中国辐射卫生  2016, Vol. 25 Issue (1): 1-5  DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2016.01.001

引用本文 

周强, 张京, 拓飞, 丁艳秋, 李文红, 姚帅墨, 张庆, 苏旭. 2015年春季北京室外空气212Pb和7Be浓度与空气污染关系研究[J]. 中国辐射卫生, 2016, 25(1): 1-5. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2016.01.001.
ZHOU Qiang, ZHANG Jing, TUO Fei, DING Yan-qiu, LI Wen-hong, YAO Shuai-mo, ZHANG Qing, SU Xu. Study on the Relationship between 212Pb and 7Be Concentration and Air Pollution during Spring Beijing in 2015[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2016, 25(1): 1-5. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2016.01.001.

基金项目

国家科技支撑计划课题(2013BAK03B05)

通讯作者

苏旭, E-mail:suxu@nirp.cn

文章历史

收稿日期：2015-11-14
修回日期：2015-12-27
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2015年春季北京室外空气212Pb和7Be浓度与空气污染关系研究
周强 , 张京 , 拓飞 , 丁艳秋 , 李文红 , 姚帅墨 , 张庆 , 苏旭     
中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室, 北京 100088
收稿日期：2015-11-14；修回日期：2015-12-27
基金项目：国家科技支撑计划课题(2013BAK03B05)
作者简介：周强(1974-), 男, 硕士, 副主任技师, 从事辐射检测与评价工作.
通讯作者：苏旭, E-mail:suxu@nirp.cn.
摘要：目的 监测2015年北京地区室外近地面空气气溶胶中γ放射性核素组成与空气污染的关系。方法 采用便携式Staplex TF1A型大流量空气采样器采集室外近地面空气气溶胶, 滤膜为Whatman公司生产的空气监测用滤膜, 使用实验室HPGe γ能谱仪测量分析气溶胶滤膜样品。结果 样品中检测出的放射性核素包括212Pb和7Be, 其中212Pb的活度浓度大约在10-2 Bq/m3的量级; 7Be的活度浓度大约在10-3 Bq/m3的量级; 其他放射性核素均未检出。结论 经与空气污染等指数进行分析发现, 212Pb的近地面空气中放射性核素活度浓度水平与PM 2.5、PM 10和空气污染指数的相关性有统计学意义, 成正相关关系。7Be的近地面空气中放射性核素活度浓度与空气污染指数的相关性有统计学意义, 是弱负相关关系。
关键词：放射性核素    空气污染指数    PM 2.5    PM 10    
Study on the Relationship between 212Pb and 7Be Concentration and Air Pollution during Spring Beijing in 2015
ZHOU Qiang , ZHANG Jing , TUO Fei , DING Yan-qiu , LI Wen-hong , YAO Shuai-mo , ZHANG Qing , SU Xu     
National Institute for Radiological Protection, China CDC, Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, China CDC, Beijing 100088 China
Corresponding author: SU Xu, E-mail:suxu@nirp.cn .
Abstract: Objective To study the relationship between the composition of the types of radioactivity and air pollution in the near surface air aerosols in Beijing, 2015. Methods The portable Staplex TF1A type high flow air samplers were used to collect outdoor air near the ground aerosol. Membrane Whatman was used as air monitoring membrane. Radioactivity of aerosol filter samples were analyzed using a laboratory HPGe gamma spectrometer. Results The radionuclides detected in samples including 212Pb and 7Be, the radioactivity concentrations of 212Pb were approximately in order of 10-2 Bq/m3; radioactivity concentrations of 7Be were approximately in the order of 10-3 Bq/m3; no other radionuclides were detected. Conclusion The correlation between 212Pb and PM 2.5, PM 10 and air pollution index in the near surface of the air pollution index was statistically significant, and the positive correlation was found. The correlation between the radopactivity concentrations of radionuclides and the air pollution index in the near surface air of 7Be is statistically significant, and it is a weak negative correlation.
Key words: Radionuclides    Air pollution Index    PM2.5    PM10    

近年来, 随着北京雾霾天气的出现, 空气质量问题愈发受到人们的重视。可吸入颗粒物(指空气动力学直径小于10 μm的颗粒物, 表示为PM 10)是我国大多数城市的主要空气污染物质之一, 特别是在北京地区, 已经成为最重要的空气污染物[1]。有些可吸入颗粒物本身就是有毒物质, 有些还可以成为其他有毒物质的载体, 随颗粒物粒径大小的不同, 沉积在人呼吸系统的部位也不同, 会对人体造成不同程度的伤害[2]。那么污染天气中, 近地面空气中有没有放射性核素存在?其随空气污染指数的变化情况如何?为回答上述问题, 我项目组于2015年3月25日至2015年5月22日期间, 对北京某地室外近地面空气进行连续采样, 测量分析了其γ放射性核素的组成和含量。

1 材料与方法 1.1 仪器设备

近地面空气气溶胶采样器是由美国Clover公司生产的便携式Staplex TF1A型大流量空气采样器, 其单台采样器的最大流速可达2 m3/min。气溶胶滤膜为英国Whatman公司生产的空气监测用滤膜, 型号为3M E853:5379 BMF 20 g·m-2。气溶胶样品采用实验室HPGe γ能谱仪进行测量分析。

1.2 采样与测量方法

采样地点设置在北京市西城区德胜门外新康街2号, 办公楼的四层阳台, 采样头朝外, 同时调整采样器角度, 避免抽气泵排出的气体再次被采样器收集。室外近地面空气气溶胶采样时, 采用两台便携式Staplex TF1A型大流量空气采样器并联采样的方式[3]。即两台空气采样器同时采样。

采样时间设置在白天, 从上午8时开始采样, 采样流速根据空气质量情况, 适当调低。据文献[4]报道, 调低采样流速可适当改善滤膜堵塞的问题。采样持续时间约为3~6 h, 在空气质量很差的天气中, 采样滤膜因灰尘阻塞使流量下降较快时, 采样就要被迫停止, 所以采样时间长短由采样滤膜阻塞的情况而定。采样后将两个采样滤膜在实验室由特制的空气滤膜压样机压制成圆饼状, 圆饼包壳材质为聚乙烯, 整体为圆柱形, 装入直径75 mm、高35 mm样品盒中, 样品盒中有特制的有机玻璃环固定样品的几何位置和形状, 密封后采用美国Canberra公司生产的GC3018型低本底HPGe γ能谱仪测量其γ放射性。

该套γ能谱仪相对于3"× 3" NaI (Tl)晶体的探测效率为30%, 对60Co 1332 keV γ射线的能量分辨率为1.8 keV, 谱分析软件采用Genie 2000, 探头经过表征, 配有LabSOCS (Laboratory Sourceless Calibration Software)无源效率刻度软件, 可对各种介质样品的效率进行较精确的模拟[5]。谱仪测量时探测器置于壁厚10 cm、内腔60 cm × 60 cm × 60 cm的复合屏蔽铅室内。谱仪在测量前, 采用可溯源的标准物质对系统进行了能量刻度, 相关刻度方法参照国家标准[6-7]。效率刻度采用LabSOCS无源效率刻度技术, 即不需要实体的标准刻度源就可以对γ能谱仪进行效率刻度[8-9]。LabSOCS无源效率刻度软件中配备有我实验室GC3018高纯锗探测器的特有表征参数。

在开展大气放射性气溶胶监测中, 根据监测目的的不同, 在采样后至测量前放置的时间选择上也不同。据文献[10]报道, 在大气放射性气溶胶采样后, 密封放置24 h后测量, 可以减少212Pb对其他核素最小可探测活度浓度的影响。因为212Pb的半衰期较短, 仅10. 64 h。但若要监测北京地区大气中的212Pb, 由于其半衰期较短, 在采样完成后如放置时间过长后再测量, 有可能使得滤膜中捕获的212Pb衰变到最小可探测活度浓度以下, 失去了对212Pb监测的意义。因此本次样品测量多在采样后8 h内开始。并对测量分析出的212Pb的活度浓度进行了时间校正。样品中核素活度浓度的计算和时间校正方法参见文献[11]。

2 结果

从监测的结果看, 3月25日至5月22日期间, 钍子体放射性核素212Pb, 活度浓度大约在10-2 Bq/m3的量级; 宇生放射性核素7Be, 活度浓度大约在10-3 Bq/m3的量级; 其他放射性核素均未检出。结果详见表 1。

表 1 室外近地面空气中γ放射性核素检测结果(Bq/m3)
3 讨论 3.1 监测结果与空气污染等指数的关系

为了研究室外近地面空气中γ放射性核素的检测结果与空气污染等指数的相关性, 项目组将检测结果与3月25日至5月22日期间的空气污染指数及PM 2.5和PM 10等指标相结合, 研究其可能存在的相关性, 其统计分析结果如表 2所示。其中空气污染指数、PM 2.5和PM 10等指标是根据采样当天环保部门公布的数据, 计算的采样期间的平均值。

表 2 室外近地面空气中放射性核素监测结果与空气污染指数的统计分析

相关系数是表示两个变量之间密切程度的指标, P < 0.05时有统计学意义, 从表 2的统计分析结果可以看出, 212Pb的室外近地面空气中放射性核素活度浓度水平与PM 2.5、PM 10和空气污染指数的相关性有统计学意义, 成正相关关系。7Be的室外近地面空气中放射性核素活度浓度与空气污染指数的相关性有统计学意义, 是弱负相关关系。

PM 2.5是指大气中直径小于或等于2.5 μm的颗粒物, 也称为可入肺颗粒物。PM 2.5在PM 10中占有很大比例, 根据文献报道, 北京地区1999年至2001年, PM 2.5与PM 10比值的年均值为55%[12]。空气污染指数(Air pollution Index, 简称API)是一种反映和评价空气质量的指标, 是将常规监测的几种空气污染物的浓度简化为单一的概念性数值形式, 并分级表征空气质量状况与空气污染程度, 适用于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势[13]。

本次监测期间内没有重度污染天气, 有中度重污染4 d, 轻度污染4 d, 轻微污染8 d, 空气质量良13 d, 空气质量优9 d。PM 2.5的范围值为11.3~161.7 μg/m3。PM 10的范围值为19.7~337.7 μg/m3。

为直观观察212Pb的活度浓度与PM 2.5、PM 10和空气污染指数的关系, 项目组将监测结果分别进行了制图比较, 相应结果如图 1~3所示。7Be与空气污染指数的关系如图 4所示。

图 1 212Pb与PM 2.5关系制图

图 2 212Pb与PM 10关系制图

图 3 212Pb与空气污染指数关系制图

图 4 7Be与空气污染指数关系制图
3.2 监测结果与既往报道的数据比较

从本次监测的室外近地面空气气溶胶中212Pb的活度浓度水平来看, 其与文献[14]中报道的1988年2月至1989年1月期间, 北京地区大气中212Pb的活度浓度水平基本相当, 本次监测的212Pb的活度浓度水平范围是0.033~ 0.231 Bq/m3, 文献[14]中报道的212Pb的活度浓度水平范围是0.070~2.42 Bq/m3。本次监测的212Pb的活度浓度最大值小于文献[14]中报道的最大值。这可能是由于空气中212Pb的浓度随季节变化的影响所造成的, 据文献[14]中报道北京地区大气中212Pb浓度最高值出现在1月和10月, 最低是7月和8月, 如按季节分则是冬季最高, 随后依次是秋、春、夏。

本次监测的各项结果与文献[15]中报道的西安地区大气环境气溶胶样品中放射性核素的监测结果进行了比较。文献[15]中报道, 2002年4月至2003年4月, 西安地区大气气溶胶中放射性核素7Be和212Pb的年平均浓度分别为6.68 × 10-3 Bq/m3和0.65 Bq/m3。本次北京地区的监测结果与文献[15]中报道的结果在活度浓度的量级水平上基本相当。

4 结论

212Pb是天然钍系的子体放射性核素, 从土壤中析出后衰变产生的子体, 产生后与近地面气溶胶结合形成放射性气溶胶, 其母体的析出率受气象因素影响很大[15]。从本项监测可以分析出它们的迁移过程与PM 2.5、PM 10和空气污染指数有一定的正相关关系。7Be是宇生放射性核素, 其生成后与高空的气溶胶结合形成放射性气溶胶, 向地面沉降。本项监测看出其仅与空气污染指数有弱的负相关关系。

从本次监测工作中的结果来看, 其活度浓度的水平与既往或其他城市的监测结果在量级上基本相当, 未见异常。

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