西安冬季PM_(2.5)中...有机物的污染特征及氧化潜势_罗玉.pdf
《西安冬季PM_(2.5)中...有机物的污染特征及氧化潜势_罗玉.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《西安冬季PM_(2.5)中...有机物的污染特征及氧化潜势_罗玉.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44,No4 Apr,2023西安冬季 PM2.5中不同极性水溶性有机物的污染特征及氧化潜势罗玉,黄沙沙,张甜,孙健,沈振兴*(西安交通大学能源与动力工程学院环境科学与工程系,西安710049)摘要:大气细颗粒物(PM2.5)通过产生活性氧(OS)对健康造成不利影响 酸性、中性和高极性水溶性有机物(WSOM)是有机气溶胶中产生 OS 的重要成分 采集西安市区 2019 年冬季 PM2.5样品,深入探究不同极性水平 WSOM 组分的污染特征和健康
2、风险 结果表明,西安市 PM2.5中(WSOM)为(4.62 1.89)g m3,类腐殖质物质(HULIS)是 WSOM 的重要组成部分(78.81%10.50%),霾天 HULIS 的占比更高 三类不同极性 WSOM 的碳浓度水平在霾天和非霾天大小分别为:中性 HULIS(HULIS-n)酸性 HULIS(HULIS-a)高极性有机物(HP-WSOM)和 HULIS-n HP-WSOM HULIS-a 采用 DCFH(2,7-二氯二氢荧光素)法测量其氧化潜势(OP),发现霾天和非霾天单位质量 OP(OPm)的规律均为 HP-WSOM HULIS-a HULIS-n,单位空气体积 OP(OPv
3、)特征为:HP-WSOM HULIS-n HULIS-a 整个采样期间 OPm与 WSOM 的三类组分碳浓度呈负相关 霾天 HULIS-n(2=0.866 9)和 HP-WSOM(2=0.858 2)的 OPm与其碳浓度高度相关,非霾天 HULIS-n、HULIS-a 和 HP-WSOM的 OPm对各碳浓度都有很强的依赖性关键词:水溶性有机物(WSOM);类腐殖质(HULIS);氧化潜势(OP);活性氧(OS);碳浓度中图分类号:X515文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-1882-08DOI:1013227/j hjkx202205111收稿日期:2022-05-10
4、;修订日期:2022-07-04基金项目:国家自然科学基金项目(41877383)作者简介:罗玉(1998 ),女,硕士研究生,主要研究方向为大气污染特征及氧化潜势,E-mail:luoyu_nbu163 com*通信作者,E-mail:zxshen mail xjtu edu cnPollution Characterizations and Oxidative Potentials of Water-Soluble Organic Mattersat Different Polarity Levels in Winter PM2.5Over Xi anLUO Yu,HUANG Sha-sh
5、a,ZHANG Tian,SUN Jian,SHEN Zhen-xing*(Department of Environmental Science and Engineering,School of Energy and Power Engineering,Xian Jiaotong University,Xian 710049,China)Abstract:Atmospheric fine particulate matter(PM2.5)can produce reactive oxygen species(OS),which have adverse effects on health
6、Acidic,neutral,and highly polarwater-soluble organic matter(WSOM)is an important component of OS in organic aerosols PM2.5samples were collected in winter 2019 in Xian City to deeply explore thepollution characteristics and health risks of WSOM components with different polarity levels The results s
7、howed that the concentration of WSOM in PM2.5in Xian was(4.621.89)g m3,humic-like substances(HULIS)were an important part of WSOM(78.81%10.50%),and the proportion of HULIS was higher in haze days Theconcentration levels of three WSOM components with different polarities in haze and non-haze days wer
8、e:neutral HULIS(HULIS-n)acidic HULIS(HULIS-a)highly-polarity WSOM(HP-WSOM)and HULIS-n HP-WSOM HULIS-a The oxidation potential(OP)was measured using the 2,7-dichlorodihydrofluorescein(DCFH)method It was found that the law of OPmin haze and non-haze days was HP-WSOM HULIS-a HULIS-n,and the characteris
9、tic of OPvwas HP-WSOM HULIS-n HULIS-a During the whole sampling period,OPmwas negatively correlated with the concentrations of the three components of WSOM The OPmof HULIS-n(2=0.866 9)and HP-WSOM(2=0.858 2)in haze days were highly correlated with their respective concentrations The OPmof HULIS-n,HUL
10、IS-a,and HP-WSOM in non-haze dayswere strongly dependent on their respective component concentrationsKey words:water-soluble organic matter(WSOM);humic-like substances(HULIS);oxidation potential(OP);reactive oxygen species(OS);carbon concentration水溶性有机物是大气气溶胶中的重要组成部分1 有研究表明,在气溶胶、雾和云水中的水溶性有机物(water-s
11、oluble organic matter,WSOM)存在具有羟基、羧基、羰基和硝基氧基的多环和单环结构,称为类腐殖质物质2,其在大气气溶胶 WSOM中的丰度相对稳定(9%72%)3 5 类腐殖质物质(humic-like substances,HULIS)对大气环境具有重大影响,可以作为云凝结核促进气溶胶的吸湿生长6 8,而 WSOM 中除去 HULIS 的高极性水溶性组分(HP-WSOM)也会对气溶胶的吸湿性产生影响9 11 因此深入分析 WSOM 具体组分的污染特征对改善大气环境具有重要意义PM2.5被世界卫生组织(WHO)列为第一类致癌物,其中部分组分可以被活化为亲电活性代谢产物,进而
12、增加或产生细胞内活性氧物种 HULIS 上的氧化还原位点可以协助电子转移,并导致呼吸沉积时OS 的过度产生和转化,扰乱受影响细胞中的氧化还原平衡,对身体健康产生影响12 14 颗粒物中的过渡金属如 Fe、Cu 和 Mn 等也可通过 Fenton 反应诱导产生 OS15 大气颗粒物(PM)暴露引起健康效应的潜在机制尚未被完全阐明,目前公认的 PM毒理学机制是诱导源自 PM 介导的细胞中 OS 产4 期罗玉等:西安冬季 PM2.5中不同极性水溶性有机物的污染特征及氧化潜势生氧化应激16 18 氧化应激一般通过 OP 来反映,体外 DCFH 测定是测量 OP 最广泛使用的方法之一 DCFH 是一种非
13、荧光试剂,氧化时会发出荧光在辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HP)的存在下,2,7-二氯荧光素(2,7-dichlorofluorescin,DCFH)可以迅速氧化成荧光化合物(the fluorescentdye 2,7-dichlorofluorescein,DCF)19,因此 DCFH可以用作检测氧化活性的荧光探针 先前的研究主要集中在 PM2.5氧化电位的确定20,21,但对不同极性的 WSOM 研究相对较少为了研究不同极性 WSOM 的污染特征和氧化潜势,本研究采集西安市冬季 PM2.5环境样品,依次提取 WSOM 中的 HULIS-n、HULIS-a
14、和 HP-WSOM分析 PM2.5水溶性离子组分、碳组分、三类 WSOM的碳浓度和 OP,评估 WSOM 中各组分的氧化还原能力,研究三类组分 OP 与各自浓度的相关性,以期为西安市大气污染防治和健康效应评估提供数据支撑1材料与方法1.1样品采集采样地点位于西安市西安交通大学教学二区楼顶,采样器高于楼顶地面 1.5 m,采样头距离地面约为 15 m 该场地为城市大气混合区域,周围环绕着住宅区、学校校园以及主要的交通道路22,具有大气观测代表性采样时间为 2019 年 11 月 20 日至 12 月 30 日,使用流量为 1.13 m3 min1的大容量采样器(HVS-PM2.5,Thermo-
15、Anderson Inc),每天采样24 h(09:00至次日 09:00)采样前将石英纤维过滤器(203 mm254 mm,Whatman,QMA)在 780预烘烤 7 h 通过高精度(0.1 mg)微量天平(ME-5,SartoriusInc,USA)将样品称重至少 3 次以确定 PM2.5质量装载样品的过滤器被包裹在预烘烤的铝箔中,并在进一步分析之前储存在 20的冰箱中 采样期间同步收集现场空白,并通过与 PM2.5样品相同的程序进行保存和分析1.2样品提取与分离取部分样品滤膜,加入 6 mL 超纯水超声萃取30 min,利用0.45 m Teflon 滤头过滤1 3 次,得到WSOM
16、组分 利用 0.01 mol L1的 NaOH 将 WSOM的 pH 调节至7,然后将其通过 Oasis HLB 柱(6 cm3,200 mg;水),用 2%(质量分数)的氨的甲醇溶液洗脱吸附物质,这部分为中性的类腐殖质 HULIS-n 将上一步柱子流出物收集并用1 mol L1HCl 调节 pH为 2 并通过另一个 Oasis HLB 柱,用甲醇洗脱柱子上吸附的物质,该物质为酸性类腐殖质 HULIS-a 这一步骤的流出物被收集在另一个玻璃瓶中,根据HLB 柱的吸附机制,这部分具有较高的极性,为高极性水溶性有机物即 HP-WSOM 将以上提取分离的三类 WSOM 利用氮气流完全干燥,并用 1
17、mL 超纯水重新溶解1.3化学分析水溶性离子组分通过 Dionex-500 型离子色谱仪(IC,Dionex-500,DionexCorp,Sunnyvale,California,United States)测定,检测的离子种类包括 Cl、NO3、SO2 4、NH+4、Na+、K+、Ca2+和 Mg2+共 8种 分析的检出限小于 0.05 mg L1,每组 10 个样品中选择一个样品进行 2 次分析以进行质量控制有机碳(organic carbon,OC)和元素碳(elementalcarbon,EC)使用美国 DI Model 2001A 型热/光碳分析仪分析 HULIS 和 WSOM 中
18、的碳浓度由总有机碳(total organic carbon,TOC)分析仪(TOC-LCPH,Shimadzu,Kyoto,Japan)测定 空白膜与样品采用相同方法处理,所有数据均已扣除空白值,平行样复检的相对误差小于 10%1.4OP 测量使用 2,7-二氯二氢荧光素-二乙酸酯(2,7-dichlorofluorescein-diacetyl,DCFH-DA)(Sigma-Aldrich,Saint Louis,Missouri,US)测定 OS 活性将一定量三类 WSOM 提取物接种在 96 孔板中,并添加 Hanks 平衡盐溶液缓冲液(pH=7.2)以保持相同的最终溶液体积 将 DC
19、FH-DA 添加到样品中,并在 37 黑暗中孵育 10 min 孵育后,立即使用酶标仪(Flex Station 3 Multi-Mode,Molecular Devices,Taiwan,China)在 485/538 nm 的激发/发射波长下分别测量 0 和 30 min 的荧光强度,通过两个时刻的荧光强度表征样品 OS 生成能力2结果与讨论2.1冬季 PM2.5的污染状况采样期 间 西 安 市 (PM2.5)范 围 为 9.90 241.92 g m3,(PM2.5)平 均 值 为(80.70 49.21)g m3,超过了环境空气质量标准(GB3095-2012)的二级标准(75 g m
20、3)采样期间霾天和非霾天的 PM2.5日平均浓度如图 1 所示,其中霾天占观测期接近一半的天数 2019 年 12 月 28 日为本观测期(PM2.5)最高水平,达 241.92 g m3 霾天和非霾天(PM2.5)平均值分别为(122.09 46.26)g m3和(48.71 17.08)g m3,霾天的浓度是非霾天的 2.51 倍3881环境科学44 卷图 1采样期间 PM2.5浓度分布Fig 1Distribution of PM2.5concentration during sampling period图 2 显示了霾天和非霾天的 PM2.5各组分占比,包 括 有 机 物(organ
21、icmatter,OM)、元 素 碳(elemental carbon,EC)、水溶性无机离子(Cl、NO3、SO2 4、NH+4、Na+、K+、Ca2+和 Mg2+)及其他未鉴别组分,其中 OM 采用 Turpin 等23 在 2001年推荐的 OM=1.6 OC 进行估算图 2PM2.5中各组分的占比Fig 2Proportion of each component in PM2.5由图 2 可知,碳质物种和无机离子是 PM2.5最大的组成部分,这与以往的研究结果一致24,25OC/EC 常被用来判断大气二次污染的程度,一般来说,OC/EC 的值大于 2 时,说明大气中存在二次有机碳(se
22、condary organic carbon,SOC)26,比值越高表明大气中的二次污染越显著 本研究中,OC/EC 的平均值为(4.45 1.27),说明西安冬季 PM2.5受到二次转化影响较大 图 2 显示 3种主要的次生无机离子(NO3、SO2 4和 NH+4)的占比达 PM2.5浓度的 30%,进一步表明西安市大气受到了较为严重的二次污染 NO3/SO2 4用来表征大气污染的源贡献,由 NO3/SO2 4 1 可知,机动车排放对西安冬季大气颗粒物有较大贡献27 已有研究表明,K+可以作为生物质燃烧的示踪剂24,28,29 本研究中,霾天和非霾天 K+在阳离子中占比分别为 8.85%和
23、10.84%,表明生物质燃烧对西安冬季大气污染有贡献 以上结果说明西安冬季 PM2.5来源于二次生成、机动车排放和生物质燃烧等2.2不同极性 WSOM 的浓度水平西安市 PM2.5中(WSOM)和(HULIS)分别为(5.83 2.22)g m3和(4.62 1.89)g m3 与其他地区冬季的观测结果比较见表 1 本研究结果与广州 2014-2015 年冬季大气 PM2.5中(WSOM)(5.8 2.6)g m3和(HULIS)(3.5 1.6)g m3 水平相近30 观 测 期 间 西 安 市 区 霾 天 (WSOM)和(HULIS)均值分别为(6.73 2.34)g m3和(5.54 1
24、.93)g m3,非 霾 天 (WSOM)和(HULIS)均值分别为(5.11 1.87)g m3和(3.87 1.52)g m3 与上海 2015 年冬季霾天和非霾天大气 PM2.5中的(WSOM)(7.05 3.54)g m3和(4.86 1.87)g m3水平相差不大,但西安市冬季 HULIS 浓度明显高于上海(HULIS)48814 期罗玉等:西安冬季 PM2.5中不同极性水溶性有机物的污染特征及氧化潜势(1.96 1.06)g m3和(1.37 0.39)g m331,这主要与各采样点的地理位置及污染源特征不同有关 西安周边冬季采暖使用煤和生物质燃烧排放大量污染物,且西安地处关中盆地
25、,污染物不易扩散32,而上海属于沿海地区,污染物可以在海风作用下被稀释33,34 表 1以往研究的 WSOM 和 HULIS 的浓度和比值对比Table 1Comparison of concentration and ratio of WSOM and HULIS in previous studies研究区域采样类型采样时间(WSOM)/g m3(HULIS)/g m3(HULIS)/(WSOM)文献南京,中国PM2.52018 年 12 月至 2019 年 1 月5.54 3.442.61 1.790.45 0.13 35河北,中国(昼)PM2.52017 年 11 12 月10.03
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 西安 冬季 PM_ 2.5 有机物 污染 特征 氧化 罗玉
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。