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随着经济的迅速发展,珠江三角洲地区的环境问题不断涌现。特别是大气与水体的环境污染已对这一地区的生态系统与人体健康构成了危害。
有机物质是大气颗粒物的主要组成成分之一,如总悬浮颗粒物((TSP)中有机物的含量为20%-50%。大气颗粒物中有机物既能通过光散射而直接影响地气系统的辐射平衡,还可作为云凝结核(CCN)影响云滴的数量和粒径,从而间接影响气候。大气颗粒物有机物中20%-70%为水溶性有机物,水溶性有机物对大气的成云、降水等过程同样起着重要的作用。由于大气颗粒物中有机物组成成分复杂、浓度较低,且物理和化学性质非常复杂,目前对大气颗粒物中有机质的了解还非常有限,对大气颗粒物中有机质对大气气候等的影响作用与机制都需要进一步的研究探索。本文采集了广州市区、郊区和森林地区不同季节的大气颗粒物样品,对其超强溶剂可萃取物及水溶性有机物(WSOC)的成分进行了研究,试图阐明大气颗粒有机物的组成和结构特征。
对广州市区、郊区、森林地区的大气颗粒物研究发现广州市区和郊区冬季夏季TSP质量日均值为286.42-421.09μg·m-3,超过国家三级质量标准,森林夏季TSP质量日均值为160.84μg·m-3,冬季TSP质量日均值为245.49μg·m-3,低于国家三级质量标准。SO42-和NO3-为主要的阴离子,Na+、K+、NH4+为主要阳离子。TSP与降尘相比有机质多为脂肪结构,芳香结构较少。TSP中水溶性有机质中有机C相对含量比降尘高,TSP中含较多多肽等C/N比值低的化合物而含S化合物易富集于降尘中。大气颗粒物中水溶性有机物主要含有羧基、醇和苯酚、-NH2和NH4+、甲基、-SO2-和-CO-NH2-、多糖、羰基和苯环等官能团,其中脂肪碳相对含量最高(45%-65%),杂环及芳环C次之(15%-30%),羧基、甲氧基、羰基和酚羟基团含量最低(10%-20%)。大气颗粒物中WSOC来源几乎都以陆生植物来源的生物质为主,占50.84%-65.41%,化石来源的物质占34.59%-49.16%。
为进一步了解降尘中有机质的组成和性质,本文对比研究了DCM、NMP-CS2和HCl-DMSO三种混合溶液萃取大气中有机质的方法。HCl-DMSO法萃取物有机碳含量(7.86%)高于NMP-CS2法萃取物的有机碳含量(5.08%)低于DCM法萃取物的有机碳含量(59.33%),但由于这种萃取方法的质量萃取率最高(22.14%),远高于NMP-CS2法和DCM法的质量萃取率(分别为9.20%和1.65%),因此DMSO法的碳萃取率最高(29.82%),DMSO混合溶液萃取有机碳的能力最强。DCM法得到的萃取物中H/C原子比最低,DMSO法得到的萃取物中H/C原子比最高,说明DCM法得到的萃取物中芳香结构最多而DMSO法得到的萃取物中芳香结构最少。
用DMSO法萃取本研究所采6个大气降尘样品所得有机质质量萃取率为9.48%-13.77%,萃取物的C含量为10.28%-12.43%,C萃取率为14.50%-20.25%,不同样品的萃取效率的差异可能由不同样品中有机质的种类和性质的不同造成。红外光谱分析发现所得有机质中主要存在羧基、醇和苯酚、甲基、-SO2-和-CO-NH2-基团、多糖和芳环等基团。但萃取所得有机质、残余物与原始样品的红外光谱存在差异,萃取物中N-H基团、羧基、醇和苯酚的相对含量比原始样品和残余物高,原始样品和残余物的红外光谱中芳环的相对含量较高,而萃取物中芳环的相对含量较低,这与有H/C比值得到萃取物中脂肪结构相对较多而残余物中芳香结构相对较多一致。
论文的另一部分工作是对土壤/沉积物中残留态毒害有机污染物进行了研究。本文选取了珠三角洲地区4种有代表性的土壤/沉积物样品,用有机溶剂、氢氧化钠溶液、HF/HCl分步提取样品中的游离与结合态毒害有机污染物。研究发现,珠三角地区土壤/沉积物中PAHs含量为408.14-4216.98μg·kg-1,其中结合态PAHs占总PAHs的33.78%-57.44%,总OCPs含量为20.96-134.22μg·kg-1,其中结合态OCPs占总OCPs的34.08%-59.63%,可见在对环境污染物的分析、环境风险的评价以及环境质量标准的建立中,不应忽视结合态污染物的存在。土壤/沉积物中结合态污染物的形成与土壤中有机质有机碳含量有较大关系,绝大部分结合态POPs(>92%)存在于占样品总有机碳含量50%以上的胡敏素部分中。