根据大气颗粒物粒的粒径的不同,可以将颗粒物分为以下四个大类:第一种即空气动力学直径≤1。0μm的超细颗粒物PM1。0;第二种即空气动力学直径≤2。5μm的细颗粒物PM2。5;第三种即空气动力学直径≤10μm的可吸入颗粒物PM10;第四种即空气动力学直径<100μm的能悬浮在空气中的悬浮颗粒物TSP;此外,空气动力学直径在2。5至10μm之间的颗粒物,一般又可称为粗颗粒物[2]。PM2。5的粒径较小,在大气中停留时间长,可以长距离传输导致区域乃至全球大气污染问题,是当前主要的大气污染物之一。
1。1。2 大气细颗粒物的化学组成
大气细颗粒物是由许多不同的人为源和天然源排放的大量化学组成复杂的物质经大气物理大气化学过程后,形成的包括含碳组分、水溶性离子组分及难溶的无机元素化合物的混合物。这些化合物中,一部分是性质不太稳定的半挥发组分,包括硝酸铵、半挥发性有机物以及其中的水分。大气细颗粒物的组成与来源有很大关系。来自污染源直排的,地表土或海洋飞沫的是一次颗粒物,这些颗粒物往往含有大量的铁、铝、硅、镁、钠、钛和氯等地壳元素;化石燃料燃烧排放的细颗粒物中含碳组分比较丰富;来自大气二次转化过程的细颗粒物,即二次颗粒物则含有大量硫酸盐、硝酸盐、铵盐和有机物等;细颗粒物中还包括一些锌、铜、铅等微量金属,也主要是来自一次排放。
含碳组分统称为碳质气溶胶,具体包括有机碳、元素碳及硫酸盐。一次有机颗粒物主要来自化石燃料、生物质燃烧和天然源的排放,而餐饮烹饪过程也可排放大量的有机颗粒物,其中包括植物蜡、树脂、长链烷烃以及多环芳烃等物质。植物分解和分散是一次有机颗粒物的重要天然来源,一般粒径在微米范围,其中的正构烷烃具有明显的分布特征,主要为C27-C33奇数碳分布;天然源还包括一些微生物粒子,粒径范围从l nm左右的细菌到300μm左右的花粉。不同的有机颗粒物来源也不同,因此细颗粒物中一次有机组分一般都具有较强的源特征性,是有机颗粒物来源解析研究中非常有用的源指示剂。二次有机颗粒组分往往是氧化态高的具有较强极性的含氧类物质,水溶性比较好,吸湿性比较强,可以作为云凝结核(CCN)[3]。一般将大气中可溶性有机物浓度近似等同为二次有机物的总浓度,但是在生物质燃烧排放明显的地方,需要将总可溶性有机物扣除生物质燃烧排放的可溶性有机物,才能得到二次颗粒有机物的浓度。
水溶性离子在大气中起着重要的作用,它具有较强的吸湿性,是CCN的主成分。硫酸盐是环境大气细颗粒物中普遍存在的组分,在海洋和大陆环境都能监测到。硫酸盐的来源包括一次排放和气态前体物的二次生成,一次排放主要是工业源如硫酸工业和硫酸矿的制造和使用,石膏、燃煤电厂排放的"石膏雨"也是其重要的一次来源,但是一次排放的硫酸盐只占细颗粒物中硫酸盐总量的很少一部分。气态前体物的二次转化是硫酸盐的最主要来源,气态前体物主要是燃煤等化石燃料燃烧排放的二氧化硫。环境大气中硫酸盐颗粒主要分布在积聚模态,即主要出现在老化气团中。硝酸盐是细颗粒物中另一种含量非常丰富的水溶性阴离子,与硫酸盐不同的是,硝酸容易挥发,导致细颗粒物中的硝酸盐的形成对温度和湿度等参数非常敏感。硝酸盐的前体物氮氧化物则主要来自燃煤电厂和机动车尾气排放。铵盐是环境大气细颗粒物中最主要的阳离子,是城市大气二次污染的重要标志产物;主要由气态氨与大气中气态硝酸、硫酸和氯化氢等酸性气体结合成盐进入颗粒。气态氨是大气中唯一的碱性气体,主要来自于农业、畜牧业和养殖业的排放,此外工业过程也有少量氨的排放。铵盐也主要分布于积聚模态中。