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多环芳烃(PAHs)是一类严重危害人类健康的污染物。PAHs能够同时存在于空气和颗粒物中,这种空气/颗粒分配性质影响它们在大气中的长距传输、大气化学过程和去除。通过试验方法研究PAHs空气/颗粒分配耗费人力、物力,而且常常受到采样仪器本身的局限,使对各个成分定性和定量分析受到限制。所以,PAHs的空气/颗粒分配系数还很缺乏,不利于掌握PAHs在大气中真实的分布及浓度水平,对于PAHs气/粒分配的机理了解还不够多。本次研究在北京市冬季采暖期,选取北京大学作为采样点,利用主动采样技术对附近的大气环境PAHs的气相和颗粒相污染特征进行了观测分析,并对其影响因素做了讨论。
本研究实地监测了北京冬季大气中的PAHs污染情况。采样期处于北京冬季采暖期,采样地点周遭排放源较为复杂,实测得北京冬季大气环境中PAHs总浓度非常高,为945.51ng/m3。16种PAHs组分浓度水平在20~60ng/m3之间,其中浓度较高的是AnT、AcPy、Pyr、Flu和FluA等低环PAHs。影响PAHs浓度水平的各种气象因素中最主要的是温度,同时也和风速、相对湿度有关。PAHs特征组分的比值验证了北京冬季采样点附近PAHs的主要来源是煤的燃烧。
本文利用QSPR研究了PAHs的分子结构和Kp的定量关系。首先检验了PAHs的logKp和1/T之间的关系,筛选出具有一般半挥发性有机物特性的5种PAHs作为目标化合物,然后将不同温度下实测出的Kp归一化得到同一标准温度下物质的气/粒分配性质Kp0。本文应用PLS统计建立了QSPR模型,其交叉验证Q2cum值为0.770,SE为0.0177,表明所建立模型稳健精准。讨论模型发现PAHs的Kp显著的受到与其分子大小相关的因素影响,分子质量Mw越大、平均分子极化率α越小,则Kp值越大;同时Kp也受到分子之间的相互作用以及分子表面电荷分布的影响,qC-越大,μ越大,则Kp越高;Kp还和分子生成热HOF有关。
考虑到大气颗粒物中的不同含C组分对Kp有较大影响,本次研究利用TOT法进行了同步的EC/OC分析。采样期间OC的浓度在6.6-65.5μg/m3,EC浓度在2.0-8.3μg/m3之间,TC浓度在8.6-73.8μg/m3之间。EC占TC的比重基本在20%以下,说明大气颗粒物中含C成分主要还是以OC居多。Kp随PAHs分子苯环数增多而增大,且Kp受到温度的影响较大。和含量较多的OC相比,含量较低的EC反而是影响PAHs两相分配的最主要因素。EC/OC值越大或fEc越大,PAHs的Kp值就越大;反之则越小。可见EC对PAHs气/粒分配影响作用显著,因此本论文认为PAHs的两相分配过程更多的是在EC颗粒物表面以吸附机理进行。