南昌PM2.5中水溶性低分子有机酸的组成、来源及其对气溶胶酸度的影响

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有机酸是大气气溶胶中的重要水溶性有机化合物,对环境和人类健康具有重要影响。为了更好的了解南昌市大气气溶胶中PM2.5中的水溶性低分子有机酸的特征及来源,我们在江西省南昌市进行了为期一年(2019年1月1日-2019年12月31日)的大气颗粒物采样,对样品中的主要阴阳离子以及水溶性低分子有机酸进行了测定,并依据结果进行了分析讨论,得出如下结果:(1)在南昌地区检测出了水溶性无机离子(包括Cl-、SO42-、NO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+等)以及水溶性低分子有机酸(包括甲酸HCOOH,乙酸CH3COOH,草酸(COOH)2,丁二酸HOOC(CH2)2COOH,戊二酸HOOC(CH2)3COOH和甲基磺酸CH3SO3H),其中水溶性无机离子中,NO3-、SO42-以及NH4+的浓度最高,其平均浓度分别为4.92±2.61μg/m~3,6.02±2.52μg/m~3以及3.67±1.80μg/m~3;最主要的水溶性有机酸为甲酸、乙酸和草酸,其年平均浓度分别为0.33±0.28μg/m~3、0.28±0.16μg/m~3、0.81±0.47μg/m~3。它们均呈现出了秋冬季高于春夏季的季节性变化,且与PM2.5的浓度变化相一致。水溶性无机离子与水溶性低分子有机酸之间存在着良好的相关性,可能有相同的来源。(2)本研究中利用了甲酸与乙酸的比值(F/A)、低分子有机酸与无机离子和气态污染物之间的相关性分析、气团后向轨迹模型(HYSPLIT)分析等判定2019年南昌市PM2.5中水溶性低分子有机酸的来源,结果表明,水溶性低分子有机酸来自于一次排放和二次转化的综合贡献。(3)南昌市水溶性低分子有机酸(甲酸HCOOH,乙酸CH3COOH,草酸(COOH)2)对PM2.5自由酸度的贡献约为0.1%,无机酸对酸度的贡献超过95%。且PM2.5的自由酸度具有明显的时间性,具体表现为秋季(1.44±1.57)>冬季(0.97±1.13)>春季(0.80±0.94)>夏季(0.37±0.29),变化趋势与有机酸浓度相同。(4)南昌市气态污染物的浓度以及气象条件与PM2.5中水溶性低分子有机酸的浓度呈现一致的时间变化趋势。并且他们之间存在很好的正相关关系,这些结果表明它们之间可能有相同的来源,或者气态污染的排放对于水溶性低分子的形成有一定的影响作用。气象条件对PM2.5中水溶性有机酸浓度也产生了重要的影响。南昌市主要的水溶性有机酸与气象条件均呈现一定的负相关关系。表明在温度越高、风速越快、或者降水量越大时,均可能会减少水溶性有机酸的生成。
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