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一种估算大气中二次 气溶胶含量的方法

阅读：727发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种估算大气中二次气溶胶含量的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种估算大气中二次气溶胶含量的方法。所述方法气溶胶总颗粒物浓度小于产生二次气溶胶的阈值时，测量数个气溶胶样品中钋-210的活度浓度，得到钋-210活度浓度与大气颗粒物浓度的线性回归方程，气溶胶总颗粒物浓度高于大量产生二次气溶胶的阈值时，测量总颗粒物浓度SZ以及钋-210的实际活度浓度AZ，根据回归方程计算测得的总颗粒物浓度SZ对应的钋-210的理论活度浓度A1，进而计算二次气溶胶在大气总颗粒物中的占比，采用本发明提供的方法可以快速、准确的估算二次气溶胶对大气颗粒物的贡献值。，下面是一种估算大气中二次气溶胶含量的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种估算大气中二次气溶胶含量的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)确定钋-210作为估算二次气溶胶含量时气溶胶颗粒物的示踪元素，气溶胶总颗粒物浓度由空气动力学直径小于100μm的粒子代表；
(2)采集气溶胶样品，气溶胶总颗粒物浓度小于产生二次气溶胶的阈值时，测量数个气溶胶样品中钋-210的活度浓度，得到钋-210活度浓度与大气颗粒物浓度的线性回归方程，确定线性回归方程中a、b的值：
A0＝aS0+b (a)
其中A0为钋-210活度浓度，S0为大气颗粒物浓度；
(3)气溶胶总颗粒物浓度高于大量产生二次气溶胶的阈值时，测量总颗粒物浓度Sz以及钋-210的实际活度浓度AZ，根据(a)式计算测得的总颗粒物浓度Sz对应的钋-210的理论活度浓度A1，A1＝aSZ+b；
(4)计算二次气溶胶对大气总颗粒物的贡献值S2％：由于二次气溶胶的产生，钋-210的理论活度浓度A1大于实际活度浓度AZ，S2％＝(A1-AZ)/A1*100％。
2.一种如权利要求1所述的估算大气中二次气溶胶含量的方法，其特征在于：产生二次气溶胶的阈值为0-800μg/m3。
3.一种如权利要求1所述的估算大气中二次气溶胶含量的方法，其特征在于：步骤(2)中气溶胶样品的数量为20-300个。
4.一种如权利要求1所述的估算大气中二次气溶胶含量的方法，其特征在于：气溶胶样品的采样周期为4天，每个样品采样时长为24h。
5.一种如权利要求1所述的估算大气中二次气溶胶含量的方法，其特征在于：采样均使用大流量TSP采样器，使用聚丙烯滤膜采集。
6.一种如权利要求5所述的估算大气中二次气溶胶含量的方法，其特征在于：采样前需将滤膜于80℃下加热至恒重，称量记录初始质量，采集后称量。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的估算大气中二次气溶胶含量的方法，其特征在于，钋-210的活度浓度的具体测量方法包括气溶胶样品处理，钋-210化学分析，气溶胶样品中钋-210活度浓度计算三个步骤。
8.一种如权利要求7任意一项所述的估算大气中二次气溶胶含量的方法，其特征在于，气溶胶样品处理的具体操作如下：将气溶胶膜样品剪成条状碎片，用盐酸溶液将气溶胶膜样品浸取一段时间，离心后收集滤液，再用上述方法浸取滤渣两次，将所收集的滤液合并。
9.一种如权利要求7任意一项所述的估算大气中二次气溶胶含量的方法，其特征在于，钋-210化学分析的具体操作如下：滤液中加入钋-209标准源，采用碲还原微沉淀法制备钋-
210a测量源，利用a谱仪测定钋-210a测量源上的a强度。
10.一种如权利要求7任意一项所述的估算大气中二次气溶胶含量的方法，其特征在于，按照下面的公式计算钋-210的活度浓度：
其中，A(Po)为气溶胶样品中钋-210的活度浓度(mBq/m3)；
N为a谱仪的总计数；
t为测量时间；
R为钋的全程回收率；
E为a谱仪的探测效率；
V为分析的气溶胶滤膜所采集的空气体积。

说明书全文

一种估算大气中二次气溶胶含量的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及大气颗粒污染监测技术领域，具体涉及一种估算大气中二次气溶胶含量的方法。

背景技术

[0002] 大气中颗粒污染物不仅给气候、生态环境带来了很大的影响，还危害人体健康，引发呼吸系统及心血管系统方面的疾病。气溶胶颗粒物的直接排放主要是由于地球表面的岩石风化、森林火灾、火山爆发等天然因素以及道路交通车辆、道路扬尘、工业排放等人为因素。

[0003] 二次气溶胶主要是指直接排放到大气中的颗粒物发生化学反应(主要是紫外光、臭氧、OH自由基等引起的光化学反应)形成新的大气颗粒物。二次气溶胶的形成是我国城市空气发生重度污染事件的重要原因，雾霾天气中二次气溶胶对PM2.5的贡献可达到30％～77％。此外，二次气溶胶是形成亚微米颗粒物(PM1)的主要来源，此类型颗粒物由于粒径小，在大气中停留时间长，传输距离远，比表面积大，易吸附大量有害物质，且其等效粒径与太阳短波辐射的波长最为接近，消光作用强，是造成大气污染期间能见度下降的主要原因。因此对二次气溶胶含量的准确测量，对研究二次气溶胶的形成，变化特点以及随季节的变化规律有重要意义。

[0004] 目前对二次气溶胶的研究主要通过离子色谱法测量二次气溶胶的化学离子组分来估算其生成水平，此方法不确定度大且不利于源解析工作的开展。

[0005] Po-210是一种天然放射性核素，存在于煤燃料中，Po-210具有可识别来源，在迁移过程中相对稳定，可作为理想的煤燃烧释放颗粒物示踪剂。之前已有研究表明大气中Po-210浓度(Bq/m3)与TSP(μg/m3)呈线性关系，也就是说通过TSP浓度可计算出Po-210浓度，当二次颗粒物生成时，颗粒物TSP的浓度(μg/m3)会大大增加，而对于Po-210的总活度(Bq)并没有改变，因此Po-210浓度(Bq/m3)将会大大减小，通过Po-210浓度就可以计算出二次颗粒物的生成量，由此计算出大气中二次颗粒物的贡献率。本发明建立了一种二次气溶胶的计算方法，根据Po-210的活度浓度与大气中直接排放颗粒物浓度及二次气溶胶颗粒物浓度的相关性不同，建立数学模型，计算二次气溶胶对大气颗粒物的贡献值。

发明内容

[0006] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种估算大气中二次气溶胶含量的方法，以快速、准确的估算二次气溶胶对大气颗粒物的贡献值。

[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0008] 一种估算大气中二次气溶胶含量的方法，所述方法包括以下步骤：

[0009] (1)确定钋-210作为估算二次气溶胶含量时气溶胶颗粒物的示踪元素，气溶胶总颗粒物浓度由总悬浮颗粒物代表；

[0010] (2)采集气溶胶样品，气溶胶总颗粒物浓度小于产生二次气溶胶的阈值时，测量数个气溶胶样品中钋-210的活度浓度，得到钋-210活度浓度与大气颗粒物浓度的线性回归方程，确定线性回归方程中a、b的值：

[0011] A0＝aS0+b (a)

[0012] 其中A0为钋-210活度浓度，S0为大气颗粒物浓度；

[0013] (3)气溶胶总颗粒物浓度高于大量产生二次气溶胶的阈值时，测量总颗粒物浓度Sz以及钋-210的实际活度浓度AZ，根据(a)式计算测得的总颗粒物浓度Sz对应的钋-210的理论活度浓度A1，A1＝aSZ+b；

[0014] (4)计算二次气溶胶对大气总颗粒物的贡献值S2％：由于二次气溶胶的产生，钋-210的理论活度浓度A1大于实际活度浓度AZ，S2％＝(A1-AZ)/A1*100％。

[0015] 进一步地，产生二次气溶胶的阈值为0-800μg/m3。

[0016] 进一步地，步骤(2)中气溶胶样品的数量为20-300个。

[0017] 进一步地，气溶胶样品的采样周期为4天，每个样品采样时长为24h。

[0018] 进一步地，采样均使用大流量TSP采样器，使用聚丙烯滤膜采集。

[0019] 进一步地，采样前需将滤膜于80℃下加热至恒重，称量记录初始质量，采集后称量。

[0020] 进一步地，钋-210的活度浓度的具体测量方法包括气溶胶样品处理，钋-210化学分析，气溶胶样品中钋-210活度浓度计算三个步骤。

[0021] 进一步地，气溶胶样品处理的具体操作如下：将气溶胶膜样品剪成条状碎片，用盐酸溶液将气溶胶膜样品浸取一段时间，离心后收集滤液，再用上述方法浸取滤渣两次，将所收集的滤液合并。

[0022] 进一步地，钋-210化学分析的具体操作如下：滤液中加入钋-209标准源，采用碲还原微沉淀法制备钋-210a测量源，利用a谱仪测定钋-210a测量源上的a强度。

[0023] 进一步地，按照下面的公式计算钋-210的活度浓度：

[0024]

[0025] 其中，A(Po)为气溶胶样品中钋-210的活度浓度(mBq/m3)；

[0026] N为a谱仪的总计数；

[0027] t为测量时间；

[0028] R为钋的全程回收率；

[0029] E为a谱仪的探测效率；

[0030] V为分析的气溶胶滤膜所采集的空气体积。

[0031] 本发明的有益效果在于：本发明提供的方法可以快速、准确的估算二次气溶胶对大气颗粒物的贡献值。附图说明

[0032] 图1是本发明具体实施方式中Po-210活度浓度与气溶胶颗粒物浓度关系图。

具体实施方式

[0033] 下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

[0034] 大气气溶胶的采样点选取北京市石景山中心城区，周边主要为商业区及住宅区，为典型的城市监测区。进行为期60天气溶胶样品采集，4天采集一次样品，每个样品采样时间设定为24h，采样均使用大流量TSP采样器，使用聚丙烯滤膜采集。采样前需将滤膜于80℃下加热至恒重，称量记录初始质量，采集后称量。最后将样品放入聚乙烯自封袋中，干燥阴凉处保存。

[0035] 将0.2g气溶胶膜样品剪成小碎片至于100mL烧杯中，用20ml 6M HCl于加热板上浸取约1h后，离心后收集滤液，再用10mL 6M HCl浸取两次，离心分离，收集滤液，滤液体积约为40mL。用漏斗将滤液过滤以去除杂质，加入100μg Te(IV)和5ml异丙醇于滤液中后振荡摇匀，加入1ml SnCl2(m/v：10％Sn2+，介质：1M HCl)摇匀进行微沉淀后静置10min，然后使用真空箱将其抽滤至0.1μm滤膜上，使用无水乙醇洗涤2次后制成待测Po-Alpha源。颗粒物浓度＜400μg/m3时，测得Po-210活度浓度后，与大气颗粒物浓度作线性回归方程，得到计算直接3
气溶胶颗粒物公式如图1所示，颗粒物浓度>400μg/m 时，根据测得的总颗粒物浓度及对应的Po-210浓度，计算二次气溶胶在总颗粒物中的占比。最终计算得到北京石景山地区气溶胶总颗粒物浓度为444.86μg/m3和589.49μg/m3，Po-210浓度为0.543mBq/m3和0.560mBq/m3时，二次气溶胶占总颗粒物的比值分别为47％、58％。

[0036] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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