稈煙草和木材等易燃農(nóng)作物的不完全燃燒[3]。PAHs是PM2.5有機物的重要組成部分，而且有關研究表明其含量與肺癌等疾病有關[4]。早在之前美國國家環(huán)境保護局(Environmental Protection Agency，USEPA)就把苊、二氫苊、蒽、苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]熒蒽、苯并[g，h，i]苝、苯并[k]熒蒽、崫、二苯并[a，h]蒽、熒蒽、芴、茚并[1，2，3-cd]芘、萘、菲、芘這十六種多環(huán)芳烴列為了優(yōu)先控制的污染物[5]。國內(nèi)學者也做了大量有關PAHs前沿和探索性的實驗和研究，像葉翠杏等[6，7]研究了廈門市大氣PM2.5中多環(huán)芳烴的晝夜變化特征。

西寧市是西北高原青海省的中心省會城市，其地理位置在中國版圖的中間，位于青海省省圖的西北處，它的氣候為大陸性半干旱氣候，縱觀其地理位置，西寧市的地理位置也比較特殊，大致呈東西向的條帶結構，四面環(huán)山，這也使得西寧的大氣氣流相較于其他城市不易擴散，一旦大氣污染，會造成對居民的健康影響較大的后果，關于西寧市北郊的PM2.5中PAHs的報道比較少見，所以本研究自2018年秋至2019年夏采取4個季節(jié)的樣品，對16種優(yōu)先控制的多環(huán)芳烴進行時間以及季節(jié)上的規(guī)律性分析并進行探討，目的是給出本地區(qū)大氣PAHs一個相對科學的依據(jù)和客觀分析，為以后相關的大氣治理提供一定的理論支持依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本研究以青海大學化工學院五樓天臺為采樣點，如圖1，高度在18 m左右。采樣點周圍5 km內(nèi)沒有大型的工廠和污染源。所以采樣具備代表性，影響因素較少。于2018年11月(11月16日-11月30日)、2019年1月(1月1日-1月15日)、3月(3月17日-4月1日)、6月(6月29日-7月15日)開始進行采集樣品。

圖1 采樣點位置圖

樣品采集使用90 mm 石英濾膜(Whatman，英國)進行樣品收集，采樣前將石英濾膜用鋁箔密封包裝好，放入馬弗爐內(nèi)高溫600 ℃灼燒4.5小時，目的是將濾膜上已經(jīng)有的有機本底值去除掉，減小實驗誤差。冷卻后使用前放入恒溫箱(內(nèi)部條件：溫度20±1 ℃，相對濕度30%±5%)內(nèi)至少24個小時以上平衡濾膜的質(zhì)量，使用精度為1 μg的電子天平稱量空白濾膜質(zhì)量，前后稱量三次，控制誤差在4 μg以內(nèi)。使用中流量(額定流量為100 L/min)顆粒物采樣器(武漢天虹環(huán)保產(chǎn)業(yè)股份有限公司)進行采樣，時間為24小時，采集好的樣品用硫酸紙包好放于自封袋內(nèi)，放置于冰箱-18 ℃內(nèi)保存，待使用前，再放入恒溫箱(條件同上)內(nèi)24小時以上，使用精度為1 μm的電子天平稱量已經(jīng)采集濾膜質(zhì)量，利用差值法得出PM2.5的質(zhì)量。

1.2 樣品前處理

使用陶瓷剪刀剪取1/2的濾膜，避免金屬剪刀產(chǎn)生其他影響。剪成邊長為5 mm的片狀，實驗使用的有機溶劑為乙腈(分析純)，將濾膜和20 mL乙腈加入到帶塞的離心管中，將其固定于搖床內(nèi)振蕩(15±2 ℃，180±20 r/min)25 min，后避光超聲(溫度10 ℃、功率180W)30 min，相同操作再進行兩次，確保多環(huán)芳烴充分溶解于溶劑中，使用0.45 μm的有機濾膜過濾到離心管內(nèi)，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)至1 mL左右，氮吹25分鐘至樣品為干燥狀態(tài)，使用乙腈定容至10 mL，轉(zhuǎn)移至進樣瓶待測。

1.3 樣品分析

使用美國Thermo Fisher公司TSQ8000evo型號的氣相色譜三重四級桿質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)測定 PM2.5中16種 PAHs的含量：苊(ACE)、二氫苊(ACY)、蒽(ANT)、苯并[a]蒽(BaA)、苯并[a]芘(BaP)、苯并[b]熒蒽(BbF)、苯并[g，h，i]苝(Bghip)、苯并[k]熒蒽(BkF)、崫(CHr)、二苯并[a，h]蒽(DahA)、熒蒽(FLT)、芴(FLU)、茚并[1，2，3-cd]芘(IcdP)、萘(ANP)、菲(PHE)、芘(PYR)。利用Thermo Fisher公司提供的標準質(zhì)譜庫和PAHs 標準物質(zhì)色譜圖進行定量分析測定。

2 結果

通過GC-MS的測定，西寧市北郊的PM2.5中美國USEPA優(yōu)先控制的16種多環(huán)芳烴均有檢測到濃度，由檢測水樣中的濃度轉(zhuǎn)化為大氣中的濃度，具體檢測分析結果見表1。

表1 西寧市北郊四季PM2.5中16種多環(huán)芳烴日平均濃度 ng/m3

3 分析與討論

根據(jù)統(tǒng)計結果，不同環(huán)數(shù)的多環(huán)芳烴及其濃度如圖2所示，通過對西寧市的北部郊區(qū)的4個季節(jié)各15天樣品的采集與分析，得出西寧市北郊大氣PM2.5日平均質(zhì)量濃度范圍為7.22 ng/m3～08.68 μg/m3，平均濃度為41.98 μg/m3。超過《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》(GB/3095-2012)的一級標準(35 μg/m3)，低于二級標準(75 μg/m3)。PAHs總濃度的平均范圍為121.99 ng/m3～385.30 ng/m3，平均濃度為253.94 ng/m3。通過與國內(nèi)幾個城市對比研究，廣州市PAHs濃度平均為8.33 ng/m3[8]、沈陽市PAHs濃度平均為71.50 ng/m3[9]、成都市PAHs濃度平均為71.38 ng/m3[10]。西寧北郊的平均濃度高于以上三個城市的平均濃度。

圖2 不同環(huán)數(shù)多環(huán)芳烴濃度柱狀圖

從多環(huán)芳烴的環(huán)數(shù)上來看，環(huán)數(shù)分布呈3環(huán)>4環(huán)>5環(huán)>2環(huán)≈6環(huán)。以3環(huán)和4環(huán)為主，占TPAHs總量的81%以上。其中以二氫苊(ACY)、崫(CHr)、芘(PYR)3種有機物的濃度最高，分別為39.1538 ng/m3，41.8893 ng/m3，37.5492 ng/m3。從季節(jié)上分布呈冬季>春季>秋季>夏季，整體時間上分布為冬春季節(jié)高，夏秋季節(jié)低。

綜上所述，西寧作為高寒地區(qū)，氣候寒冷，采暖期較長，冬春季節(jié)主要以暖氣、化石燃料燃燒和私家車燃油為主要污染排放源，導致冬春季節(jié)PAHs的濃度明顯高于夏秋季節(jié)。大氣環(huán)境污染較為嚴重，由此倡導綠色低碳出行，清潔能源代替化石燃料的普及理念仍然需要繼續(xù)開展。