上海和北京PM2.5中水溶性离子的化学组成外文翻译资料

上海和北京PM_2.5中水溶性离子的化学组成

Xiaohong Yaoa, Chak K. Chanb,*, Ming Fanga, Steven Cadlec, Tai Chanc, Patricia Mulawac, Kebin Hed, Boming Yee.Institute for Environment and Sustainable Development, Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China bDepartment of Chemical Engineering, Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China cGM Research amp; Development, 480-106-269, Warren, MI, 48090-9055, USA Department of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China eSchool of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai, China

Received 16 August 2001; received in revised form 6 May 2002; accepted 15 May 2002.

摘要：1999年至2000年在中国上海和北京进行了一项为期一年的PM_2.5中离子种类特征研究。使用特殊的低流速（0.4l min ^-1）取样器收集PM_2.5的每周样品。在上海，SO2- 4，NO- 3和NH₄ 是主要的离子种类，分别占离子总质量的46％，18％和17％。当地SO₂排放是SO2- 4的重要来源。在PM_2.5中SO2- 4浓度与SO₂浓度相关（r = 0.66）。在大的温度范围内相对稳定的SO2- 4/ SO₂质量比表明SO₂的气相氧化在SO2- 4的形成中起次要作用。SO2- 4和NO₃^-的总和与NH₄ 高度相关（r = 0.96），但铵不足以完全中和气溶胶中的酸性离子。在北京，SO2- 4，NO- 3和NH₄ 也是主要的离子种类，分别占水溶性离子总质量的44％，25％和16％。当地SO₂排放是SO2- 4的重要来源。由于SO2- 4与SO₂相关，局部SO₂排放是冬季SO2- 4的重要来源（r = 0.83）。冬季SO2- 4/SO₂比值较低（0.27），同时湿度也低，表明SO₂的气相氧化是硫酸盐形成的主要途径。然而，在夏季，观察到更高质量比的SO2- 4/ SO₂（5.6），将其归因于云中硫酸盐的形成。NO- 3/ SO2- 4的年平均比例在上海和北京分别为0.4和0.6，表明这两个城市的固定排放仍然是污染的主要来源。 （2002 Elsevier Science Ltd.保留所有权利）。

关键词：硫酸盐;硝酸盐; 二羧酸; 季节性变化; 相关分析

1.引言

上海和北京是中国最大的两个城市。这两个城市的人口都超过1000万。这两个城市地区的车辆使用量迅速增加，同时能源消耗量也大幅增加。 颗粒污染已成为一个主要问题。本文是关于TSP和PM₁₀的短期采样研究。PM₁₀（粒径小于10mm）自20世纪80年代出版(Winchester et al., 1981; Huebert etal., 1988)。然而，有关于PM_2.5的数据，特别是关于PM_2.5中的半挥发性物质，例如NO₃^-和Cl^-和二羧酸非常有限。由通用汽车公司赞助的一项为期一年的上海和北京PM_2.5研究于1999年3月启动. He et al. (2001) and Ye et al. (2002)描述了北京和上海PM_2.5的组成和季节变化趋势。SO₄^2-、NO- 3和NH₄ 分别是PM_2.5中的主要离子种类，约占上海和北京PM_2.5总量的三分之一。SO₄^2-，NO- 3的总和和NH₄ ，地壳物种和含碳物质（有机碳和元素碳）占上海PM2.5质量的5％以内和北京PM2.5质量的20％（He et al。，2001; Ye et al，2002）。在他们的研究中，地壳物种被认为起源于当地的土壤和沙尘暴以及主要来源中的含碳物种。 the crustal species and the carbonaceous matter (organic and element carbon) were within 5% of the PM2.5 mass in Shanghai and 20% of the PM2.5 mass in Beijing (He et al., 2001; Ye et al., 2002). SO₄^2-和NO- 3的形成在PM_2.5中没有进行调查，但是应该进行调查，因为这些物种的起源会影响控制决策。在北京，自1990年以来，车辆人口以每年15％的速度增长。由此产生的氮氧化物排放增加，预计会对PM_2.5硝酸盐浓度产生影响。另一方面，天然气等清洁燃料取代了北京市中心城区小型家用取暖锅炉所用的煤。这减少了SO₄^2-和HCl的排放。在本文中，我们关注二次离子物质的组成，来源和形成，重点是硫酸盐、硝酸盐、铵盐、氯化物和二羧酸。半挥发性物质的测量由于气体-颗粒和颗粒-颗粒的相互作用，导致人工采样制品变得复杂（Sickles等，1999）。在收集颗粒之前，吸收气体的去除剂和用于吸收从收集的颗粒中蒸发的HNO₃，HCl和NH₃的回流过滤器已经被广泛接受为最小化人工采样的有效工具（Chow和Watson，1998）。在这项研究中，使用一个特殊的低流速（0.4lmin^-1）采样器，配备三个平行盒（一个配有Na₂CO₃涂层的剥离器和一个尼龙反向过滤器的盒）用于收集PM_2.5。检查相关性分析以及比率的季节性变化，以深入了解次生物种的形成以及PM_2.5中固定和移动氮及硫来源的相对重要性。二羧酸和它们的盐是PM中水溶性有机部分中的重要成分（Kawamura和Kaplan 1987; Kerminen等，2000），并且预期可用于源分配。Kawamura和Kaplan1987年提出汽车尾气是PM中二羧酸的重要来源。鉴于有机碳是上海和北京PM_2.5中最丰富的物种（He et al，2001; Ye et al，2002），获取更多有关其来源的信息对于控制其生成非常重要。在本研究中，仅对1999年12月以后收集的样品确定PM_2.5中二羧酸的组成。对PM_2.5和O₃中的二羧酸与其他物种（如有机碳，硫酸盐和硝酸盐）进行了相关性分析，了解二羧酸的来源和二级物种的形成。

2.方法

2.1 采样和化学分析

上海的PM_2.5取样由同济大学进行。上海的两个采样点都位于市中心，相距5公里。一个在同济大学校园内，另一个在海南路。同济大学校园的采样器放置在距离地面16米的三层楼的屋顶上。该站点西北约150米处是一条交通繁忙的道路。海南路工地的采样器也放置在建筑物的屋顶上，距离地面18米，距离主干道150米。海南站点旁边是一个空气质量监测站，测量气象条件及SO₂，NO_x，O₃的浓度。北京PM_2.5的采样由清华大学进行，采样点已由He等人详细描述（2001年）。虽然清华工厂位于郊区，但车公庄工厂位于北京市区，也位于空气质量监测站旁边。该站的空气污染指数往往是北京最高的。风数据在北京可得到，但在上海没有。本研究中使用的取样器和化学分析与He等人描述的相同。（2001年）。在每个城市的两个地点收集每周同时（7天）的样本。采样器是一种特殊的低流速采样器，配有三个用于收集PM_2.5的盒子，每个盒子的流速为0.4lmin ^-1（Aerosol Dynamics，USA）。低流量率使得能够在一周内连续采样而不会使过滤器过载，从而可以容易地获得一年的数集。采样器有三个平行的采样盒用于采样气溶胶，用于（1）重量分析和元素分析，（2）元素碳/有机碳（EC / OC）分析和（3）离子分析。通过X射线荧光（XRF）和通过热光学反射（TOR）的EC / OC分析的元素分析在美国沙漠研究所进行。离子色谱法（IC）的离子分析在香港科技大学（HKUST）进行。用于离子分析的盒子包括涂有Na₂CO₃在颗粒收集之前除去酸性气体的去除剂和用于吸收HNO₃的背面尼龙过滤器和从过滤器上的收集颗粒蒸发的HCl。可能存在NH₄ 的人工取样制品，因为既没有使用NH₃剥离剂也没有使用涂有柠檬酸的背面过滤器。用于重量分析和金属分析的盒子没有剥离器或背面过滤器。取样后，将特氟龙和尼龙过滤器放入培养皿中，用Parafilm密封并存放在冰箱中，然后放入冰箱中快递到香港科技大学进行离子分析。 Ye等人报道了上海的元素碳EC / OC的分析结果。（2002年）。过滤器使用超纯水提取。离子色谱法用于测定 SO₄^2-，NO- 3，Cl^-，Ca² ，Mg² ，Na ，K 和NH₄ 的浓度。有关提取和离子分析的更多信息可在Yao等人（2002）和何等人（2001年）中获得。SO₄^2-，neq^-3的检限为0.2，NO- 3为0.1，Cl ^-为0.2，Ca² 为0.6，Mg² 为0.4，Na 为0.6，K 为0.1，NH₄ 为0.4。SO₄^2-和NH₄ 的不确定性为5％对于NO- 3，Cl ^-，K 为6％，Ca² ，Mg² 为12％。在采样的前十个月，尼龙过滤器有高Cl ^-平均为4.5mu;/m³的空白，但SO₄ ^2-和NO- 3空白可忽略不计,高尼龙Cl ^-空白级别，在这个研究中只有PM_2.5中的Cl ^-在过滤器被发现。对于1999年12月以后收集的样品，带有AG11保护柱和阴离子捕获柱（4mm）的Dionex AS11柱（4mm）也用于有机阴离子检测（Kerminen等，2000）。用于有机阴离子分析的洗脱液是0.4-6mM NaOH（梯度），其低于Kerminen等人使用的浓度（2000年）。.该浓度使不同的二羧酸能更好地分离。对于草酸盐neqm ^-3的检出限为0.2，对于含水提取物中的丙二酸和琥珀酸均为0.1。草酸盐的不确定度为plusmn;10％，丙二酸盐为plusmn;20％，琥珀酸盐为plusmn;25％。

2.2 数据质量保证

除NO₃^-外的所有离子的质量浓度按照仅在过滤器上收集的颗粒计算。NO- 3浓度包括特氟龙和尼龙过滤器的贡献。在一些（约25％）北京样品中，在尼龙过滤器上发现了SO₄^2-。这被怀疑是由于泄漏造成的，因为在那些尼龙过滤器上发现了一些黑色颗粒。在尼龙过滤器上加入S显着改善了SO₄^2-之间的相关性，在另一个盒子中用XRF测量硫和硫。因此，总SO₄^2-在北京使用了特氟龙和尼龙过滤器的质量浓度。Cl^-的采样工作中有可能我们发现高Cl^- 尼龙过滤器上存在

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上海和北京PM_2.5中水溶性离子的化学组成

Xiaohong Yaoa, Chak K. Chanb,*, Ming Fanga, Steven Cadlec, Tai Chanc, Patricia Mulawac, Kebin Hed, Boming Yee.Institute for Environment and Sustainable Development, Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China bDepartment of Chemical Engineering, Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China cGM Research amp; Development, 480-106-269, Warren, MI, 48090-9055, USA Department of Environmental Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China eSchool of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai, China

Received 16 August 2001; received in revised form 6 May 2002; accepted 15 May 2002.

摘要：1999年至2000年在中国上海和北京进行了一项为期一年的PM_2.5中离子种类特征研究。使用特殊的低流速（0.4l min ^-1）取样器收集PM_2.5的每周样品。在上海，SO2- 4，NO- 3和NH₄ 是主要的离子种类，分别占离子总质量的46％，18％和17％。当地SO₂排放是SO2- 4的重要来源。在PM_2.5中SO2- 4浓度与SO₂浓度相关（r = 0.66）。在大的温度范围内相对稳定的SO2- 4/ SO₂质量比表明SO₂的气相氧化在SO2- 4的形成中起次要作用。SO2- 4和NO₃^-的总和与NH₄ 高度相关（r = 0.96），但铵不足以完全中和气溶胶中的酸性离子。在北京，SO2- 4，NO- 3和NH₄ 也是主要的离子种类，分别占水溶性离子总质量的44％，25％和16％。当地SO₂排放是SO2- 4的重要来源。由于SO2- 4与SO₂相关，局部SO₂排放是冬季SO2- 4的重要来源（r = 0.83）。冬季SO2- 4/SO₂比值较低（0.27），同时湿度也低，表明SO₂的气相氧化是硫酸盐形成的主要途径。然而，在夏季，观察到更高质量比的SO2- 4/ SO₂（5.6），将其归因于云中硫酸盐的形成。NO- 3/ SO2- 4的年平均比例在上海和北京分别为0.4和0.6，表明这两个城市的固定排放仍然是污染的主要来源。 （2002 Elsevier Science Ltd.保留所有权利）。

关键词：硫酸盐;硝酸盐; 二羧酸; 季节性变化; 相关分析

1.引言

上海和北京是中国最大的两个城市。这两个城市的人口都超过1000万。这两个城市地区的车辆使用量迅速增加，同时能源消耗量也大幅增加。 颗粒污染已成为一个主要问题。本文是关于TSP和PM₁₀的短期采样研究。PM₁₀（粒径小于10mm）自20世纪80年代出版(Winchester et al., 1981; Huebert etal., 1988)。然而，有关于PM_2.5的数据，特别是关于PM_2.5中的半挥发性物质，例如NO₃^-和Cl^-和二羧酸非常有限。由通用汽车公司赞助的一项为期一年的上海和北京PM_2.5研究于1999年3月启动. He et al. (2001) and Ye et al. (2002)描述了北京和上海PM_2.5的组成和季节变化趋势。SO₄^2-、NO- 3和NH₄ 分别是PM_2.5中的主要离子种类，约占上海和北京PM_2.5总量的三分之一。SO₄^2-，NO- 3的总和和NH₄ ，地壳元素和含碳物质（有机碳和元素碳）占上海PM2.5质量浓度不到5％，占北京PM2.5质量浓度的20％（He et al。，2001; Ye et al，2002）。在他们的研究中，地壳元素被认为起源于当地的土壤和沙尘暴以及主要来源中的含碳物种。SO₄^2-和NO- 3的形成在PM_2.5中没有进行调查，但是应该进行调查，因为这些物种的起源会影响控制决策。在北京，自1990年以来，车辆人口以每年15％的速度增长。由此产生的氮氧化物排放增加，预计会对PM_2.5硝酸盐浓度产生影响。另一方面，天然气等清洁燃料取代了北京市中心城区小型家用取暖锅炉所用的煤。这减少了SO₄^2-和HCl的排放。在本文中，我们关注二次离子物质的组成，来源和形成，重点是硫酸盐、硝酸盐、铵盐、氯化物和二羧酸。半挥发性物质的测量由于气体-颗粒和颗粒-颗粒的相互作用，导致人工采样制品变得复杂（Sickles等，1999）。在收集颗粒之前，吸收气体的去除剂和用于吸收从收集的颗粒中蒸发的HNO₃，HCl和NH₃的回流过滤器已经被广泛接受为最小化人工采样的有效工具（Chow和Watson，1998）。在这项研究中，使用一个特殊的低流速（0.4lmin^-1）采样器，配备三个平行盒（一个配有Na₂CO₃涂层的剥离器和一个尼龙反向过滤器的盒）用于收集PM_2.5。检查相关性分析以及比率的季节性变化，以深入了解次生物种的形成以及PM_2.5中固定和移动氮及硫来源的相对重要性。二羧酸和它们的盐是PM中水溶性有机部分中的重要成分（Kawamura和Kaplan 1987; Kerminen等，2000），并且预期可用于源分配。Kawamura和Kaplan1987年提出汽车尾气是PM中二羧酸的重要来源。鉴于有机碳是上海和北京PM_2.5中最丰富的物质（He et al，2001; Ye et al，2002），获取更多有关其来源的信息对于控制其生成非常重要。在本研究中，仅对1999年12月以后收集的样品确定PM_2.5中二羧酸的组成。对PM_2.5和O₃中的二羧酸与其他物质（如有机碳，硫酸盐和硝酸盐）进行了相关性分析，了解二羧酸的来源和二级物种的形成。

2.方法

2.1 采样和化学分析

上海的PM_2.5取样由同济大学进行。上海的两个采样点都位于市中心，相距5公里。一个在同济大学校园内，另一个在海南路。同济大学校园的采样器放置在距离地面16米的三层楼的屋顶上。该站点西北约150米处是一条交通繁忙的道路。海南路工地的采样器也放置在建筑物的屋顶上，距离地面18米，距离主干道150米。海南站点旁边是一个空气质量监测站，测量气象条件及SO₂，NO_x，O₃的浓度。北京PM_2.5的采样由清华大学进行，采样点已由He等人详细描述（2001年）。虽然清华工厂位于郊区，但车公庄工厂位于北京市区，也位于空气质量监测站旁边。该站的空气污染指数往往是北京最高的。风数据在北京可得到，但在上海没有。本研究中使用的取样器和化学分析与He等人描述的相同。（2001年）。在每个城市的两个地点收集每周同时（7天）的样本。采样器是一种特殊的低流速采样器，配有三个用于收集PM_2.5的盒子，每个盒子的流速为0.4lmin ^-1（Aerosol Dynamics，USA）。低流量率使得能够在一周内连续采样而不会使过滤器过载，从而可以容易地获得一年的数集。采样器有三个平行的采样盒用于采样气溶胶，用于（1）重量分析和元素分析，（2）元素碳/有机碳（EC / OC）分析和（3）离子分析。通过X射线荧光（XRF）和通过热光学反射（TOR）的EC / OC分析的元素分析在美国沙漠研究所进行。离子色谱法（IC）的离子分析在香港科技大学（HKUST）进行。用于离子分析的盒子包括涂有Na₂CO₃在颗粒收集之前除去酸性气体的去除剂和用于吸收HNO₃的背面尼龙过滤器和从过滤器上的收集颗粒蒸发的HCl。可能存在NH₄ 的人工取样制品，因为既没有使用NH₃剥离剂也没有使用涂有柠檬酸的背面过滤器。用于重量分析和金属分析的盒子没有剥离器或背面过滤器。取样后，将特氟龙和尼龙过滤器放入培养皿中，用Parafilm密封并存放在冰箱中，然后放入冰箱中快递到香港科技大学进行离子分析。 Ye等人报道了上海的元素碳EC / OC的分析结果。（2002年）。过滤器使用超纯水提取。离子色谱法用于测定 SO₄^2-，NO- 3，Cl^-，Ca² ，Mg² ，Na ，K 和NH₄ 的浓度。有关提取和离子分析的更多信息可在Yao等人（2002）和何等人（2001年）中获得。SO₄^2-，neq^-3的检限为0.2，NO- 3为0.1，Cl ^-为0.2，Ca² 为0.6，Mg² 为0.4，Na 为0.6，K 为0.1，NH₄ 为0.4。SO₄^2-和NH₄ 的不确定性为5％对于NO- 3，Cl ^-，K 为6％，Ca² ，Mg² 为12％。在采样的前十个月，尼龙过滤器有高Cl ^-平均为4.5mu;/m³的空白，但SO₄ ^2-和NO- 3空白可忽略不计,高尼龙Cl ^-空白级别，在这个研究中只有PM_2.5中的Cl ^-在过滤器被发现。对于1999年12月以后收集的样品，带有AG11保护柱和阴离子捕获柱（4mm）的Dionex AS11柱（4mm）也用于有机阴离子检测（Kerminen等，2000）。用于有机阴离子分析的洗脱液是0.4-6mM NaOH（梯度），其低于Kerminen等人使用的浓度（2000年）。.该浓度使不同的二羧酸能更好地分离。对于草酸盐neqm ^-3的检出限为0.2，对于含水提取物中的丙二酸和琥珀酸均为0.1。草酸盐的不确定度为plusmn;10％，丙二酸盐为plusmn;20％，琥珀酸盐为plusmn;25％。

2.2 数据质量保证

除NO₃^-外的所有离子的质量浓度按照仅在过滤器上收集的颗粒计算。NO- 3浓度包括特氟龙和尼龙过滤器的贡献。在一些（约25％）北京样品中，在尼龙过滤器上发现了SO₄^2-。这被怀疑是由于泄漏造成的，因为在那些尼龙过滤器上发现了一些黑色颗粒。在尼龙过滤器上加入S显着改善了SO₄^2-之间的相关性，在另一个盒子中用XRF测量硫和硫。因此，总SO₄^2-在北京使用了特氟龙和尼龙过滤器的质量浓度。Cl^-的采样工作中有可能我们发现高Cl^- 尼龙过滤器上存在的空白是由于用于储存样品的培养皿（Becton Dickinson Company，USA）的污染。培养皿不影响过滤器上的特氟龙空白。类似的其他研究人员也报道了尼龙过滤器上的高Cl^-空白（Eldering等，1991; Koutrakis等，1992）。随后，将培养皿在超声浴中洗涤20分钟，然后在使用前用超纯水（特定电阻X18.1MOcm^{-1 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料}

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