环境空气颗粒物中正构烷烃单体的稳定氢同位素组成研究

正构烷烃是环境空气中一类重要的痕量有毒有机污染物，碳和氢是组成正构烷烃的两种元素，碳同位素组成对该有机污染物的来源转化研究已经取得显著成果，而还未见有氢同位素技术用于环境中污染来源转化方面的研究资料。在一个既定的过程（物理、化学或生物过程）中，H（氢）与D（氘）之间具有最大的相对质量差，有更大的同位素分馏，氢同位素组成所蕴含的信息具有特定的环境意义，对污染物的转化研究具有独到之处。上世纪末，有机化合物氢同位素测试取得突破，使之在地学领域得以广泛运用，但在环境科学中的应用仍为空白状态。本项目拟利用氢同位素特征研究环境空气颗粒物中正构烷烃的环境行为。以太原市为对象，研究主要排放源和环境空气中正构烷烃的氢同位素组成谱，建立原始氢同位素成份谱；研究正构烷烃在光降解和挥发作用下氢同位素分馏效应；利用空气颗粒物及排放源中正构烷烃的氢同位素组成，结合碳同位素的研究成果，探讨其在环境空气中的环境行为。

本项目采集了环境空气颗粒物和排放源样品，分析了样品中正构烷烃和多环芳烃的碳氢同位素组成，同时分析了样品中正构烷烃、多环芳烃、重金属、水溶性离子和碳组分的浓度特征，揭示了挥发和紫外光辐照对烷烃δD值的影响，探讨其环境来源和行为。研究结果显示：n-C15~n-C19在挥发过程中氢同位素分馏-22.5‰~-8.0‰，遵循瑞利模型，n-C20~n-C32分馏不明显，紫外辐照未引起分馏；电厂和民用煤烟尘中正构烷烃δD值的变化趋势一致，汽油车尾气尘中正构烷烃δD值比柴油车尾气尘中的偏正，煤炭化过程释放PAHs较民用燃煤过程释放的富集13C，汽油车和柴油车排放PAHs的δ13C值相差不大，炼焦烟气及无组织排放以低分子量PAHs为主，吸收机制控制气-固分配，重金属Cu、Zn、As、Pb和Cr富集在飞灰中，Ni、Co，Cd，Fe 和V分布在除尘器入口飞灰和焦炭中；采暖期太原市PM10中n-C16~n-C31的δD值在-235.9‰~-119.8‰之间，非集中供热区与商业区以及居民区与工业区烷烃δD值的分布特征相似，清洁对照点烷烃δD值波动相对缓和，非采暖期烷烃δD值在-231.3‰~-129.2‰之间，n-C16~n-C20随碳数增加贫D，n-C21~n-C31的δD值在非集中供热区与居民区的分布特征一致，在其余点位分布特征存在差异；采暖期的主要污染源是煤烟尘，对商业区、工业区和清洁对照点的贡献率分别为40.1%~88.1%、51.1%~96.6%和49.3%~95.2%，非采暖期煤烟尘和机动车尾气尘对非集中供热区的贡献率分别为56.2%~63.0%和37.0%~43.8%，对居民区的贡献率分别为70.0%~84.9%和15.1%~30.0%，n-C16~n-C19在采暖期的挥发程度为68.0%~94.6%，非采暖期的为78.8%~96.6%。本项目的研究结果对于环境空气颗粒物中有机污染物来源和行为研究具有重要科学意义。