当前的世界环境

介绍

大气中的汞主要以无机形式存在，即a)气态氧化汞(GOM)， (b)气态元素汞，(c)颗粒结合汞。此外，其有机形态甲基汞可在水生生物中进行生物积累。由于它在大气中的各种状态以及它能吸附在任何物质的表面，因此很难收集关于汞化合物的完整循环的全面信息。汞作为陆地生态系统与水生生态系统之间的桥梁，其在对流层中的转化和运输具有重要意义。

在雨水样品中，汞以反应性形式发现，例如反应性气态汞（RGM）和溶解颗粒汞（HGP）。主要汞来源包括废焚烧，矿石烘焙，燃煤发电厂。它也被天然来源发出，例如，天然生物/非生物过程的地质束汞释放。Hg气溶胶溶解受影响Hg氧化/还原反应的液滴pH，气溶胶化学成分，悬浮剂或有机物质的影响²．气象参数如温度，相对湿度，风速，混合高度等在大气中汞的复杂反应中起着非常重要的作用。它可以运送到远处。为了控制发电厂的汞排放，美国环境保护局（USEPA）定义了空气有毒标准，以限制HG和其他污染物¹．令人惊讶的是，印度没有广泛研究大气汞。只有少数关于汞的报告已被记录。2014年，Kumari和同事们审查了南亚的大气汞场景^3.．他们第一次报告雨水样本中的颗粒状汞，这是印度大气HG的第一个报告。

湿清除污染物的过程还有助于通过沉淀从大气中以溶解的有机碳形式去除碳物种。根据报告，有机碳物种的范围为10^4.出现^5.mg l^-1在雨水^4.但总非甲烷有机碳或溶解有机碳(DOC)的赋存状态尚未得到准确估计。初步证明大气中DOC总量约为16Tg C，具有巨大的时空不一致性^5.．减少生物挥发性有机化合物（VOC）的释放如异戊二烯和萜烯，估计左右1000 Tg Yr^-1这使得这些排放成为空中最主要的陆地来源^6.．DOC的显着人为贡献包括生物质燃烧和碳氢化合物的排放^7.．

有机物被释放到周围的空气中后，会发生不同的化学变化，如氧化反应、碎片化或齐聚、脱水或水化等，以及物理变化，其中可能包括冷凝到气溶胶相。它们在大气中的命运要么通过终止转化为CO来决定₂和CO，或通过干燥和湿沉积到表面的气体或气溶胶的形式¹⁰．有机化合物也可以用氧化剂如羟基自由基（OH *），硝酸盐自由基（NO）进行光解_3.),臭氧O_3.*和卤素自由基(如Cl*， Br*)在大气中通过不同的机制以无限改变的反应速率。这些化合物在对流层中被氧化，在几小时到几周的时间间隔内产生大量含氧化合物^8.．

随着其他污染物，氮化合物也有效清除。沉淀总无机氮（锡）的主要成分是铵（NH_4.⁺)和硝酸根离子(NO_3.^-）^9.．1995年，加洛韦报告说，农业活动是NH的主要贡献者_3.在亚洲。德里及其邻近国家，如旁遮普邦，哈里亚纳邦和北方邦的常见职业，这是大气NH的重要来源_3.迅速的城市化和污染物的跨界运动可能是德里省内NOx水平增加的原因。辛格和kulshrestha.¹¹报告说没有_3.^-与农村地区相比，城市地区雨水样本中的浓度增加了两倍以上。NOx和NO_3.^-主要由汽车排放贡献^{12 - 13}．另外，没有_3.^-由于生物量燃烧和工业排放的排放等普遍存在，城市和农村地点，城市以及农村地点可能更高¹¹．

因此，重要的是测量雨水中的汞、碳和氮，并确定它们的可能来源。降水化学是确定汞、有机碳和总氮来源的主要手段之一。本研究旨在测量汞的水平和确定来源_0.在德里一个城市的雨水样本中发现了DOC和TN。

方法

网站说明

由于人口大规模，城市和工业活动，Megacity或Delhi是印度最脆弱的城市之一。Sitapuri样品收集地点位于德里西南区。该地区可作为住宅殖民地特征。SitaPuri的地理坐标28.6126°N，77.0822°E.图1显示所选站点的位置。

图1：采样网站的位置。 点击这里查看图

样品采集

雨水样本的收集是在装配好的漏斗和瓶子的帮助下完成的。该装置安装在一个高出地面5米的露台上，以避免任何污染。收集组件在下雨前安装，并在雨停后立即拆除，以收集基于事件的样本。漏斗从瓶中取出来测量雨水的量。分别用pH仪和电导率仪尽快测定样品的pH和电导率。

样品制备

使用0.47mm尼龙过滤器过滤雨水样品，并保存在具有5％硝酸的预洗涤的聚丙烯瓶中。将这些瓶子在5％硝酸中浸泡过夜，然后用毫Q水漂洗。所有玻璃器皿和样品容器都以相同的方式洗涤。还分析了两个复制品和空白以检查结果的近距离。使用10ml提取的溶液进行汞分析。使用剩余的溶液完成痕量金属测定．在冰箱中4°保存雨水样品，并用于DOC和TN分析。

汞、DOC、TN的测定

采用797 VA Computrace (Metrohm, Switzerland)汞分析仪，差分脉冲阳极溶出伏安法(DPASV)测定汞。伏安法是一种广泛应用于环境样品中汞含量测定的方法^14-18．该仪器由置于使用2mm的金（Au-RDE）的中央的工作电极组成，该参考电极Ag / AgCl填充有KCl电解质和玻璃碳辅助电极。金色工作电极保持在0.1米NaOH中，以至少半小时进行调理目的。在汽提伏安法技术中，分析物在两个步骤中确定。在沉积步骤中，将物质以恒定的电位沉积在工作电极上，该恒定电位达到受控沉积时间，II）溶出步骤，其中第一步中的沉积物质溶解在溶液中。在沉积期间，施加370mV沉积电位260秒。在汽提步骤中，以0.02 v / s的扫描速率扫描0.30至0.84V电位。峰值电位为0.521V。阳极剥离伏安法（ASV）具有显着的低检测限（0.1μg/ L），因此，当分析样品时，该技术被证明是有效的，以发现PPB水平下的重金属浓度。

1000ppm汞的原液^２＋每周配制0.1345 g盐酸₂（梅克）溶解在去离子水中。在日常分析时由1000ppm储备溶液制备汞（1mg / L和10μg/ L）的工作标准。伏安型电池的电解质具有高氯酸，乙二胺四乙酸（EDTA）和氯化钾（KCl）。在10ml样品中，加入高氯酸（300μl），EDTA溶液（400μL）和KCl溶液（100μl），然后氮气吹扫300秒，以从样品中除去任何溶解的氧。然后作为添加的第一个标准，200μl1mg/ l hg^２＋将标准物加入细胞容器中。此外，采用复制伏安图以确保可重复性。之后，第二个添加标准（200μl1mg/ l hg^２＋)标准品加入细胞血管，记录相应的伏安图。同样，也分析了水的空白(图2)^２＋使用峰高法计算浓度。使用超纯水（MILI-Q）进行溶液的制备。分析中使用的所有化学品和试剂购自Merck Millipore，该Merck Millipore患有Emparta等级。通过使用总有机碳分析仪测定总氮和溶解的碳物质。（Shimadzu Model LCPH / CPN）如别处所述¹⁹）。

结果与讨论

雨水中Hg的变异

表1给出了在Sitapuri位点收集的样品中汞浓度的值。7月份收集了最大雨水样本数，在季风季节下降（图2）。发现HG浓度是6月份的最高月份，其次是5月。当大气相对污染时，这些是德里地区的季风季节季节季节的月份干了。这有利于积累的颗粒导致大气中毒素升高的粒子。The most probable reason for these results can be their emissions from fossil fuel combustion including coal burning in brick kilns, diesel burning in vehicular movement and construction machines etc. Relatively lower values were recorded during monsoon months i.e., July, August, and September when rain occurrence was季风期Hg在大气中的负荷量没有得到有效的积累。降水样品中汞的浓度受到高度的影响来源强度和气象因素。湿法沉积有助于消除大气中的汞和其他污染物^20-21．

表1：雨水中HG和DOC的浓度以及相关比率。

图2:Hg浓度图(μgL.-1)五月至九月在西塔布里工地举行。 点击这里查看图

雨水中医生的变异

表2给出了5月月份的DOC和HG的最大值，最低和平均值。HG和Doc的变异如图3所示。该图显示了Delhi地区Sitapuri位点的HG和Doc的显着共变化。发现DOC浓度值是季季季节最低的，可能的原因是清除效果。与其他全球研究相比，有机碳浓度已经报告了Nigata遗址最低（274μgc^-1），Tokya657μgc l^-1和sado273.9μgc l^-1．由于污染水平较高和混合高度较低，非季风季节碳质组分大多较高。作物残留物S.在邻近的州燃烧即，当有机碳级分显示高峰时，在非季风季节时，哈里亚纳邦和旁遮普邦的情况变得更糟²²．

表2：HG和DOC的描述性统计数据（mg l^-1）对于季风和非季风样品。

表3给出了全球不同城市的汞浓度比较。在所有网站中，台中是位于台湾中部西侧的工业城市，面积2215公里²表明汞分散浓度最高^23.．如果Kodiak是位于美国阿拉斯加州的一个岛屿，在城市内，则在岛屿内或外部地区通过公路、渡船或航空进行商业运输。就工业活动而言，这个地点的商业用途相对较少。采样站点的汞浓度被发现低比台中市的中国,但另一方面它被发现相同或密切相关的值,如青藏高原的中国、日本的水俣湾,中国太Leigong丘吉尔城市分别为加拿大和美国新罕布什尔州南部。有趣的是，美国科迪亚克岛的汞浓度最低。

表3：汞浓度的比较数据（μgl^-1）在全球的不同地点。

Tn的变异

TN的最大值和最小值为58.8 mg l^-12.66毫克^-1在西塔布里遗址的季风和前季风。这些最大值和最小值表明总氮以NH等不同形式沉积在大气中_3.，NHX，没有₂和hno._3.^35.．

在上述物种中，氨（NH_3.)和铵(NHx)是大气中的水溶性物质。这两个主要原因是因为大气中的NH_3.对环境有害;首先，对于其沉积的生态反应对引起富营养化的微妙生态系统，其它性质本质上用作中和剂。氨与酸性组分如h迅速反应₂所以_4.，HNO._3.在大气中。氨的中和作用导致铵的二次生成盐，即（NH_4.）₂所以_4.,在北半球_4.HSO_4.和NH_4.没有_3.等，在辐射强迫中起着重要作用。值得注意的是，NHx的沉积导致土壤酸化，类似于SO的酸性效应₂也没有_X由于氧化导致土壤中形成硝酸盐的能力^36.．沉积的NH_X来自大气层导致对生态系统的超额NR输入^37-38．

图3显示DOC的不同趋势线(mg l-1）和hg（μgL.-1）在Sitapuri网站上的浓度。 点击这里查看图

气象因素的影响

风的运动方向决定汞扩散的浓度。在大气中，汞的主要形式是GEM。由于其高稳定性和长停留时间(几个月到一年)，GEM可以有效地长距离携带^39.．2020年，李和同事们讨论了汞被衡量为全球污染物，因为它具有对流层越境运动的财产⁴⁰．汞金属的类型和形态从不同的来源进入环境空气，并有可能通过排水和降雨进入陆地和水生生态系统，如果人体接触可致人死亡。因此，监测降水中的汞浓度变得至关重要。气象资料显示，5月及以后各月的东风频率最高，除7月为东风兼西风外，其余月均以西风为主。

HG / DOC比率

比率值或派系值表示两个变量之间的关系。比率值有助于识别来源并计算任何变量的分数^41.．表4给出了汞浓度和DOC的个别值以及它们的比率。Hg浓度的最大值为4.35µgl^-1最小量为0.41µgl^-1而在DOC的情况下，最大值和最小值为10.68和0.70μg1^-1分别。DOC / HG和TN / HG的比率值在SitaPURI中指出了不同的发射源。Hg / doc比率有一个范围的顺序。它从0.2变化到2.4。通常，除两个样品外，比值值小于1。这表明DOC浓度远高于HG。其次，如果（图3）所示，HG与DOC的比率和良好的相关性建议与HG排放相比，与HG排放相比，DOC前体的较高排放量级，如果其排放来源被认为是相同的。在两种样品中超过1的比率表明，在这两种事件中，HG的富集非常高。这可能是由于目前无法解释的本地来源污染，并需要进一步的长期调查。

表4：SitaPuri网站上不同雨水样本的HG / DOC值。

结论

在新德里的城市地点测量了Doc，Tn和Hg以及其他重金属。HG，DOC和TN的平均值被注意为1.6μg1^-1，2.8 mg l^-112.7毫克^-1，分别在0.4-4.3μg1之间的范围内^-1，0.7-10.7 mg l^-1和2.7-58.8 mg L.^-1,分别。这些值在初始降水事件中较高，DOC/Hg和TN/Hg比值表明，两地存在不同的Hg排放源，从而影响了当地的Hg浓度。可能的来源可能是家畜、生物质燃烧、人口;而垃圾焚烧、煤炭燃烧、水泥中用于反应氮和汞的分别。

承认

本研究得到UGC-UPA II项目的支持。作者Sunaina感谢印度大学资助委员会(UGC)颁发的初级研究奖学金。我们也要感谢匿名审稿人对本文的改进提出的宝贵意见。

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