大气气溶胶中多环芳烃的来源分析:实验原理

2.大气气溶胶中多环芳烃的来源分析

PAHs一般有3种来源,即有机化合物的高温反应、石油等产物的低温蒸发和森林火灾、地质尘埃等,其中有机化合物的高温反应是最主要的来源。环境中多环芳烃的天然来源主要由微生物和高等植物(如烟草、胡萝卜等)合成,它们可以促进植物的生长,可能扮演内源植物激素的角色。另外,火山活动、森林火灾以及草原火灾也产生一定量的多环芳烃。关于生物合成多环芳烃尚有争议,微生物、原生动物、藻类可能有合成多环芳烃的能力。环境中的PAHs主要来源于人类的生产和生活,主要是由煤、石油、木材及有机高分子化合物的不完全燃烧产生的,大多来自化学工业、交通运输、日常生活等方面。在热分解过程中,不管存在空气或氮气都能形成相同种类的多环芳烃。此外,绝大多数有机化工材料如聚苯乙烯、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、醋酸纤维的燃烧,都能释放出多环芳烃。

多少年来,科学家们一直在研究能够反映大气颗粒物中有机质来源的物质或指标,但是由于许多污染源都排放各种PAHs,因此这项研究相当困难。为了降低人体暴露率,有效控制PAHs污染,污染物的来源解析研究焦点由以无机物作为标识物,转移到以有机物作为标识物;由对大气颗粒物进行源解析转移到对吸附于颗粒物上的半挥发、有毒性的化合物(如PAHs等)的源解析上。

有关大气气溶胶中PAHs来源研究的方法有很多,已应用的PAHs的源解析的受体模型分类见图24-1。

图24-1PAHs来源识别和源解析的方法

在应用CMB模型时的一个重要的假设前提是:模型中的标识物是不发生化学反应的,也就是指从污染源到受体之间污染物不应起化学反应。这一点限制了有机物特别是PAHs这类易降解的化合物作为CMB中的标识物。CMB法计算过程中要求源成分谱较全面,应用CMB方法进行PAHs源解析时,大多采用在一定范围内将PAHs浓度归一化的方法来得到其成分谱。

多元统计法对污染源的降解情况要求较低,但要求数据量大。目前,我国的PAHs源解析的工作已取得了阶段性的进展。祁士华等应用PAHs典型组分三角图解法和欧式距离法对澳门大气气溶胶中PAHs的来源做探索性研究,以不同典型燃烧源的PAHs组分含量作为标准,用特征组分建立不同来源的三角图,对待研究样品在三角图中投点以确定样品的初步归类,计算待研究样品与标准样品的欧式距离以进一步确定样品中PAHs的来源,具有很大的合理性。但此研究仅为初步成果,仍需进行广泛深入的探索。

特征标志化合物法简便易行,但干扰因素多、准确性差,而且确定污染源的定性成分多,定量成分少。

轮廓图法直观明了,但需事先知道特征污染源的轮廓图。

在PAHs的源识别判定上,目前使用最多的还是简单直观的比值判定法,因为不同来源物质的燃烧过程中产生出不同的PAHs化合物,其特征PAHs比值有不同的特点,可以作为不同类型燃烧源的标识物。气溶胶颗粒物中多环芳烃的含量、组成及分布规律与污染源有很强的相关性,所以研究气溶胶中多环芳烃的组成及分布特征有助于颗粒物及其中多环芳烃的来源识别。

本实验在对大气气溶胶中多环芳烃的含量和组成进行分析测定的基础上,通过不同成分多环芳烃含量的比值差别初步分析识别大气中多环芳烃的来源。

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