[发明专利]一种解决空气颗粒物来源解析中遇到的共线性问题的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种解析环境空气颗粒物来源的方法，特别是一种用于解决空气颗粒物来源 解析中遇到的共线性问题的方法。

技术背景

颗粒物是造成我国大部分城市空气污染严重的主要原因，由于颗粒物来源复杂，因此， 制定科学合理的颗粒物污染防治措施，首先应该解析环境空气中颗粒物的来源及各主要源类 的贡献率。目前国际上对空气颗粒物来源解析，主要使用化学质量平衡模型(即CMB，根据 质量守恒原理，大气颗粒物中某元素的量是各类源对其贡献量的线性加和)。计算各种污染源 对环境空气颗粒物的贡献率。该模型也是我国目前环境保护重点城市进行空气颗粒物来源定 量解析最广泛使用和最重要的模型。

但是，由于煤烟尘、土壤风沙尘和机动车尾气尘存在着较为严重的多元共线性，即源成分 谱的相似性，当用C标识煤烟尘时，煤烟尘与机动车尾气尘存在共线性；当用Si标识煤烟尘 时，煤烟尘与土壤风沙尘存在共线性。这三种源类存在着两两多元共线性，共线性源同时纳 入模型计算时，若一种源类的贡献被高估的话，另一种与之有共线的源类的贡献必然被低估， 导致共线性源类贡献值的不确定性增大。由于共线性问题的存在，还没有较好的办法解决颗粒 物来源研究中所遇到的一套数据多种结果，即不同的研究者在利用CMB模型时会有多种符合 模型的解析结果这一难题。

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，该技 术在环境科学中应用于示踪污染物的来源正在成为热点。O’Malley(1994，1997)最早利用多 环芳烃化合物的稳定碳同位素组成研究了环境中多环芳烃的来源，认为机动车尾气尘和燃煤 烟尘中产生的多环芳烃化合物的稳定碳同位素组成存在差别。在我国成玉(1998)，彭林(1998， 2006)是较早利用稳定碳同位素技术示踪了空气中污染物的来源。稳定碳同位素在环境领域 中的示踪技术主要集中在对有机化合物的示踪研究。目前还未见有将此项技术应用于空气颗 粒物来源定量解析中，我国学者曹军骥于2004研究了西安市在正常和沙尘暴天气条件下空气 样品中碳酸盐碳同位素的组成，认为不同天气下碳酸盐的碳同位素组成有显著的变化，这表 明粉尘碳同位素组成对指示粉尘物源具有很好的潜力。相关的文献也表明不同成因和来源的 碳酸盐和有机碳在同位素上存在差异，因此可以利用碳酸盐中碳和有机碳的同位素的变化判 别其来源及其成因特征。

稳定碳同位素技术在各领域中解决的问题，主要集中在单纯利用有机碳或无机碳的同位 素组成示踪其物质的来源，由于本发明的研究对象为空气颗粒物，其碳的来源有有机碳和无 机碳。为了更有针对性的研究空气颗粒物的来源，本发明需要研究总碳的碳同位素组成，目 前关于煤烟尘、机动车尾气尘和空气颗粒物中总碳的碳同位素组成研究的文献资料还比较少， 也未见有将此项技术应用于空气颗粒物来源解析中的报道。

发明内容

本发明要解决的问题是在现有解析环境空气颗粒物来源的方法中，由于共线性问题而存 在一套数据多种结果的问题。从而提供一种解决空气颗粒物来源解析中遇到的共线性问题的 方法。该方法首先对环境空气中存在多元共线性颗粒物源碳同位素分析，然后建立一种总碳 的同位素质量平衡模型，最后通过解析模型求得环境空气颗粒物源的贡献率。

本发明基于上述问题和目的，在化学质量平衡模型的解析方法的基础上，提供一种解决空 气颗粒物来源解析中遇到的共线性问题的方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)采集空气颗粒物样品与共线性污染源样品，并进行样品的处理；

(2)测定空气颗粒物样品中和污染源样品中的Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、 Fe、Co、Ni、Cu、Zn、AS、Hg、Cd和Pb元素，并进行TC、OC+EC碳分析和CL^-、NO₃^-、SO₄^2-离子谱分析；

(3)利用上述步骤(2)中测定的颗粒物的成分谱建立CMB模型，并计算污染源对空气颗 粒物的贡献率；

(4)测定空气颗粒物样品中和污染源样品中总碳的同位素组成；

(5)建立污染源的总碳同位素质量平衡模型，计算对空气颗粒物的贡献率。