烟花爆竹期间大气气溶胶的化学组成变化研究

燃放烟花排放的颗粒物通常会具有特定的化学组成，为了更清楚地阐述颗粒物的化学组成，将所测化学物种分为6类，分别代表二次无机、地壳物质、有机物、烟花排放物、BC和痕量物质。各类浓度的计算方法如下：①二次无机物=硫酸盐+硝酸盐+铵盐；②矿物质=Al／0.08；③烟花排放物=K+Cl，注意此浓度只能作为烟花排放物的示踪，并不是其绝对浓度，因为我们不知道钾盐和氯化物的化学形式；④BC的浓度直接测定得到；⑤痕量物质的浓度为除上述4类外，即除SO 2-4、NO-3、NH+4、Al、Ca、Fe、K、Mg、Mn、Na、S、Mg2+、Na+、Ca2+、K+、Cl-、C2 O 2-4、C3 H 2 O 2-4、C4 H 4 O 2-4、C5 H 6 O 2-4、BC外，所测组分浓度的加和；⑥有机物（OM）浓度通常由有机碳（OC）浓度乘以一定的系数1.4—2.1得到［15］，然而本研究中由于采用纤维素滤膜，无法准确定量OC。但研究发现“气溶胶总质量与上述5类质量的差值”与“4个二元酸浓度之和”有很好的相关性，线性回归方程为“质量差=92.198×（草酸+丙二酸+丁二酸+戊二酸）+10.188”，相关系数达0.95。因为质量差大部分为有机物，所以有机物的质量可由4种二元酸的质量和乘以92.198得到。此方法计算得到OM占气溶胶质量的百分比在16.1%～37.7%之间，与2002—2003年期间北京气溶胶中的13.3%～30.9%接近［16］，表明用此方法估算OM的浓度是可靠的。

图30-4显示上述6类物质占PM 2.5和PM 10的质量百分比，可见二次无机物、有机物、矿物质和烟花排放物是气溶胶的主要成分，分别占颗粒物总质量的24.5%～48.0%，16.1%～37.7%，5.0%～37.2%，5.17%～19.6%，共占83.6%～95.9%。常日气溶胶（＃4）中，二次无机物和有机物是PM 2.5的主要成分，分别占颗粒物质量的43%和31%；矿物质是PM 10的主要成分，占37%；烟花排放物的含量小，只有6%～7%。在元宵夜采集的样品（＃1）中，烟花排放物和矿物质的含量高，二次组分的含量低，表明大气受烟花燃放的影响明显。至于节后采集的样品（＃2和＃3），烟花排放物的含量与常日气溶胶（＃4）水平相当，而二次无机物和有机组分的含量相对于元宵夜气溶胶（＃1）有明显增加，表明燃放烟花直接排放的一次污染物能够很快被清除，而释放的气态污染物会被氧化为二次无机物和有机物，存在于颗粒物中。

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图30-4　元宵节期间PM 2.5和PM 10的化学组成（彩图见图版第13页，也见下载文件包，网址见正文14页脚注）

二次无机气 溶 胶=［SO2-4］+［NO-3］+［NH+4］，有机质=92.198×（［C2 O2-4］+［C3 H 2 O2-4］+［C4 H 4 O2-4］+［C5 H 6 O2-4］），地壳矿物质=［Al］／0.08，烟花排放物=［K］+［Cl-］，痕量物质=［F-］+［HCOO-］+［CH 3 COO-］+［MSA］+［NO-2］+［Ag］+［As］+［Ba］+［Bi］+［Cd］+［Cu］+［Ni］+［P］+［Pb］+［Sr］+［V］+［Zn］，未确定物质量=气溶胶质量浓度-上述各种物质之和；质量浓度单位为μg·m-3。