城市典型地区大气PM2.5化学组成、活性氧物种特征及其来源研究

大气颗粒物的化学组成与粒径分布是影响其健康效应的关键因素，活性氧物种（ROS）是引起生物机体氧化性损伤的重要成分，目前在颗粒物有机组成、ROS的时间序列变化及来源解析方面缺乏系统研究。本研究拟从城市不同源特征的典型地区（交通商业密集区、工业区、背景点）大气PM2.5入手，精细分析其化学组成（元素、水溶性离子、单个有机物、EC/OC），并运用实验室建立的ROS分析方法同步测定PM2.5中ROS的含量与分布。结合采样点气象条件和大气氧化能力的观测，研究ROS与颗粒物的一次物种、二次物种、大气氧化成分的相关性，探讨ROS的可能成因机理与影响因素。运用元素和分子示踪技术，通过正定矩阵因子分解（PMF）模型筛选关键性污染源因子，并运用多元线性回归（MLR）分析技术定量解析关键性污染源对ROS的贡献值。这将为以后深入开展颗粒物的毒性机制与健康风险评价、有效预防和控制细颗粒物及其活性成分提供科学依据。

大气颗粒物对于全球气候、人体健康、大气能见度等有着重要影响，本研究选取了武汉市具有代表性的3个功能区：青山红钢城（工业区）、雄楚大道鉴湖段（交通区）、武汉市植物园（清洁区）作为大气PM2.5的采样点，于2011-2012年在三个采样点同步完成了PM2.5样品的采集，全面揭示了城市典型地区PM2.5的化学组成（无机元素、水溶性离子、有机化合物、有机碳/元素碳OC/EC），季节变化特征及来源。结果表明，武汉市大气PM2.5 的质量浓度为18.85-454.43 μg/m3，PM2.5 浓度呈现出冬季>秋季>春季>夏季的季节变化特征，空间分布特征为工业区>交通区>植物园。PM2.5中9种水溶性离子总浓度范围为6.24~91.92 μg/m3，SO42-，NO3- 和NH4+在春、冬季主要以NH4HSO4和NH4NO3的形式存在，在夏、秋季主要以(NH4)2SO4和NH4NO3的形式存在。武汉市大气颗粒物中阴离子相对亏损，全年离子整体水平偏碱性。PM2.5中18种无机元素的总浓度为12.7μg/m3，其中Fe，Ca，Al，K，Na，Mg，Zn和Pb的含量较高。运用正定矩阵因子分解法（PMF）解析了元素的来源，工业区的主要污染源为石油燃烧（11%）、燃煤（23%）、金属冶炼（16%）、扬尘（32%）；而机动车（33%）和扬尘（23%）对交通区的影响较大；植物园明显受到工业源长距离输送（25%）和扬尘（32%）的影响。PM2.5中OC、EC浓度在冬季最高，在夏季最低。普遍检测出正构烷烃 (nC10~nC35)、多环芳烃、藿烷、甾烷、饱和脂肪酸（C11~C32）、二元羧酸、糖类化合物等125种有机物，综合运用了PCA、PMF、化学质量平衡模型（CMB）定量解析了武汉地区PM2.5的主要来源。结果表明，PM2.5的主要来源为柴油车排放 (8.48%)、汽油车排放 (2.45%)、燃煤 (4.99%)、生物质燃烧 (1.04%)、食物烹饪 (0.94%)、道路扬尘 (2.67%)、植物碎屑 (0.34%)、二次硫酸盐（10.43%）、二次硝酸盐（7.90%）、二次铵盐（7.52%）、其它有机物（14.97%）。其中，二次源的贡献高达40.8%，需要加强气态前体物的排放控制。本项目的研究结果可为大气颗粒物污染控制，探究成霾机制，评价环境气候效应与健康风险提供科学依据。