用X射线吸收和穆斯堡尔谱研究大气颗粒物中元素的种态.pdfVIP

用X射线吸收和穆斯堡尔谱研究大气颗粒物中元素的种态★ 张桂林，王荫淞1金婵1李燕1谢亚宁2张元茂3山祖慈3 l中国科学院上海应用物理研究所上海201800 2中国科学院高能物理研究所北京100039 3上海市环境监测中心上海200030 摘要用同步辐射X射线吸收谱研究了上海人民广场、吴淞和上海市郊区南汇PMlo和PM2．5样品中 在，它们相对含量分别为4l(4)％、37(2)％和22(3)％。它们和不同地区和颗粒尺寸的关系不大和。用同 步辐射x射线吸收谱和穆斯堡尔谱研究了铁的化学种态。Fe的化学式形态主要有a-Fe203和Fe304和 铁的硫酸盐。铁的氧化物的相对含量随地区和颗粒物尺寸大小有一定变化，在空气中铁含量多的地区， 其氧化物相对含较较高，铁的硫酸盐成份相对较少。另外，实验也发现在小尺寸的PM2．5中，其硫酸 盐以及超顺磁的氧化铁的含量较大尺寸的PMlo的含量高。实验结果表示，同步辐射X射线吸收谱和 穆斯堡尔谱是研究元素化学种态的很好手段，它们之间有互补性。 关键词x射线吸收谱穆斯堡尔谱大气颗粒PMIoPM25元素化学种态 l 引 言 众所周知，可吸入大气颗粒物PMlo和PM2．5对人体健康影响很大，其中尤其是细颗 粒物PM2加因它可进入肺泡和血液．所以对人体的危害更大。研究发现，颗粒物对健 康的影响不仅与它的粒径、所含元素的种类和浓度有关，还和其元素的化学种态密切相 关。因为即使同一种元素，因其所处的化学种态不同而产生不同的毒性。例，六价铬的 毒性比三价铬强，三价砷的毒性比五价砷大得多【1，21。对颗粒物在随大气迁移过程中化学 状态变化的研究，可了解颗粒物表面和大气环境中所发生的化学反应。另外，了解元素 的化学种态也可帮助寻找污染物的来源，从而为污染治理和控制提供依据。所以对颗粒 物的化学种态研究是很重要的。 研究大气颗粒物的化学种态有很多方法。通常所采用的有离子色谱(IC)，高压液相 色谱(HPLC)，气相色谱(GC)，或色质谱(MS)联用，更进一步的是色谱和电感耦合等离子质 谱联用(HPLc(GC)-MS)p’4]o新近发展了不少核分析方法去研究大气颗物的化学种态， 有低z电子探针X射线微分析(EPMA)t51，同它可分析单颗粒中的C，N和0元素，从 +本研究得到中科院知识创新工程重要方向性项目(KJCXZ．SW．N01)和国家基金委重大项目 的支持。 一151— 而确定何种化合物； 有基于加速器的离子柬温度记录法(roT)嘲，即测量随样品温度增 高时元素的浓度，从而推断样品中元素的化学种态：有基于同步辐射的X射线吸收精细 结构谱(XFAs)技术和穆斯堡尔谱技术等…们。本文主要使用后者二技术研究研究大气颗 粒的化学种态。 不同的元素在不同的环境中将会形成不同的化合物。所以我们研究上海不同地区， 例生活居住区、交通密集区、工业区和郊区等对金属元素形成化学种态的影响。对不同 粒径的颗粒物，由于其表面原子所占的比例不同可造成化学反应的程度有差别，所以我 们还研究了不同粒径中元素的化学种态。在分析含多种化合物的XAFS谱时，我们还发 展了一种新的解谱方法，以求得各化合物所占的正确比例。本文还用XAFS和穆斯堡尔 光谱分别研究了Fe的化学种态，讨论了二者的各自特点和互补性。 2 实验 2．1采样 用RP2100型大气颗粒物采样器连续采样，持续24小时，采样器的流量为5升／分，其 采样头有lO和2．5微米两种孔径，分别用以采集PMlo和PM2．5样品。颗粒物收集于直径 采样时间于2001年12月。采样地点为上海人民广场、 为47mm的Millipore滤膜上。 吴淞地区(钢研所)和上海市郊区南汇。它们分别代表生活区、工业区和清洁区。采样离 年1月上述地区的样品，其采集空气流量为15．6 L／min。采用TSP．PMlo-PM2，2型大气 颗粒物采样器连续采样14d，采样器流量为78L／rain。该采样器带孔径10p,m，用于采集 2005年2月隧道PMlo样品。颗粒物样品收集于直径为90mm Millipore的滤膜上。 2．2 XAFS 量方法。实际上XANES仅是取EXAFS接近吸