当前世界环境

介绍

颗粒物质是细颗粒和液滴的复杂混合物。其含有酸，有机化学品，金属和粉尘颗粒。由于城市化快速和工业化，大气中的气溶胶载荷在印度大多数城市达到了阈值限制¹．由于其不同的景观，宗教场所和高生物多样性，印度北部的北方地区拥有高的旅游活动²．伊塔拉克州的德里顿市是印度的主要旅游城市之一;每年有超过一百万游客访问这座城市。虽然它只有小规模的行业，但它面临严重的空气质量问题^3.．近年来，城市的车辆数量稳步增长。颗粒物(PM)可以由悬浮土壤、街道灰尘、花粉、硫酸盐、硝酸盐、铵、碳酸钙、海盐、有机碳和元素碳组成⁴．确定大气颗粒物质的化学特性对于阐明颗粒的毒性是重要的。在印度的几个城市之前报道了颗粒物质浓度的大量变化^4,5,6．

最常用的PM监控指标之一是PM_10.(质量空气动力学直径中值为10µm或更小的颗粒称为PM_10.）.与可吸入颗粒相关的重金属可以到达肺部，并且可能能够引起严重的健康问题⁷．特别是在雄性中，肺癌死亡率和非恶性呼吸道死亡率显着与环境PM显着相关_10.⁸．此前，一些研究人员已经使用SEM-EDS来确定微粒的形态和元素组成^9、10．

本研究的目的已经尝试（a）评估颗粒物质的化学特性，（b）以确定颗粒的形态和元素组成。

材料和方法

研究区域

Dehradun(30.00°N到30.50°N, 78.30°E到78.60°E)是一个位于喜马拉雅山脉shiwalk山脉的山谷，海拔600-800平均海平面(amsl)(图1)。过去两年的气象数据显示，德拉敦的年平均气温为29.2ºC。此外，德拉敦的年平均降雨量为2456.1毫米(2012年和2013年的平均值)。根据2011年人口普查，德拉敦地区人口为1,696,694人，人口密度为550人。PM_10.和重金属浓度与颗粒物质测定在乌13个网站,这些网站也有类似的环境是棒状的相应区域和指定为机构(C和S10)商业区(S1, S2, S4, S5)工业区(S11和S12)和住宅面积(S3, S6、S7 S8和S9)。

图1：大气PM10.北阿坎德邦德拉敦取样点。 点击这里查看图

采样网站的位置

样品收集

可吸入颗粒物浓度(PM_10.）使用RDS（Envirotech，新德里）和EPM2000级滤纸（玻璃纤维，Whatmann）测定的研究。抽样的持续时间为24小时，从上午6天到第6天到6时的当地时间（LT）。在季风后（Monember，2012年12月和2013年1月），季风（2013年12月，2013年1月）和季风普通话（2013年5月和6月）。在每个部位中收集九个样品，总共收集117（13个位点）。采样器放置在有空气流动的开放区域。在取样之前干燥过滤纸48小时，并加权电子平衡^11.．在将滤纸运送到研究地点时，滤纸被保存在聚乙烯盖上。

化学Analysis-AAS

在取样后，将过滤纸纸干燥48小时，并在电子平衡中加权。将玻璃纤维滤纸中的三分之一被切割，并将其放入100ml Teflon烧杯和5.55％硝酸（HNO）中_3.）加入了16.75％的盐酸（HCl）^5,12.．使用的试剂是Ar级。随后，将其放置在热板上两小时，并用Whatmann-42滤纸过滤并用AAS（AAS4141A，ECIL India）进一步分析。对于空白滤纸，遵循类似程序。

形态和元素分析- sem - eds

用于确定颗粒的形态，1cm²采用真空镀膜装置(德国Quorum Q150 RES)使其导电，利用扫描电镜(SEM)进行分析，并由计算机系统控制样品的定位和成像^10.．对受试者滤纸的一部分聚焦，并且在三种不同的倍率下拍摄图像（图3A，B和C）（2K'，10μm，5k'，10μm，10k'1μm）。用于确定颗粒的元素组成，在加速20kV的加速电压下使用ED。1厘米²通过真空涂布单元将滤纸切割并用碳（C）厚度（15-20nm）颗粒涂覆2-3分钟。通过配备Quantax200 ESPRIT 1.8.1软件的计算机控制场发射SEM（Carl Zeiss SMT Evo系列）进行滤纸。

结果与讨论

气溶胶质量浓度

表1显示了PM的变化_10.根据不同的季节。在M期间颗粒物质的平均质量浓度为216.5±73.9μgm^-3，后M 245.4±72.1μgm^-3和季风为142.0±59.5μgm^-3．在冬季季节，发现颗粒物质浓度在S4处高（336.0±42.5μgm^-3）.S4显示最大PM_10.前季风季节浓度(337.3±50.5µgm^-3)和季风季节(235.6±57.2µgm)^-3）.C(对照点)的颗粒物浓度在各季节均为最低，其最低浓度可能与树木高大和车辆较少有关。与C一样，S10和S7的PM浓度较低_10.在所有季节。PM的平均值_10.浓度在S4最大，其次是S1和S12。^12.也有报道这种趋势，是否发现颗粒物的值在m后季比m前季最大．^14.已经提到，后M季节颗粒物质的高价值可能是由于工业目的的更多能耗，或者可能是由于燃烧的空间加热的生物质^15.．冬季从其他季节增加了四次颗粒物质集中的增加^16.．在M前的所有位点和M颗粒物质中颗粒物质中浓度的平均值超过了24小时允许的限制为100μg/ m^3.在季风季节，72%的采样天数违反了允许的限制^17.．PM浓度与车辆计数之间的相关系数与所有四个类车辆（r = 0.7带有2-w; r = 0.5，带3-w; r = 0.7，带4-w; r = 0.4，带有HV）。

表1:显示不同地点的颗粒物和重金属浓度的变化。

颗粒物质中的金属元素

在PM中分析了Cu、Zn、Fe、Mn、Co、Cr、Ni、Pb和Cd等9种重金属_10.样品。S1在Cu中显示最大浓度（10.05μgm^-3），Zn（9.55μgm^-3），Fe（16.0μgm^-3)、Mn(0.42µgm .^-3)、Co (0.20 μ g gm .^-3)、Pb(1.29µgm .^-3）和Cd（0.066μgm^-3）.Cr浓度为0.56 μ gm^-3)和Ni(0.58µgm .^-3)在S4位点最大(表1)。分析的重金属元素的顺序为Fe> Zn> Cu> Pb> Cr> Ni> Mn> Co> Cd。以前，有几位研究人员报道过在PM中分析的元素中，Fe和Zn的浓度最高_10.^12,13,18．此外，^19.结果表明，城市垃圾粉煤灰可释放一定量的铁。的一项研究^20.发现铁在莱普尔市含量最高。交通污染物中存在铅、镉、铜、锌等有毒金属^21.．具有高浓度的Fe颗粒通常由磁铁矿和赤铁矿组成^13.．在取样的所有日子里，发现24小时的Pb浓度高于现场S1和S4中的允许极限^17.．

富集因子

富集因子(EF)被广泛用于识别金属元素是否有人为来源而非自然来源。⁶



在埃尔_样本样本中的元素，X是指参考元素，X_样本指样品中的参考元素的浓度，EL_地壳表示元素在地壳中的浓度，X_地壳指地壳中参考元素的浓度。

CRC手册中给出的地壳均值均丰富用于计算富集因子^22.．选择Fe作为参考元素^23.．在年度富集因子分析的基础上，将化学物种分为5类。

未富集= EFs < 1;贫乏富集= EFs为1-10;富集少= EFs为10-50;中等富集= EFs为50-500;高度富集=电场值为500-1000;非常高富集= EFs > 1000。测量的富集因子在0.39 ~ 1128.8之间变化，表明人类活动对环境空气中重金属负荷的巨大贡献(图2)。在非富集的类别中，只发现了锰(Mn)，因为锰在土壤中主要以MnO的形式存在₂^24.．具有中度EFS的元素是CO，Cr和Ni。Cu，Zn和Cd的高EF表示高度的人体发生贡献。

图2：显示不同位点的富集因子的变化。 点击这里查看图

描述对PM有贡献的可能来源_10.在德拉敦市，采用方差旋转主成分分析。选取特征值大于1.0的组分进行可能来源的识别^4,25．表2显示了收集的PM的旋转成分矩阵_10.一年四季都要穿过德拉敦。确定了三个主成分，解释了累积方差81.75%。对组件中单个金属而言，载荷大于0.5的因素被认为是来自同一源。第一个解释69.02%方差的因素是富含Mn, Co, Cr, Ni和Cd，这可能是不受控制的垃圾和垃圾燃烧释放的^26.．因子二与PM相关_10.随着车辆发射。用Mn和Cd加载PB与车辆发射和车辆诱导的重新悬浮相关。车辆部件的磨损和磨损增强了大气中Mn和Cd的负载。尽管从很久以前就没有使用了无铅汽油，但在释放后它对环境的抵抗力标志着它在环境中的存在^27.．第三个因素解释说，铁与其他微量元素的高富集是由于沙尘暴等各种人类和自然活动造成的上地壳尘埃的再悬浮。

表2：Dehradun中不同污染物的因子加载（因子加载> 0.5以粗体突出显示）

扫描电子显微镜

对于高分辨率成像，使用扫描电镜。它采用高分辨率电子束，图像取决于从表面形貌发射的不同质量的电子。其他参数有放大倍数:7到100万´;分辨率3.0 nm SE和HV;加速电压0.2 ~ 30 kV;可选检测器:高压SE。采用扫描电子显微镜对样品颗粒的形貌进行分析(图3 A、B、C)，从图中可以看出颗粒为粗糙型、球形和团聚型。颗粒形状不规则，可归因于自然和地壳源，也可由颗粒与气态或液态反应形成。

能谱

选择从机构区域的M季节（S10位点）期间采样的滤纸进行SEM-EDX分析。观察到大多数颗粒是天然来源的。观察到o在遵循趋势的其他元件上以O> Si> Na> Ca> M> k> K> Cl占据趋势。形态学研究表明，颗粒是不规则的，球形和聚集的类型。在这些元素中，发现氧气具有最大百分比（53.98％（重量％），发现氯（0.23％）最小。确定定性和定量分析。

用SEM-EDS测定元素组成(图3d)₂），氧化铝（Al₂0_3.），氧化镁（MgO），氧化钠（Na₂o），三氧化硫（所以_3.)、氧化钙(CaO)、氧化钾(K₂在光谱中观察到o）和氧（O）和氯（CL）（表3）。

铝和硅与氧和铝的百分率结合₂0_3.和si0.₂是64.70％。Cong等人。（2010）报道副乳酸盐作为所检查的滤纸中的占优势，并提到它可以包括蒙脱石，灯塔，高岭石和长石。据报道，硅硅酸盐的形态是球形和非球形的^28.．与氧气组合发现Ca和Mg。CaO的贡献为7.02％，MgO为3.81％，这些可归因于土壤来源^29.．

表3：通过SEM-EDS系统观察到各种元素的百分比贡献。

图3：从扫描电子显微镜通过Au涂层获得的显微照片。 点击这里查看图

结论

本研究表明颗粒物质来源的多样性，包括人为和天然原产地。在大部分时间的采样日中，颗粒物的24小时平均质量浓度高于中央污染控制委员会，新德里设定的允许极限。EDS的研究表明，颗粒状负载滤纸主要由氧化物组成。富集因子分析显示该地区的大量人为活性。通过AA分析的元素组合物揭示了高浓度的重金属，特别是在两个位点（viz）S4和S1（商业部位）中。源分摊标志着德拉敦市识别三个重要来源。富集痕量元素的富集各种人类来源的富集是一个问题。因此，本研究将加强关于数据赤字区域中的特定化学和形态学性质的信息。在长期以来，这些研究还将有助于了解环境空气中化学成分的健康效果。

确认

我们非常感谢A K Tripathi博士(Scientist-F)为我们的工作提供了必要的支持和基础设施。我们感谢北阿坎德邦SPCB主任Vinod Singhal先生和WADIA技术官员N.K Juyal先生为SEM-EDS提供的技术支持。特别感谢德拉敦杜恩大学(北阿坎德邦)助理教授Vijay Shridhar博士。

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