随着现在城市化建设的快速发展和工业化推进，大气颗粒物的大量排放造成的雾霾一直困扰着中国大部分地区。大气颗粒物是指悬浮在大气中的各种固态和液态颗粒状物质的总称。研究结果表明，大气颗粒物及其携带的有害物质对环境和公众健康具有确定和潜在的危害性^[1]。人体吸入的大气颗粒物能否进入下呼吸道而达到肺中，它在肺中的沉积和滞留及转入其他器官的份额均与颗粒物粒径大小有关^[2]。因此，放射性物质作为大气颗粒物携带的一种有害物质，研究其在不同粒径颗粒物中的活度分布情况对于正确评价吸入的颗粒物对人体健康的危害程度有重要现实意义。

本文对合肥市一年间不同月份大气中TSP （总悬浮颗粒物） 和PM_2.5 （环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 μm的细颗粒物） 分别同时进行采样，并使用超低本底高纯锗谱仪对采集样品中的放射性核素⁷Be和氡的子体²¹⁰Pb的活度进行了测量^[3]，获得了合肥市大气中TSP和PM_2.5中放射性核素⁷Be和²¹⁰Pb活度浓度（文中活度浓度指单位采样体积中相应核素的放射性活度）和比活度（文中指采集的单位质量颗粒物中相应核素的放射性活度）的年度变化情况，并得出了⁷Be和²¹⁰Pb在TSP和PM_2.5中的活度占比数据。

1 材料与方法 1.1 样品采集与制备

样品采集点位于安徽省合肥市怀宁路1766号的国家大气辐射环境自动监测站。采样工作按照《环境空气颗粒物 （PM_2.5） 手工监测方法 （重量法） 技术规范》 （HJ 656—2013）的要求进行。样品采集于无雨无雪的天气下，时间从2015年12月至2016年11月，每个月份采集两次，采样速率设定为1.05 m³/min，共采集样品24组 （48个）。在样品采集前、后，均将滤膜放在恒温恒湿箱中平衡24 h后称重，并记录所采集颗粒物的净质量。每次的样品采集时间均达到48 h以上，标准状况下的采样体积均达到2600 m³以上。

样品制备使用合肥科晶材料技术有限公司DY-40型粉末压片机和直径50 mm模具将采集的TSP和PM_2.5滤膜均匀压制成Φ50 mm × 5 mm的圆片（设定压力为30吨） 后放入高纯锗谱仪进行测量。

1.2 实验仪器

本实验γ谱测量主要采用的是CANBERRA公司的BE5030型（宽能型）高纯锗谱仪。BE5030型探测器面积5000 mm²，探测器厚度30 mm，能量范围3 keV～3 MeV，能量分辨率1.9 keV（1332 keV）。在30 keV～2 MeV的本底计数率为0.572 cps。解谱和分析使用CANBERRA公司的Genie 2000软件^[4]。设备经由国防科技工业电离辐射一级计量站检定合格，并按期开展仪器的泊松分布和长期稳定性核查。

样品采集设备为武汉天虹的TH-1000CⅡ型大流量采样器，采样流量为0.8～1.2 m³/min，流量误差为 ± 2%。PM_2.5采样使用武汉天虹TH-PM_2.5-1000型冲击式粒径切割器，切割粒径为（2.5 ± 0.2） μm。为确保实验期间两台采样器流量的准确和稳定，定期使用经检定合格的THM-1200型微电脑大流量校准器对采样器进行流量校准。采样滤膜使用河南核净洁净技术有限公司生产的260 mm × 210 mm聚丙烯滤膜，滤膜捕集效率90%左右^[5]。

1.3 计算公式

实验样品活度计算分别使用⁷Be的477 keV和²¹⁰Pb的46 keV伽玛谱线的全能峰计数率计算待测样品中各伽玛核素的活度，计算公式为^[6]：

$A = \frac{N}{{\varepsilon \eta t}}{K_1}{K_2}{K_3}$

(1)

其中：A为样品中放射性核素的活度；N为能量为E的全能峰净计数；t为样品测量活时间：η为核素发射能量为E的伽玛射线的分支比；ε为能量为E的全能峰效率； ${K_1}$ 为样品采集时间 ${{\rm{t}}_1}$ 的修正系数， ${K_1} = \dfrac{{\lambda {{\rm{t}}_1}}}{{1 - {{\rm{e}}^{ - \lambda {{\rm{t}}_{\rm{1}}}}}}}$ ； ${K_2}$ 为样品放置时间 ${{\rm{t}}_2}$ 的修正系数， ${K_2} = \dfrac{1}{{{{\rm{e}}^{ - \lambda {{\rm{t}}_{\rm{2}}}}}}}$ ； ${K_3}$ 为样品测量实时间 ${{\rm{t}}_3}$ 的修正系数， ${K_3} = \dfrac{{\lambda {{\rm{t}}_3}}}{{1 - {{\rm{e}}^{ - \lambda {{\rm{t}}_{\rm{3}}}}}}}$ ；^[7]；λ为核素的衰变常数。

实验结果中活度浓度 $C$ 计算公式为： $C = \dfrac{A}{{V \times \delta }}$ ，其中 $V$ 为采集标准状况体积， $\delta $ 为滤膜的采集效率，本实验滤膜捕集效率约90%；采集的颗粒物比活度 ${\rm{a}}$ 的计算公式为 ${\rm{a}} = \dfrac{A}{{\rm{m}}}$ ，其中 ${\rm{m}}$ 为所采集颗粒物的质量。

2 结果分析 2.1 大气颗粒物中⁷Be

合肥市大气颗粒物中⁷Be的浓度按月均值进行统计，各月份测量均值与大气TSP和PM_2.5质量变化趋势如图1所示。从图1可以看出：合肥市大气颗粒物中⁷Be的活度浓度与TSP和PM_2.5质量浓度趋势基本一致，呈现冬春季节高于夏秋季节^[8]；而PM_2.5与TSP中⁷Be的比活度均没有明显的季节性变化。

由表1可见TSP样品中⁷Be的活度浓度年均值为（5.34 ± 1.48） mBq/m³，PM_2.5样品中⁷Be的活度浓度年均值为（4.32 ± 1.23） mBq/m³，大气颗粒物中⁷Be活度浓度测量结果处于兰州地区年变化范围内，年平均值小于兰州地区大气颗粒物中⁷Be活度浓度均值（8.54 ± 2.93） mBq/m^3[9]；PM_2.5与TSP中⁷Be的活度浓度月均值比值范围为0.59～0.99，年均值的比值为0.82，大气颗粒物中⁷Be主要分布于PM_2.5中。

TSP样品中⁷Be的比活度年均值为（48.1 ± 11.7） Bq/g，PM_2.5样品中⁷Be的比活度年均值为（87.9 ± 27.6） Bq/g；PM_2.5与TSP中⁷Be的比活度月均值比值范围为1.17～2.83，年均值的比值为1.86。测量结果反映出PM_2.5中⁷Be的比活度高于TSP中⁷Be的比活度，空气动力学粒径小的PM_2.5吸附放射性核素⁷Be的能力更强。

2.2 大气颗粒物中²¹⁰Pb

合肥市大气颗粒物中²¹⁰Pb的浓度各月份测量均值与大气TSP和PM_2.5质量浓度变化趋势如图2所示。从图2可以看到大气颗粒物中²¹⁰Pb的活度浓度同样与TSP和PM_2.5质量浓度的年度变化趋势一致，呈现冬春季节高于夏秋季节；而PM_2.5与TSP中²¹⁰Pb的比活度也均没有明显的季节性变化。

由表2可见TSP样品中²¹⁰Pb的活度浓度年均值为（1.66 ± 0.84） mBq/m³，PM_2.5样品中²¹⁰Pb的活度浓度年均值为（1.35 ± 0.68） mBq/m³，测量结果处于兰州地区大气颗粒物中²¹⁰Pb浓度监测范围内，但年均值较兰州地区高^[10]；PM_2.5与TSP中²¹⁰Pb的活度浓度月均值比值范围为0.61～0.94，年均值的比值为0.81，大气颗粒物中²¹⁰Pb也主要分布于PM_2.5中^[11]。

TSP样品中²¹⁰Pb的比活度年均值为（14.2 ± 4.9） Bq/g，PM_2.5样品中²¹⁰Pb的比活度年均值为（25.8 ± 7.6） Bq/g；PM_2.5与TSP中²¹⁰Pb的比活度月均值比值范围为1.07～2.77，年均值的比值为1.92，测量结果同样反映出PM_2.5中²¹⁰Pb的比活度高于TSP中²¹⁰Pb的比活度，空气动力学粒径小的PM_2.5吸附放射性核素²¹⁰Pb的能力也更强。

3 讨论

大气中宇生放射性核素⁷Be和原生放射性核素²¹⁰Pb通过吸附在不同粒径的大气颗粒物上而滞留在大气中，因此大气颗粒物越多，也就为⁷Be和²¹⁰Pb提供了更多可以用于吸附的载体。本次实验测量结果也验证了大气TSP和PM_2.5中⁷Be和²¹⁰Pb的活度浓度均与其相应粒径颗粒物的质量浓度的年变化趋势一致。在实验期间的气候条件和颗粒物浓度下，未观察到大气颗粒物中⁷Be和²¹⁰Pb比活度的年度变化规律。

实验结果显示空气动力学粒径小的PM_2.5吸附放射性核素⁷Be和²¹⁰Pb的能力更强，合肥市大气颗粒物中60%以上的⁷Be和²¹⁰Pb都集中于空气动力学粒径小于和等于2.5 μm的颗粒物中，而PM_2.5是可入肺颗粒物，因此在采取措施减少大气颗粒物中放射性核素⁷Be和²¹⁰Pb对人体内照射剂量贡献及其对人体健康的危害时，对PM_2.5的防护显得尤为重要。

本次实验观察到的²¹⁰Pb活度浓度的年变化规律与文献报道的北京地区的²¹²Pb的相一致^[12]。²¹⁰Pb和²¹²Pb两个核素虽然分别为氡钍子体，但均是氡钍射气从土壤中析出后衰变产生的子体，因此两者具有相同的年变化规律。而⁷Be为宇生放射性核素，它的浓度不仅受到大气颗粒物吸附作用的影响，同时还会受到平流层-对流层交换、对流层空气垂直运动和降水的影响，本次实验未对⁷Be的浓度与采样期间的大气对流及降水情况进行统计分析，而观察到⁷Be的活度浓度年变化规律与文献报道的北京地区的不相一致^[12]，反映出大气中⁷Be的活度浓度变化受不同地区气候变化影响较大。在不同的气候条件下，大气颗粒物中⁷Be的活度浓度年变化情况有待更多实验数据的验证。