全反射XRF對武漢市大氣顆粒物有害元素濃度的分析

大氣顆粒污染物分析,特別是對人體健康危害最大、小于2.5μm的顆粒(PM2.5)的大氣顆粒污染物進行有效分析,并非一般非核分析技術能夠勝任,必須采用現代核分析技術,由于TXRF是一種快速多元素分析方法,可以進行ng量級的痕量分析,且分析樣品時所需樣品量很少,所以對于大氣飄塵來說,TXRF為一理想的分析工具。在城市中,對于高濃度的樣品采集時間可以極短。為此,本文對全反射X射線熒光分析技術及其應用于大氣顆粒物定量測定和分析方法、武漢市城市布局特點、采樣點選擇、樣品制備與分析、以及大氣顆粒物污染濃度分布格局和來源進行了研究。首先從X熒光分析技術的理論基礎、基本原理入手,研究了全反射x射線熒光分析技術原理及分析儀結構特點。全反射x射線熒光分析是一種在特殊幾何激發條件下的能量色散技術。全反射X射線熒光分析儀的X射線激發源,目前主要使用精細聚焦的x射線管、高功率旋轉陽極x射線管等;與常規X射線熒光分析技術中激發光束照射到樣品上的角度為40o左右不同,全反射X熒光分析技術中的入射角只有約0.1o,并且其探測器垂直于樣品平面,探測器主要采用能譜探測器,Si(Li)探測器常被使用。本研究使用北京大學科技園微構分析研究中心所有、煙臺大學田宇宏教授等研制的TXRF-1全反射X射線熒光分析儀就是這種分析儀。在全反射熒光分析中,熒光強度成倍增加和本底強度的大大減少,大大地降低了樣品中背景輻射的干擾,使得TXRF的探測能力得到了很大提高。然后從對于區域存在的成因從武漢市地形和氣象因素對大氣污染污染影響進行了調查和分析,確定出適當采樣點和采樣方法,并進行采樣和樣品制備。武漢市地形屬殘丘性河湖沖積平原,城市主要布局為“鋼鐵城”、“汽車城”、“文化城”、“商業城”,能源結構是以煤炭為主。武漢市年平均氣溫都較為穩定、冬季氣溫低、大氣穩定度高、逆溫出現頻繁,夏季氣溫高、大氣穩定度弱、逆溫出現頻率低,全年風速不大、小風和靜風的情況占了絕大多數時間,污染物擴散程度較弱,武漢市的大氣污染應以本地源為主等特點。因此,所選花橋、高新、青山、東湖、紫陽采樣點比較得當,采集大氣樣品42個,基本能夠反映城區污染情況和近郊工業區污染情況。接著在所選定的TXRF-1全反射X射線熒光分析儀進行樣品分析與數據處理,得出武漢市大氣污染元素濃度分布格局。無論是武漢市城區花橋區域,還是武漢市近郊工業區高新區域,PM2.5濃度數有隨氣溫升減低趨勢,即夏低冬高趨勢;砷元素(As)濃度城區(花橋)明顯高于近郊(高新);最高砷元素(As)濃度區域為青山廠前區域。無論是PM10顆粒物中的As、Pb濃度,還是PM10(K、Ca、Fe)總濃度,青山廠前區域明顯高于東湖區域,并且在夜深人靜的時候東湖區域降底很多,“文化城”紫陽區域的PM10污染元素平均濃度最低。最后采用富集因子法進行污染源的解析,并提出了污染防治措施建議。武漢市城市大氣顆粒物污染主要來源燃煤塵、機動車尾氣塵、建筑塵源和土壤塵等,城市大氣顆粒物為燃煤塵、機動車尾氣塵、建筑塵和土壤塵等混合型的顆粒物。這種顆粒物污染已在部分城區上升為大氣污染物的首要污染物。大氣顆粒物上富集的有毒和有害的組分,不僅對環境空氣質量,而且對生態環境和人體健康會造成很大的威脅,需要采取措施防治。