第三章 结果与讨论
PM2.5的化学成分主要分为三大类：一是可溶性粒子，包括：Cr、SO42-、Br-、NH4+、Na+、K+等；二是无机元素，包括一些金属元素、自然尘等；三是含碳物质，包括有机碳OC、元素碳EC和多环芳香烃等。不同的化学组分来源不同，
对人体的危害也有差异，因此研究PM2.5颗粒物的化学组成对于分析PM2.5的来源，研究PM2.5对人体健康的影响具有重要的意义。
HAND[4]通过对美国176个城市监测点和168个郊区监测点的PM2.5化学组成进行分析，对比了不同监测点化学成分的差异，探讨了各个监测点的污染物来源。Zhou [5]于2006年对北京市大气PM2.5颗粒物进行了采样并分析颗粒物中碳物质和水溶性离子的组成，研究表明，含碳物质和水溶性离子含量呈现明显的季节性差异。陈灿云等[6]与夏季对广州市四个不同的功能区的PM2.5颗粒物进行了为期一个月的釆样，分析了顆粒物的化学组成，研究了广州市大气颗粒物PM2.5的来源。李伟芳[7]通过研究天津市冬季工业区、城区和滨海区的PM2.5含碳组分和水溶性离子的污染特性，探究了不同区域PM2.5来源上的差异。
3.1 PM2.5中有机碳OC与元素碳EC特性
有机碳OC和元素碳EC是PM2.5的重要组成部分，约占总质量浓度的10%~50%，而且随着颗粒物粒径的变小，比重越来越大[8]。EC又称石墨碳，主要源于煤、柴油和汽油等燃料不完全燃烧的直接排放，常被用来衡量人为污染。而由燃烧等过程直接排放的一次有机碳(POC)和经过复杂的光化学反应而生成的二次有机碳（SOC)是组成OC的主要来源。含碳气溶胶对能见度、辐射平衡、环境质量、人类健康等都有重要影响。有学者研究表明由于EC表面具有很好的吸附性，在传输过程中通过捕获二次污染物可以使物理化学结构发生变化，对云的形成产生影响。OC中含有大量致癌物质和基因毒性诱变物，如多环芳烃、氯代二噁英等，会对人类健康产生严重危害。含碳气溶胶的研究是颗粒物研究中的重点和难点，研究含碳组分的污染特征对研究气溶胶的来源有着重要作用，对深入研究大气颗粒物对健康和气候的影响、为环境管理和污染治理提供科学依据都具有重要的现时意义。
3.1.1 EC和OC质量浓度特征
本研究讨论了J小区的马路边监测点夏季与冬季的OC、EC浓度。如图所示：
浓度（
μg/m3）起止时间（年-月-日）
图4-1：旭景园小区夏季OC、EC浓度
浓度（
μg/m3）起止时间（年-月-日）
图4-2：旭景园小区冬季OC、EC浓度
由图4-1和4-2所示，夏季采样期间，OC的浓度范围：25.17μg/m3~37.00μg/m3，最高浓度35μg/m3；平均浓度为30μg/m3 ；；EC的浓度范围为3.41μg~9.03μg/m3；最高浓度10μg/m3，平均浓度为6.98μg/m3。冬季釆样期间，OC的浓度范围为33.54~80.06μg/m3，最高浓度为75μg/m3；平均浓度为56.12μg/m3；EC的浓度范围为4.61μg/m3~15.16μgm3；最高浓度为16μgm3，平均浓度为7.912 μg/m3。由此可知OC和EC的日变化趋势基本相同。但是冬季含碳气溶胶的浓度明显有所增
加，其中0C的浓度增加最为显著，这可能是由于冬季机动车从低温到启动过程中造成含碳气溶胶的排放量增大，再因为冬季气象条件不利于污染物的扩散和分，污染物相对比较集中。
3.1.2 OC和EC的相关性及来源分析
OC和EC的来源主要有餐厨油烟、锅炉燃煤、机动车排放的尾气和生物质的燃烧。OC和EC的相关性从一定程度上可以反映二者来源之间的关系。经过研究表明，可以根据OC和EC的关系来识别含碳气溶胶的来源，如果OC和EC的相关关系较好，则表明OC和EC可能来自于相同的污染源。Offenberg[9]对芝加哥地区的OC和EC进行了研究后发现二者具有很好的关联性和相同性，从而判断OC和EC都源自于交通排放。因此，利用OC和EC之间的相关性可以对含碳气溶胶的来源进行定性分析。
3.1.3 OC/EC的比值和二次气溶胶SOC
大气中含碳气溶胶来源比较复杂，包括了一次来源(EC和POC)和光化学转化的二次来源(SOC)。通常EC不发生大气化学反应且化学性质比较稳定，所以常把EC当作人为污染源的示踪物。当大气化学反应活跃的时候，OC中的二次有机碳(SOC)含量上升，从而导致OC/EC值的增加。通过考察OC/EC值可研究碳气溶胶的排放和转化特征，ChenY[10]等通过研究发现：OC/EC值在1.0~4.2之间表明有柴油车和汽油车的尾气排放，在2.5~10.5之间表明有燃煤的排放，在16.8~40.0之间表明有生物质燃烧的排放。一般认为当OC/EC比值大于2.0时，即表明有SOC的存在。苏州市夏季和冬季采样期间OC/EC的比值如图4-3、图4-4所示：
14.7.25OC/EC14.7.2914.8.214.8.614.8.10
起止时间（年-月-日）
图4-3 苏州市夏季和冬季采样期间OC/EC
的比值
OC/EC
起止时间（年-月-日）
图4-4 苏州市夏季和冬季采样期间OC/EC的比值
由图4-3和图4-4可知，夏季采集样品的时候，OC/EC的比值范围在
3.61~9.87；平均值为5.35%；夏季最高值为9.5%；最低值为3.2%。由此可知苏州市夏季的温度和阳光使光化学反应作用增大，这较有利于二次气溶胶的生成。冬季采集样品的时候，OC/EC的比值范围在4.81~7.38；平均值为6.1%；最高值为8.7%；最低值为4%。虽然冬季气温较低，但是由于大气性质比较稳定，大气运动比较平稳，二次转化有机物的稳定聚集导致冬季OC/EC比值较高。常用的方法有OC/EC比值法、模型预测法、有机分子追踪法等。目前还没有一种分析方法能直接区分气溶胶颖粒物中的一次有机物POC和二次有机物SOC，其中最
为简单的比值法为OC/EC比值法，因此得到了广泛的应用。OC/EC比值法提倡:由污染源直接排放的大气颗粒物中OC和EC的比值是一个相对稳定的特征值，它与污染源的种类有关，当空气环境中颗粒物的OC/EC比值超过此临界值时，表示有二次有机碳SOC的形成。根据这一原理，CHOW等提出SOC的计算方法，其经验公式如下:
Csoc=Coc-Cec（OC/EC）min （式1）
式中：(OC/EC）为釆样过程中OC/EC的最小值。Csoc为样品中的二次有机碳浓度、Coc为样品中的OC浓度、Cec为样品中EC浓度、（OC/EC）min是采样过程中的OC/EC最小值。
根据以上经验的公式，计算结果说明，苏州市的SOC浓度范围夏季是
3.15~21.99μg/m3，平均浓度值是9.80μg/m3，大约占OC的30.1%。冬季的SOC浓度范围是0.56~12.8μg/m3，平均浓度值是9.15μg/m3，大约占OC的16.81%.由此可见，夏季的高温、高热和强光照射，通过二次转化形成的二次有机碳占有机碳的比例比较高，而冬季OC主要的来源为抽放油烟、汽车尾气、燃煤等一次排放，通过转化形成的二次有机碳比例较小，甚至可以忽略不计。