青岛沿海大气气溶胶中水溶性离子和金属元素的分布特征及其来源解析

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本研究于2012年8月~2013年7月采集了青岛八关山气象站大气总悬浮颗粒物样品(TSP),采用离子色谱法(IC)测定了其中的水溶性无机离子,电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定了Zn、Cr、Ni、Li、Co、Sc、Pb和Be,电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定了Al、Ca、Fe、Ba、Na、K、Mg、Ti、Mn、Sr,热/光碳分析仪测定了其中的有机碳(OC)。结果表明,2012年8月~2013年7月青岛沿海TSP平均质量浓度为179.34μg·m-3。主要水溶性无机离子为SO42-、NO3-、NH4+,共占所测离子总浓度的83.68%。水溶性无机离子浓度季节变化明显:Na+浓度的季节变化为夏季>春季>冬季>秋季;NH4+为冬季>夏季>春季>秋季;K+和SO42-均为冬季>夏季>秋季>春季;Ca2+与Mg2+均为春季>夏季>冬季>秋季;F-为春季>冬季>夏季>秋季;Cl-为冬季>春季>秋季>夏季。金属元素Al、Ca、Fe、Na、K和Mg质量浓度占所测金属元素浓度总和的94.30%,是青岛大气中主要的金属元素。各金属元素浓度变化范围较大,不同月份含量波动较大:Zn、Al、Ca、Fe、K、Mg和Na的月平均浓度变化较大,其余元素变化较小。除Sc、Ca、Mg和Na外,其余元素均在1月浓度最高;Co、Ni、Zn、Ba、Mn、Sr、Ti、Al、Ca、Fe、K和Mg均在11月和1月浓度较高;Li、Be、Sc和Cr在12月和1月浓度较高;Na在8、11和2月浓度较高,12月最低;Pb在1月和2月较高,8月和12月较低。大部分元素在11月浓度较高,在8月浓度较低。2009年~2013年不同天气TSP平均质量浓度均为沙尘天>霾天>雾天>晴天。水溶性无机离子总浓度大小顺序为沙尘天>烟雾天>雾天>霾天>晴天。Na+平均质量浓度大小顺序为沙尘天>霾天>雾天>烟雾天>晴天;NH4+、K+和Cl-为沙尘天>烟雾天>霾天>雾天>晴天;Mg2+为沙尘天>晴天>霾天>雾天>烟雾天;Ca2+和NO3-为沙尘天>霾天>烟雾天>雾天>晴天;F-为霾天>烟雾天>沙尘天>雾天>晴天;SO42-为沙尘天>雾天>烟雾天>霾天>晴天。晴天所测金属元素的平均浓度总和最低,雾天略高,霾天和烟雾天较高。与晴天相比,烟雾天所有金属元素浓度均升高,雾天Zn、K、Na和Pb的增幅较大,Li、Sc、Co、Ba、Ca、Mg、Mn和Ti浓度降低,霾天除Cr和Co浓度降低外,其余金属元素浓度均升高。富集因子结果表明Cr在9月,Zn在1月和2月主要受人为污染源影响且在不同月份受人为源和自然源的影响差异较大;Pb在各月份富集因子均远大于10,冶金化工尘和燃煤可能成为青岛大气中Pb的重要来源;Be、Co、Al、Ca、Fe、K、Mg、Mn、Sr和Ti在各月份主要来源于地壳或土壤;Li、Ni、Ba和Na受自然源和人为源的共同影响。除Pb外,其余元素均在雾天富集因子最大。Be、Co、Al、Ba、Ca、Fe、K、Mg、Mn、Sr和Ti在不同天气主要受自然源影响;Li、Cr、Ni、Zn和Na在雾天主要受人为源影响,其余天气受自然源和人为源的共同影响;Pb在不同天气下富集因子均远大于10,主要受人为源影响。Li、Be、Al和K富集因子大小顺序均为晴天<霾天<烟雾天<雾天,Cr、Co和Ni为烟雾天<霾天<晴天<雾天,Zn、Fe和Mn为晴天<烟雾天<霾天<雾天,Ca、Mg和Sr为霾天<晴天<烟雾天<雾天,Ba和Na为霾天<烟雾天<晴天<雾天,Pb和Ti分别为晴天<烟雾天<雾天<霾天,霾天<烟雾天<晴天<雾天。用主成分分析法(PCA)对青岛气溶胶来源进行解析,结果表明青岛沿海大气气溶胶的主要来源有土壤扬尘、二次气溶胶、冶金化工尘、海盐以及燃煤、燃油尘;霾天气溶胶的主要来源是土壤尘、海盐、二次气溶胶、燃煤尘、冶金化工尘和燃油尘。晴天与霾天气溶胶最主要来源均为土壤源和二次气溶胶,晴天海盐、燃煤、燃油尘的贡献相对较小,霾天冶金化工尘和燃油尘贡献相对较小。正定矩阵因子分析法(PMF)结果表明晴天气溶胶主要来源为海盐、二次气溶胶、汽车尾气、建筑尘、冶金化工尘、燃油尘以及土壤尘;霾天主要来源为二次气溶胶、土壤尘、冶金化工尘、燃油尘、海盐以及燃煤尘。PMF结果表明晴天气溶胶来源除包括霾天气溶胶来源外,还包括汽车尾气。PCA和PMF两种方法得到的气溶胶来源基本一致。
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