专利名称：一种解析环境空气细颗粒物中二次有机碳来源的方法
技术领域：
本发明涉及一种解析环境空气细颗粒物PM2.5中二次有机碳来源的方法，特别是运用稳定碳同位素技术示踪环境空气细颗粒物pm2.5中二次有机碳来源的方法。
背景技术：
二次有机碳是细颗粒物PM2.5的重要组成部分，是天然源和人为源排放的挥发性有机物或半挥发性有机物经大气氧化和气粒分配等过程生成的，对大气能见度、气候等有重要影响。二次有机碳的主要成分包括多环芳烃、正构烷烃、有机酸、羰基化合物等，其中有些物质具有强致癌性，严重危害人体健康。为了较好地控制细颗粒物pm2.5的污染，最首要的是研究二次有机碳的来源。二次有机碳的研究主要集中于其对环境空气颗粒物中有机碳的贡献方面，可以通过“有机碳/元素碳”比值法、化学质量平衡模型迭代法、放射性碳(14C)分析、气溶胶质谱仪等方法估算，而对二次有机碳来源的研究报道较少。目前主要是基于有机分子示踪物的方法估算天然源和人为源前体物对细颗粒物PM2.5中二次有机碳的贡献。Kleindienst (2006，2007, 2009)报道了实验室烟雾箱模拟甲苯、异戊二烯、α-菔烯、β _石竹烯等前体物在光照条件下氧化生成二次有机碳的物理化学过程，分别测定各前体物的有机分子示踪物浓度，计算得到二次有机碳的质量分数，利用示踪物浓度和二次有机碳质量分数估算美国东南部二次有机碳对细颗粒物PM2.5中有机碳的贡献，并分析了各类前体物对二次有机碳的贡献，获得二次有机碳的来源信息。但前体物在大气中的光化学反应机理复杂，分子示踪物的识别较困难，其化学稳定性有待进一步调查研究。稳定碳同位素技术是从上世纪60年代开始定型，并逐步发展起来的一门分支学科。由于此项技术应用广泛，从而很快被用于矿床学、医学、生物工程等研究领域，近年来，此项技术正在应用于环境科学中污染物的来源解析中。O’Malley(1994)和McRae(1996)认为多环芳烃、有机碳、元素碳等有机物在从污染源排放到环境空气的过程中基本不发生碳同位素分馏，且不同来源的有机化合物稳定碳同位素组成差异较大。在我国彭林(2006，2009)较早利用稳定碳同位素技术示踪环境空气中多环芳烃、非甲烷烃的来源。稳定碳同位素在环境领域的示踪技术主要集中在对一次有机污染物的来源研究，Fisseha(2009)已经利用此项技术示踪环境中有机酸污染物是一次来源还是二次来源，目前还未见有将此项技术应用于环境空气颗粒物中二次有机碳的来源解析中。相关文献报道了烟雾箱中模拟太阳光辐射生成二次有机碳的稳定碳同位素组成，揭示了前体物生成二次有机碳过程中稳定碳同位素组成的分馏特征。β -菔烯和甲苯等前体物的稳定碳同位素组成差异较大，它们生成的二次有机气溶胶的稳定碳同位素组成也有较大差异，这表明二次有机碳的稳定碳同位素组成对指示其来源具有很好的潜力，因此可以利用环境空气细颗粒物PM2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成变化 判别其来源及其环境行为。稳定碳同位素技术在各领域中解决的问题，主要集中在利用一次有机化合物的碳同位素组成示踪来源，由于本发明的研究对象为环境空气细颗粒物ρμ2.5中的二次有机碳，碳的来源有天然源和人为源排放的多种前体物。为了有针对性的研究二次有机碳的来源，本发明首先需要研究二次有机碳的碳同位素组成，目前还未见有关于环境空气细颗粒物PM2.5中二次有机碳的碳同位素组成研究的文献报道，更未见有将稳定碳同位素技术应用于二次有机碳来源解析的报道。

发明内容
本发明要解决的技术问题是二次有机碳较难从有机碳中分离出来，测定二次有机碳的稳定碳同位素组成困难的问题，从而提供一种解析环境空气细颗粒物中二次有机碳来源的方法。基于上述问题和目的，本发明方法是首先测定环境空气细颗粒物PM2.5中有机碳和元素碳的浓度、有机碳和元素碳的稳定碳同位素组成；然后计算得到细颗粒物pm2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成；最后利用稳定碳同位素技术解析环境空气细颗粒物pm2.5中二次有机碳的来源，其具体方法按下列步骤进行:
(1)采集环境空气细颗粒物PM2.5样品；
(2)测定细颗粒物PM2.5中有机碳和元素碳的浓度；
(3)利用上述步骤(2)中的测定结果，运用“有机碳/元素碳”比值法确定细颗粒物PM2.5中二次有机碳对总有机碳的贡献；
(4)测定细颗粒物PM2.5中有机碳和元素碳的稳定碳同位素组成；
(5)计算得到细颗粒物PM2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成；· (6)利用稳定碳同位素技术解析环境空气细颗粒物PM2.5中二次有机碳的来源。在上述技术方案中，进一步的附加技术特征如下:
所述计算得到细颗粒物pm2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成是通过建立二元复合同位素质量平衡模型计算环境空气细颗粒物pm2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成。所述二元复合同位素质量平衡模型是细颗粒物PM2.5中一次有机碳和二次有机碳这两类物质混合，混合物总有机碳的稳定碳同位素组成为:
权利要求
1.一种解析环境空气细颗粒物中二次有机碳来源的方法，其所述方法是:首先测定环境空气细颗粒物pm2.5中有机碳和元素碳的浓度、有机碳和元素碳的稳定碳同位素组成；然后计算得到细颗粒物PM2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成；最后利用稳定碳同位素技术解析环境空气细颗粒物PM2.5中二次有机碳的来源。
2.如权利要求1所述的方法，其所述方法按下列步骤进行: (1)采集环境空气细颗粒物PM2.5样品； (2)测定细颗粒物PM2.5中有机碳和元素碳的浓度； (3)利用上述步骤(2)中的测定结果，运用“有机碳/元素碳”比值法确定细颗粒物PM2.5中二次有机碳对总有机碳的贡献； (4)测定细颗粒物PM2.5中有机碳和元素碳的稳定碳同位素组成； (5)计算得到细颗粒物PM2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成； (6)利用稳定碳同位素技术解析环境空气细颗粒物PM2.5中二次有机碳的来源。
3.如权利要求2所述的方法，其所述计算得到细颗粒物PM2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成是通过建立二元复合同位素质量平衡模型计算环境空气细颗粒物pm2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成。
4.如权利要求3所述的方法，其所述二元复合同位素质量平衡模型是细颗粒物PM2.5中一次有机碳和二次有机碳这两类物质混合，混合物总有机碳的稳定碳同位素组成为:d Uroc = \l- A)a Cpoc + Λ0 Cmc 式中——环境空气细颗粒物ρμ2.5中二次有机碳对总有机碳的贡献； S13Cwc~环境空气细颗粒物ρμ2.5中总有机碳的稳定碳同位素组成，％。； S13Cpoc~环境空气细颗粒物ρμ2.5中一次有机碳的稳定碳同位素组成，％。； S13Csoc~环境空气细颗粒物ρμ2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成，％。。
5.如权利要求2所述的方法，其所述稳定碳同位素技术是利用环境空气二次形成的有机污染物的稳定碳同位素组成特征示踪二次污染物的来源。
6.如权利要求5所述的方法，其所述利用环境空气二次形成的有机污染物的稳定碳同位素组成特征示踪二次污染物的来源是比较计算得到的细颗粒物ΡΜ2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成和不同前体物模拟生成的二次有机碳的稳定碳同位素组成，确定细颗粒物ΡΜ2.5中二次有机碳主要来源于人为源前体物还是天然源前体物。
全文摘要
一种解析环境空气细颗粒物中二次有机碳来源的方法首先是测定环境空气细颗粒物PM2.5中有机碳和元素碳的浓度、有机碳和元素碳的稳定碳同位素组成；然后计算得到细颗粒物PM2.5中二次有机碳的稳定碳同位素组成；最后利用稳定碳同位素技术解析环境空气细颗粒物PM2.5中二次有机碳的来源。本发明利用二元复合同位素质量平衡模型计算二次有机碳的碳同位素组成，解决了二次有机碳较难从有机碳中分离出来、测定二次有机碳的碳同位素组成困难的问题，提供了一种新的解析二次有机碳来源的方法，避免了现有有机分子示踪物方法中示踪物有限且识别困难的问题。
文档编号G01N27/62GK103226128SQ20131012382
公开日2013年7月31日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者刘效峰, 彭林, 白慧玲, 宋翀芳, 牟玲 申请人:太原理工大学