文档介绍：烃类污染物在大气气溶胶源解析方面的应用
于国光,王铁冠*,王娟,吴大鹏
中国石油大学,北京 102249
摘要:分析了国内外的资料,并结合几年来对北京地区的研究成果,讨论了饱和烃、多环芳烃等有机污染物在源解析方面的应用。利用饱和烃进行源解析主要依靠正构烷烃的分布特征和主峰碳、CPI、OEP等参数,以及姥鲛烷和植烷的Pr/Ph、Pr/C17、Ph/C18比值;甾烷及萜烷等环状化合物,性质非常稳定,可以作为化石燃料燃烧的有机示踪物。通常情况下,不同来源的多环芳烃,Ant/Phe、Flua/Pyr 、BaA/Chr 等比值有一定的差别;因此这些比值也可以作为重要的诊断参数。
关键词:烃类;分子标志物;大气气溶胶;源解析
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2007)01-0210-06
在大气颗粒物上,吸附着大量的有害有机成分,其中多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)和饱和烃占了相当大的比例。PAHs具有显著的“三致性”(致癌、致畸和致基因突变),对人类健康的危害较大;最近的研究还表明,饱和烃不仅对人体具有麻醉作用,而且还会提供污染物源解析方面的信息。烃类物质主要有三种来源:有机化合物通过高温反应,石油等产物的低温蒸发和地质尘埃[1]。为了有针对性地制定大气污染控制对策,需要掌握污染源的排放特征及其相对贡献,即进行大气污染物的来源解析。其中,分子标志物是常用的一种方法。
分子标志物(Molecular Markers),又称生物标志物(Biomarkers),被广泛用于有机地球化学领域,在研究石油成因与演化等方面发挥了很大作用,20世纪70年代末被引入环境科学研究中。所谓分子标志物,是指可用于来源研究的指标化合物,它们具有确定的化学结构,直接或间接地与母源的变化有关[2-5]。应用分子标志物进行环境中有机污染源的解析,是对源解析技术的一种有益的补充,它能够提供有机污染源的类型和各污染源的相对贡献等有意义的地球化学指纹信息,真正从分子级水平上示踪有机污染物的排放。此外,利用化学质量平衡法(Chemical Mass Balance,CMB) 进行源解析时,输入的化学成分谱应尽可能选取大气中寿命长且具有污染源指纹意义的化合物,最好是利用各种污染源的示踪化合物。否则,在模型运算中很容易出现共线问题而无法区分各源对大气污染物的贡献[6]。一些分子标志物就是很好的示踪化合物,它们代表了污染源的特征化学指纹,是确定各类污染源排放的关键。
1 饱和烃
饱和烃包括正构烷烃、异构烷烃、环烷烃等。正构烷烃的组成和分布以及甾萜类等生物标志物是区别各种有机污染源(尤其对判断天然源和人为源)的重要标志。
正构烷烃
可用于研究正构烷烃来源的参数主要是主峰碳及峰形、CPI、OEP等。
正构烷烃峰形分布特征
正构烷烃碳数分布呈单峰态,主峰碳数较低的(C22或C24)为单峰态前峰形;主峰碳数较高的(C27或C29)为单峰态后峰形。
来源于汽车尾气和化石燃料燃烧的污染物,其组成特征为单峰态前峰形;来源于高等植物蜡的污染物,其组成特征为单峰态后峰形。
既有植物蜡的输入(表现为后峰的存在),又有汽车尾气或化石燃料燃烧的输入(表现为前峰的存在),则正构烷烃的分布呈双峰形。如果呈双峰态前峰形,说明来源既有植物蜡的输入又有汽车尾气或化石燃料燃烧的输入,且以汽车尾气或化石燃料燃烧的输入为主;如果呈双峰态后峰形,说明来源既有植物蜡的输入又有汽车尾气或化石燃料燃烧的输入,且以植物蜡的输入为主。
盛国英等人对珠江三角洲[7]及港澳[8]等地区大气颗粒物中正构烷烃的时空分布及来源判识等方面作了详尽的研究,提出了粤港澳地区大气中正构烷烃的3种分布类型:(1)正构烷烃主峰碳分布在nC22~nC24范围,高分子量部分奇偶优势不明显(CPI值接近1),烷烃气相色谱图基线呈现出上隆的鼓包峰(UCM),为化石燃料不完全燃烧产物的标志;(2)正构烷烃呈双峰型分布,在nC25后有明显的奇偶优势,~, 这一类型的正构烷烃主要来自于维管植物蜡,在城市工业区、交通不太密集,绿化较好的地方常常表现为这种类型;(3) 高碳数正构烷烃具有强烈锯齿状奇偶优势,主峰碳都为nC29或nC31,CPI值接近于2或大于2,显示出明显的维管植物蜡的输入,这种分布主要出现在绿化好,机动车流量小,人口密度不大的地方。
曾凡刚[9]、彭林[10,11]等人对兰州、太原等地的正构烷烃分布特征进行了研究,并结合单分子同系物的碳同位素特征分析其污染源;认为两个城市大气有机污染物主要来源于化石燃料的燃烧,在不同功能区的污染源贡献率存在季节性差异。
碳优势指数(CPI