文摘

空气中的颗粒物(PM)的特点以及它的水平从选定的网站采集空气样本内的城市达兰,霍巴,和达曼,在沙特阿拉伯东部省份,调查。浓度水平(即10微米的点。下午,₁₀)确定使用重力技术。收集的形态和化学特征点采样研究城市使用场发射扫描电镜(FESEM),能量色散x射线(EDX)和x射线荧光光谱仪。此外,级别和类型的有害物质相关的这些样本评估使用电感耦合Plasma-Optical发射光谱学(ICP-OES)。结果显示,平均浓度水平的点₁₀大约有177、380和126μg / m³霍巴在达兰,和达曼。点的结构在达兰主要是收集板和棒状2和6之间的形状与大小μ米,而下午收集在霍巴主要是不规则的形式,大小介于2和8μm,达曼的点是圆形的,在1和3之间μm大小。EDX和光谱仪结果表明相对较高的重量% C、O, Si, F,和较低的Ca重量%的Na, Mg, K在3城市。最后,研究表明,英航和锌的主要微量金属在3城市与收集相关点。

1。介绍

可吸入颗粒物(PM)是一个非常重要的污染物,它改变了生态系统,人类的健康,环境和空气质量。等效空气动力学直径(EAD)方法使用的是基本的技术点进行分类(1),粒子可以分为点₁₀下午,_2.5下午,_1.0代表他们的10、2.5和1μ米大小,分别2,3]。点₁₀粒子通常被称为“可吸入”和被困在粘液衬里,可能造成严重的呼吸系统健康的影响。人体健康、生态系统和气候影响点(4,5),发现每日死亡率之间存在高度的相关性和点集中在城市地区5]。点被普遍认为是极端重要的与全球组织建立实施和监测空气质量标准和水平。

几个努力进行确定的特点,在室内和室外颗粒物样品收集全球的环境。吴et al。6研究点的属性₁₀和点_2.5中国山西五台山佛教风景区,山。纽约和李7]研究点的大小分布,它包含一些元素在韩国的一个工业城市。在另一个研究中,Ahmady-Birgani et al。8]的矿物学和地球化学调查伊朗西部的点。

场发射扫描电镜(FESEM)加上能量色散微量分析已经应用在全球范围内研究空气粒子的化学和形态特征(9- - - - - -11]。FESEM-EDX被利用在许多评论(12,13)确定形态和结构的差异,以及估算颗粒气溶胶的基本组件。也,这是用来确定点的排放源及其链接从不同污染地区污染物的运输14]。

沙特阿拉伯王国是众所周知的大型沙尘暴对颗粒物的分布有很大的影响在天国(15]。大量研究调查点分类在阿拉伯半岛和Mideastern地区使用机载和气溶胶机器人网络(AERONET)地面观测(2,3,16];然而地面观测是非常有限的由于的存在只有两个AERONET站在沙特阿拉伯,即太阳能村(24°N, 46°E)和KACST (22°N, 39°E)。侯赛因et al。17)进行了研究,在吉达的城市氛围,在粒子的浓度比四分之一的重一微米颗粒物,在2012年。一项调查Alharbi et al。16]表明,化学特征点集中在沙特阿拉伯首都利雅得,在工作日期间周末相比高出17% 2011年9月至2012年9月。

沙特东部省份(EP)是著名的点由于大型建筑活动18];然而,尽管名声,没有信息的矿物组成和特征点样品。因此,这项研究是着手研究颗粒物小于10的模式μ米(点₁₀)在三个主要城市(达兰,达曼,和霍巴)EP,沙特阿拉伯,来确定他们的元素组成,这可以通过吸入进入人体的呼吸系统和比较元素的浓度和可用的全球标准。研究还调查了大小,形状,和元素成分的污染物以及颗粒的矿物组成。这些观察结果将提供公共和私人组织、政府监管机构,和科学界的重要信息,将会有助于保护公共健康和福利。

2。方法

2.1。采样地点的描述

达曼市区最大的大都市的EP沙特阿拉伯;它是由三个主要的相邻城市:达兰,霍巴,达曼。它约有人口300万~ (https://www.stats.gov.sa/)。这三个城市的主要化工、石化、石油行业。该地区还包括各种各样的自然景观,公园,和海滩休闲阿拉伯海湾的海岸线。

三(3)地点选择在每个城市使用点采集空气样本₁₀过滤器。样品收集在一段时间内的24小时7天在每一个位置,如图1,从10月10日到2015年12月12日。详细的经度,海拔,住房和交通条件每个站点显示在表中1。10月01-Oct样本收集在达兰。21[天(机灵)274 - 294年)是位置1(10月1日至10月07);位置2(10月08年10月14日);位置3(10月15日至10月21日)。在10月22-Dec霍巴。11(机灵:296 - 316)1(10月22-Oct位置。29);位置2(10月第50届。5); location 3 (Nov. 06–Dec. 11). At Dammam during Nov. 14–Dec. 23 [DOY: 318–357] as location 1 (Nov. 14–Nov. 20), location 2 (Nov. 21–Dec. 16), and location 3 (Dec. 17–Dec. 23).

2.2。样品收集

空气样本收集使用HiVol 3000空气取样器(技术、澳大利亚)点₁₀大小选择性入口。取样器被设置为一个稳定的抽样50公升/分钟的速度,与体积流率介于45和96米³/人力资源和拥有一个流精度和正确性超过±1 m³/人力资源。流可重复性的1.0%阅读和真空140酒吧的能力。粒子(PM₁₀)收集8×10英寸Pallflex EMFAB-TX40H120-WW过滤膜用的硼硅酸盐玻璃微纤维的起源,一直保护着玻璃布。

2.3。痕量金属分析样品制备

四分之一的收集过滤器使用梅特勒-托利多切成小块和加权JL602GE分析数字资产的过滤片后放入100毫升烧杯和喷洒蒸馏和去离子水。王水的解决方案是使用蒸馏硝酸(HNO准备的₃)和浓盐酸(HCl)(比1到3)。更多的蒸馏水添加到混合物直到马克,然后搅拌在通风橱。解决方案,包括过滤器的作品样本,然后放在烤箱里加热3 - 4小时大约130°C的温度附近,直到达到干燥后的解决方案是冷却到室温。混合物是然后用大小42绘画纸滤纸过滤。滤液的体积超过50毫升使用水。

酸消化(滤液)终于按照工作分析Sadiq,面19]。总共9每个抽样样本分析网站连同2空白过滤器样品QA / QC的工作。

2.4。点描述

2.4.1。重量分析

群众机载收集在不同的位置点的重量分析地由计算滤波器的权重差异之前和之后的示例集合。过滤器是重使用梅特勒JL602GE规模具有最大重量620±0.01克的能力。为了消除湿度效应,获得准确的点测量,过滤器被存储在硅胶干燥器前24小时称重。收集的字段空白过滤器也减少重量偏差由于过滤处理。过滤器与聚四氟乙烯处理tape-coated镊子来减少交叉污染的可能性。它假定颗粒沉积在过滤文件是均匀分布在整个区域的过滤器。三(3)的平均重量读数记录每个过滤器(样本)。空气采样泵的机器的体积在采样周期也记录和计算点的质量μg / m³。

2.4.2。形态和矿物学特征

点的形态(大小和形状)确定使用TESCAN Lyra3 FESEM单元(捷克共和国)。每个过滤器的四分之一是采集样本进行分析,1毫米²用于中心黄金涂层和涂层上设置小存根。离子溅射被用来放置一个很薄的金膜上已经放置在存根上的样品和图片为每个样本随后拍摄。能量色散x射线(EDX),再加上FESEM,也用于现货元素分析的样本。

x射线荧光光谱仪(光谱仪)被用来获取元素成分的样本。使用的光谱仪模型从JEOL jsx - 3400 rii有限公司日本。jsx - 3400与x射线发生器rii 5到50 kV 1 mA 50 W是通用光谱仪仪器。它利用硅(锂)探测器有一个巨大的对重金属的敏感性,可以测量微量金属在一个小的时间。

2.4.3。微量金属分析

一个dual-view PerkinElmer最适条件8000电感耦合Plasma-Optical发射光谱学(ICP-OES) full-wavelength-range定制设计CCD阵列探测器用于这个研究来确定相关的微量金属的浓度水平。点抽样后,滤纸切成4季度相等。四分之一是称重,然后切成小块,放入100毫升玻璃烧杯,湿水。3:1 (HNO₃/盐酸)王水的解决方案是用来消化滤纸样品。包含滤纸烧杯和王水溶液放在加热器为3 - 4个小时在130°C,直到达到干燥附近。烧杯被冷却到室温及其内容与绘画纸滤纸过滤(42)大小,和滤液的体积是50毫升蒸馏水。消化(滤液)使用ICP-OES用于重金属的决心。提出的消化过程类似于Sadiq,面19]。同样,对于每个9样品分析2空白样品也准备和分析以类似的方式。

3所示。结果和讨论

3.1。点水平及其分布

结果表明,点₁₀集中在三个城市~ 127 - 380的范围内μg / m³。平均点₁₀测量了在不同采样地点在达兰,霍巴,达曼图所示2。在达兰,一个总体的意思是每天下午₁₀浓度大约是177μg / m³这是高于50和150μg / m³,世界卫生组织(20.和美国环境保护署21)标准,分别,但低于中外职业标准(350μg / m³)。达兰位置1和2记录整体最小和最大点₁₀浓度约为67和303μg / m³分别为(22]。

如图3(一个),点3样本的收集网站在达兰显示趋势表明,变异发生在下午₁₀测量获得的所有段样本(7天)和最大水平记录在位置1 10月5日,2015年。点高₁₀浓度可能归因于高风条件和广泛的灰尘观察到10月5日,如表所示2。

在霍巴,图3 (b)380年的平均浓度点μg / m³记录,这是超过标准的水平集构成,人,和中外150μg / m³,50μg / m³,350μg / m³,分别。最小值点₁₀94的浓度μg / m³在霍巴(位置2)10月23日,2015年,而最大点₁₀1575的浓度μg / m³2015年10月22日,被记录在位置1。表2表明Haze-widespread dust-mist-cloudy天气情况记录于10月22日,2015年。这么高的普遍天气条件可能负责点高₁₀集中观察10月22日。不同的趋势(图中观察到霍巴位置33 (b))也表明时空变化影响点的浓度水平₁₀。因此,颗粒物浓度可能会受到时间和空间变异的影响。

从图观察3 (c)下午,达曼₁₀127年样本平均浓度μg / m³,这是低于标准规定的构成(150μg / m³)和中外(350μg / m³),但高于设定的标准(50人μg / m³)。在达曼,最大浓度的点₁₀2015年被记录在11月18日,在位置1 (233μg / m³在11月23日),而在位置2,最低的点₁₀57岁的浓度μg / m³被记录。重要的是要注意,相对较小的温度和平静的天气条件在采样周期(表在达曼2)可能是下午的原因城市较低浓度测量与其他城市相比,这次研究调查。

因为它主要是一个居民区,达兰点低记录₁₀浓度比霍巴,这是一个高流量和商业区。是预期的达曼会更高点₁₀浓度比达兰,因为它是一个高度密集的地区举办东部省份的主要港口和机场;然而,结果表明,点₁₀在达曼低于浓度达兰和霍巴。这可能归因于清楚天气报道在达曼样本集合。为了确定当地天气影响点₁₀浓度,同时样本集合应该执行的三个城市被认为是在这项研究中,但随着这项研究仅限于只使用一个空气样品收集器,我们无法执行同步测量。根据收集到的空气样本,得出平均每天的下午₁₀集中在城市的霍巴是三个城市中最高的。

3.2。形态学特征点样品

空气中可吸入颗粒物(PM)的形式可以是气态污染物(0.0005 - -0.005μ米),微粒污染物(0.01 -100μ生物污染物(0.5米),-10年μ米),或灰尘(0005 - 1000年μ米)。点的形状可能不同来源,类型或模式形成的球形(花粉)不规则(尘埃)板(粘土颗粒)。对其显微图呈现在数字4(一)- - - - - -4 (d)颗粒物的形态展示收集的达兰,霍巴,和达曼城市,分别和一个空白的形象过滤器之前收集样品。点₁₀达兰样本大小介于2和6之间μm和团聚体形成,点₁₀样品收集在霍巴在1和4之间μm和密集,而从达曼表明,样本分布和它们的大小是1 - 6μm。图像表明,粒子的大小从所有抽样城市低于10μm。基于位置,有不同的粒子形状。粒子的形状来自达兰是棒状和板状形状和霍巴主要是不规则的形状,而粒子从达曼几乎是球形。3城市的粒子的图像显示,颗粒主要是地球成因学的来源,如浪花或风沙。粒子的形状和大小的差异表明,他们的物理特性是空间相关的。

3.3。元素组成点样品

为了评估收集到的元素的含量变化在3城市被认为是在这项研究中,使用EDX和光谱仪分析,结果如图5(一个)- - - - - -5 (c)。是很重要的国家,光谱仪分析不能检测元素周期表中的元素低于Na。同样重要的是要明白EDX和光谱仪分析代表过滤器示例测试中的元素的比例,而不是实际的浓度。为了使EDX和光谱仪数据之间的比较,我们决定每个元素之间的比率,如果作为参考元素,因为它发现了很大一部分EDX和光谱仪分析。结果显示存在C、O、F,钠、镁、铝、硅、钾、钙、铁、锌、Ba, Cl,年代,Ti在达兰。锌和钛没有记录在霍巴,达曼样本包含C、O, F,钠,镁、铝、硅、钾、钙、和锌。元素,三个城市之间的最大重量百分比抽样是O,紧随其后的是C在达兰的霍巴和达曼和F。

突出使用空气条件在整个采样周期原因可能是观察。C、Ca、O和Si有巨大的结构百分比抽样城市,表明石英和方解石存在于样本。粘土矿物在收集到的样本可能存在不同的城市,因为铝的存在,硅、钙、钠、镁、和铁。达曼Si和Ca组成百分比最高,而最高组成的C、O,和S是在霍巴。达兰样品含有高百分比组成钛、铝、Ba, F, Na, Mg。卡索₄样品中可能存在由于Ca的存在,C、O,和美国这可能是由于大气硫之间的交互和土壤材料从地壳。天然来源的可能的起源可能是颗粒的金属样品的发生。

有一个高的可能性的存在方解石和石英样品由于大百分比的C, Ca, O,如果发现在三个城市样本。

这一发现的结果表明,空间或时间差异不影响的类型元素中观察到样品而影响他们的成分百分比。这与先前的研究结果是一致的13,23,24]。

3.4。微量金属与点样品

十四(14)感兴趣的微量金属被ICP测定结果和表中列出3。就像< 0.01的浓度μ3 g / L的城市,它是低于容许极限的环境空气中浓度(25]。英航的浓度在所有的城市考虑本研究高,并记录在达曼(10.13的最高水平μ5.11 g / L),μg / L和8.91μg / L是记录在达兰和霍巴,分别。最危险的污染物对生物体,镉浓度低于0.005μg / m³在所有样本收集,低于美国典型的工业和城市区域(26]。在所有采样地点,公司出席不同的浓度。达兰和霍巴样本Cd浓度低于0.001μg / L,而达曼样本Cd浓度低于0.002μg / L。根据2013年FDA,公司的最大容许极限是0.005 mg / L;因此,这是不被认为是一个重大威胁。霍巴在达兰,达曼,铬的浓度(Cr)是0.06,0.07和0.06μg / m³,分别。铬浓度高于阈值记录在大城市和发达地区在一个典型的环境空气在美国(27]。铜的浓度是0.02,0.03和0.01μg / L达兰,霍巴,和达曼。锰(Mn)的浓度为0.01μ0.06 g / Lμ0.11 g / L,μ在达曼g / L,达兰,和霍巴。点样本中锰的浓度达兰和霍巴相对高于在先前的研究报告(28]。在达兰和霍巴,钼的浓度(Mo)小于0.03μg / L虽然低于0.005μ在达曼g / L。镍的浓度在达兰和霍巴是0.02μ0.01 g / L,而它是μ在达曼g / L。根据欧盟和构成标准,镍的浓度在达兰和霍巴是允许在户外(空气)的最高水平。钒浓度达0.05霍巴,达曼被发现μ0.07 g / Lμ0.06 g / L,μ分别g / L。锌浓度非常高在所有三个城市,最大程度以霍巴(12.64μ8.98 g / L)的浓度μg / L和8.87μg / L被记录在达兰和达曼,分别。达兰,霍巴,达曼钛浓度为0.66μ0.99 g / Lμ1.47 g / L,μ分别g / L。铅被发现在很低的浓度(< 0.001μg / L)在达曼,但没有发现在达兰和霍巴空气样本。

4所示。结论

颗粒物的特性,下面有一个等效空气动力学直径(EAD) 10μm的tricities达兰(住宅小区),霍巴(交通枢纽),和达曼(住宅区、海港和机场枢纽),沙特阿拉伯,下定了决心。发现达兰的日平均浓度,霍巴,达曼~ 177μg / m³,379年μg / m³,126μg / m³,分别。粒子被发现不同形状不规则,板状,球形、棒状和角。不同的元素(如铝,英航,C, Ca, F,铁、钾、钠、阿,如果检测到不同样品的重量百分比。铬、锌、镍、钛、和V测量显示浓度超过最大允许限制;然而,其他微量金属被发现在最大允许的极限。发现点测量影响的空间分布形式,形状和大小的机载点但不是它们所包含的元素。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究工作是由院长以来科研(域)的法赫德国王大学的石油和矿产(KFUPM),与项目没有。IN141051。作者也承认环境中心和水(经济网)和卓越中心的纳米技术(分)KFUPM研究所提供分析仪器使用的研究工作。