摘要
为探讨石家庄市大气PM2.5颗粒物中水溶性离子的化学特征及来源，本研究于2017年9月至2018年2月对石家庄市大气PM2.5样品进行采样，并利用离子色谱法测定了其中的(Cl-、NO-3、SO2-4、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH+4)八种水溶性无机离子浓度。之后首先结合官方发布的石家庄市PM2.5质量浓度对石家庄市秋冬季的污染事件进行了分类，分析了不同污染事件中PM2.5质量浓度、其他主要气态污染物(SO2、NO2、CO、O3)以及气象参数的变化情况。随后重点分析了不同条件下PM2.5水溶性离子的组成与浓度变化、阴阳离子平衡、主要离子存在形式、硫氧化率(SOR)和氮氧化率(NOR)等化学特征；同时利用比值法、正定因子矩阵模型(PMF)、后向轨迹模型、污染物潜在源区(PSCF)分析了PM2.5水溶性离子的可能来源与变化。主要结果表明： 1)研究期间石家庄PM2.5平均质量浓度为89±57μg·m-3，秋季平均质量浓度为76±38μg·m-3，冬季平均质量浓度为102±67μg·m-3，两季PM2.5浓度均超过了我国的PM2.5浓度限值(75μg·m-3)，冬季PM2.5污染更为严重。 2)研究期间石家庄PM2.5水溶性离子平均浓度为60.49±38.71μg·m-3；研究期间PM2.5水溶性离子浓度排序为NO-3＞SO2-4＞NH+4＞Cl-＞Ca2+＞K+＞Na+＞Mg2+；NO-3、SO2-4和NH+4三者(SNA)为水溶性离子的主体部分，其浓度可占总离子浓度的78.33%；冬季总离子平均浓度高于秋季，污染期(PM2.5＞75μg·m-3)总离子平均浓度高于清洁期(PM2.5＜75μg·m-3)且污染期SNA占比也要高于清洁期。 3)离子平衡分析结果显示，石家庄PM2.5总体呈碱性；整体来看冬季的碱性要强于秋季；清洁期的碱性要强于污染期。石家庄秋季NH+4主要以NH4NO3、NH4HSO4和(NH4)2SO4的形式存在，冬季NH+4主要以NH4NO3、(NH4)2SO4和NH4Cl的形式存在；清洁期NH+4主要存在形式与秋季相似，污染期则与冬季相似。研究期间石家庄SOR和NOR均大于0.1，表明大气状况有利于二次氧化过程；石家庄秋季的SOR和NOR要高于冬季；污染期的SOR和NOR要高于清洁期，高温高湿、低风速的条件会有利于SOR和NOR的升高。 4)NO-3与SO2-4比值分析结果显示，研究期间石家庄PM2.5NO-3/SO2-4比值平均值为1.42±0.58，表明石家庄市的离子来源以移动源为主；秋季的NO-3/SO2-4比值要略高于冬季，研究期间污染期的NO-3/SO2-4比值要高于清洁期。 5)PMF模型分析共确定了研究期间4种主要的离子来源，分别为二次来源、燃烧源、工业和土壤扬尘；通过对来源占比变化分析发现，冬季二次来源比例明显降低，燃烧源的比例明显增加，与清洁期相比，污染期二次来源与工业来源明显升高，土壤扬尘比例明显降低。 6)后向轨迹聚类分析结果显示，研究期间石家庄后推气流整体可分为4类；在秋季气流主要来自石家庄的西部和南部地区，而在冬季来自南部的气流明显减少，来自北部的气流增加；清洁期与污染期相比，污染期污染物浓度增加主要受来自西部和南部气流的影响。潜在源区分析结果显示，8种离子的潜在污染源区主要位于石家庄的西南部地区。
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