由于人大约85%～90%的时间处于室内环境,室内空气污染对人体健康具有长期威胁性,而室外环境空气污染对室内空气质量的影响也得到公众的关注。上海市作为我国的经济、文化、贸易中心,功能性区域规划清晰,不同区域的居民住宅室外的PM2.5来源、浓度和化学组分特征不同,所以对室内空气质量的影响程度也不尽相同。为了考察不同区域居民住房室内外PM2.5的关联性与差异性,探究颗粒物由室外向室内传输过程中的演变特点,论文于2016年11月～2017年9月在上海市选取分布于三类功能区的12个居民住宅作为采样点进行冬夏两季的监测,并通过化学分析与计算模型研究了室内外PM2.5相互影响的季节特征、区域特征和传输特征,取得了如下主要研究成果。(1)冬季室内外PM2.5日均浓度平均值为交通区>工业区>无特征居民区;夏季则是工业区>交通区>无特征居民区。冬季所有住宅PM2.5逐时浓度的平均室内/室外(I/O)比值0.76±0.14,夏季为0.75±0.15,I O/比值近似服从正态分布。与冬季相比较,夏季I/O比的最大值、最小值、平均值都稍有降低。同一功能区的不同居民住宅之间的I/O比值仍有较大差距,表明建筑物本身的结构可能对I/O比值有很大影响。冬季采样开启净化器前,随机组分重叠模型得到的12个居民住房渗透系数为0.25～0.72(冬季)和0.30～0.86(夏季);外部混合模型计算得到的渗透系数分别为0.34(冬季)和0.29(夏季)。(2)PM2.5中S元素和主要金属元素的浓度都遵循工业区>交通区>无特征居民区的规律。虽然S元素常被视为室内外传输的示踪物,但本研究发现以S来表征的I/O比值与PM2.5的I/O比值之间存在显著性差异。Pearson相关性分析和单因素方差分析(ANOVA)结果显示,Cu可能更适合作为上海市居民住房室内外传输的示踪元素,且不同功能区Cu的I/O比值具有显著性差异。(3)冬季室内外PM2.5的As、Cd、Cr、Cu、Pb、S具有强相关性,室内外的Fe中度相关;夏季室内外PM2.5的Cd、Cr、Cu强相关,Al、As、Ca、Fe、Pb、MO、Se、Zn中度相关。分歧系数法(Coefficient of Divergence,COD)的分析结果表明无特征居民区与交通区、工业区住宅PM2.5组分差异明显,而工业区与交通区的组分相似性强;不同功能区采样点之间的COD值差异较大,这表明上海市居民住宅周围的大气环境中的细颗粒物化学组分具有较大的区域相异性。在污染物来源方面,研究发现Cd、Zn、Fe元素是富集因子(EF)值最大的三种元素,三者受人为污染源的影响最大。(4)使用飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)研究了颗粒物表面组分,结果表明,石英和Teflon滤膜适宜用于大气颗粒物的ToF-SIMS分析。室外霾污染天气下采集的样品中含有更多的邻苯二甲酸盐、重金属、芳烃、氮氧化物、氯化物等物质。此外,二维分布和深度剖析结果表明有机物呈包裹态分布在无机离子的周围,且浓度向颗粒物外表面逐渐降低。与同步测定室内外PM2.5颗粒物的组成比较发现,由室外向室内传输的过程中,表面有机物浓度呈现逐渐增加的趋势而无机盐浓度呈现降低的趋势,但在颗粒物的核心处仍保留较高浓度的无机盐组分。论文研究结果可为室内空气污染防控对策的制定提供实验依据,同时为ToF-SIMS在颗粒物表面化学和颗粒物传输特征研究中的应用提供数据支撑和方法参考。
