深圳市大气 210 Pb的活度浓度、沉降通量和沉积速率研究
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WU Jia-bao1, LI Yong1, LIU Guo-qing1*, SU Ling-ling2 and DING Min-xia3
1. Department of Nuclear Science and Technology, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen
w Key words: atmospheric aerosol; 210Pb; depositional fluxes; depositional velocities; Shenzhen w 性核素, 大气中的 210Pb 一旦生成即被气溶胶粒子所
0引言
吸附, 随后参与各种大气过程, 最终通过干湿沉降作
Geochimica ▌ Vol. 50 ▌ No. 2 ▌ pp. 219–225 ▌ Mar., 2021
第2期
吴家堡等: 深圳市大气 210Pb 的活度浓度、沉降通量和沉积速率研究
221
原煤中通常含有一定的天然放射性核, 在煤炭燃烧 亦是影响其近地面含量的重要因素。图 2 为大气 210Pb
1.8 keV, 相对效率为 38%。探测器对于 210Pb 的效率
刻度采用中国计量科学研究院定值的气溶胶监测效
率校准源(152Eu+137Cs), 根据各能量峰的探测效率进
行效率曲线拟合, 获得全能峰效率曲线。气溶胶中
210Pb 的比活度依据 210Pb 所发射出的特征 射线(能
量为 46.5 keV, 分支比为 4.05%)进行定量分析, 根
第 50 卷 第 2 期 2021 年 3 月
GEOCHIMICA
Vol.50, No.2, 219–225 Mar., 2021
深圳市大气 210Pb 的活度浓度、沉降通量和 沉积速率研究
吴家堡 1, 李 涌 1, 刘国卿 1*, 苏玲玲 2, 丁敏霞 3
(1. 深圳大学 物理与光电工程学院 核科学与技术系, 广东 深圳 518060; 2. 深圳技术大学 先进材料测试中心, 广东 深圳 518118; 3. 深圳市环境监测中心站, 广东 深圳 518049)
摘 要: 2017 年 1 月至 12 月, 研究分析了深圳市大气气溶胶中 210Pb 的活度浓度、沉降通量和沉积速率。结
n 果表明, 深圳市大气 210Pb 比活度范围为 0.59~4.72 mBq/m3 (平均值为 1.58 mBq/m3); 沉降通量范围为 0.45~ .c 1.31 Bq/(m2d) (平均值为 0.74 Bq/(m2d)); 沉积速率范围为 0.09~1.44 cm/s (平均值为 0.71 cm/s)。研究发现, 深
样品采集点的气象资料由深圳市环境监测中心 站提供, 采用了深圳市南山区华侨城自动观测站的 日平均数据, 其中大气 PM2.5 含量通过环境空气质 量自动监测系统(美国热电 5030SHARP)自动获取。
2 结果与讨论
每一张滤膜在探测器中都有相同的几何衰变条件, 直接置于高纯锗谱仪上进行分析测定。大气沉降样
圳市大气 210Pb 比活度冬季高、夏季低, 其季节变化受气象条件和不同气团来源综合影响。大气 210Pb 的沉降 通量和沉积速率均与降水量呈明显的正相关关系, 提示降雨是大气中 210Pb 去除的有效途径。
a 关键词: 大气气溶胶; 210Pb; 沉降通量; 沉积速率; 深圳
ic 中图分类号: P593; X831
h 518060, China;
2. Center for Advanced Materials Diagnostic Technology, Shenzhen Technology University, Shenzhen 518118, China;
c 3. Shenzhen Environmental Monitoring Center, Shenzhen 518049, China o Abstract: In this study, the specific activity concentrations, depositional fluxes, and deposition velocities of 210Pb
据式(1)进行计算[10]。
C210 Pb
Ns Nb V
(1)
式中, C 为大气 210Pb 活度浓度, 单位为 Bq/m3; Ns、
Nb 分别为样品峰和本底计数率, 单位为 s−1; 为特征
峰效率; 为射线衰变分支比(=4.05%); V 为大气气
溶胶采集体积, 单位为 m3。
大气气溶胶中 210Pb 沉降通量按式(2)进行计算[9]。
pH 值, 使其小于 2, 并按每升样品 20 mg 的 Fe3+量 与国内北方城市相当[11], 高于我国厦门地区[6]、日本
加入 FeCl3 溶液, 搅拌均匀, 放置 24 h。然后缓慢的 熊本[13]、西班牙马拉加[15]和美国密歇根州的底特律
加入氨水溶液, 调节溶液的 pH 值约为 8.5, 快速搅 地区[14]。中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,
F
A S t
(2)
式中, F 为大气 210Pb 总沉降通量, 单位为 Bq/(m2d);
A 为放射性活度, 单位为 Bq; S 为样品收集箱底面积,
单位为 m2; t 为采样周期, 单位为 d。由于 210Pb 的半
衰期较长, 大气 210Pb 的活度浓度与沉降通量未进行
时间衰变修正。
1.4 气象数据
210Pb 的活度浓度与沉降通量, 研究其季节变化规律,
估算大气气溶胶沉积速率, 研究结果有助于认识区
a 域大气物质的迁移传输过程, 为人体健康保护提供 ic 科学依据。
1 实验方法
im 1.1 样品采集 采 样 点 选 择 在 深 圳 大 学 实 验 楼 楼 顶 (22.5°N,
h 113.9°E), 距地面高度约 20 m, 采集时间从 2017 年 1 c 月至 12 月。大气气溶胶样品用大流量颗粒物采样器
代沉积物计年学中得到广泛应用[2]; 在 222Rn 源已知 的情况下, 210Pb 的大气浓度数据可作为气溶胶沉降
1.3 样品分析
与清除过程的良好示踪剂[3–5]; 另外, 大气 210Pb 对
本实验所使用的探测器型号为 GEM5970, 美
于不同气团(如大陆性气团或海洋性气团)来源的判 国 ORTEC 公司生产。其晶体的直径为 59 mm, 高
deposition velocities of 210Pb ranged from 0.09–1.44 cm/s (with an average value of 0.71 cm/s). The activity concentrations of 210Pb were higher in winter than that in summer; the seasonal variation of 210Pb was largely affected by meteorological conditions and air mass origin. The deposition fluxes and deposition velocities of 210Pb
科技有限公司)采集, 样品采集箱直径为 0.55 cm, 高 为 0.6 m, 每次采样前, 依次用 2%的 HCl 和去离子水清
w 洗采集箱壁和箱底, 每个样品的采集周期约为 1 个月。
1.2 样品处理
w 大气气溶胶样品采集后将滤膜折叠成 6 cm × w 4 cm × 1 cm 的小长方体, 封装于塑料盒中, 以便于
2.1 大气中 210Pb 的比活度
品的处理方法参考文献[10], 每次采样后, 依次用
深 圳 市 大 气 210Pb 的 比 活 度 范 围 为 0.59~
2%的 HCl 和去离子水清洗箱底和箱壁, 并将清洗液 4.72 mBq/m3, 平均值为 1.58 mBq/m3。表 1 为不同地
转移到大塑料桶中。用 6 mol/L 的 HCl 调节溶液的 区大气 210Pb 含量比较, 深圳市大气 210Pb 的比活度
收稿日期(Received): 2019-04-20; 改回日期(Revised): 2019-07-20; 接受日期(Accepted): 2019-08-01 基金项目: 广东省自然科学基金(2016A030313037); 深圳市科技研发资金(JCYJ20170818100556755) 作者简介: 吴家堡(1994–), 男, 硕士, 粒子物理与原子核物理专业。E-mail: 89068279@ * 通讯作者(Corresponding author): LIU Guo-qing, E-mail: liugq@; Tel: +86-755-26536232
识亦提供了一种优良的示踪手段[5–6]。目前, 国内关
度为 70 mm, 60Co 点源 1332 keV 能量半峰宽不大于
于大气气溶胶中 210Pb 的研究较少, 并主要集中于高 海拔地区[7–8]。深圳地处亚热带季风气候区, 是我国
南方最为重要的海滨城市之一, 亦是我国天然辐射
n 的高本底地区[9]。本工作以深圳市为研究靶区, 拟通 .c 过对大气气溶胶与大气沉降的同步观测, 分析大气
w showed a significant positive correlation with the amount of rainfall, suggesting that precipitation plays an important
role in removing 210Pb from the atmosphere.
文献标识码: A
DOI: 10.19700/j.0379-1726.2021.02.008
文章编号: 0379-1726(2021)02-0219-07
Activity concentrations, depositional fluxes and deposition velocities of
im 210Pb in atmospheric aerosols of Shenzhen
用汇集于地表。研究表明, 大气中 210Pb 的活度浓度主
铅-210 (210Pb, t1/2=22.3 a)是铀衰变系的产物, 要受地表 Rn 析出率、海拔高度和经度的影响, 其活度
来自于母体氡(222Rn, t1/2=3.8 d)的衰变。作为颗粒活 浓度在中亚热带和北半球温带大陆地区为最高[1]。
Geochimica ▌ Vol. 50 ▌ No. 2 ▌ pp. 219–225 ▌ Mar., 2021
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2021 年
天然放射性核素 210Pb 是研究大气物质迁移传 拌 3 min, 慢搅 15 min, 放置 24 h。最后通过虹吸、
输的良好示踪剂。大气 210Pb 因其半衰期较长, 在现 离心和干燥, 将样品转移至测量盒中待测。
(武汉天虹仪表厂)采集, 采集流量为 1.05 m3/min,
o 样品采集前先用无水乙醇擦拭干净, 用玻璃纤维滤 e 膜(Whatman, GF/A, 20.3×25.4 cm)收集大气气溶胶样
品, 样品每周采集 1 次, 每次采集 24 h; 大气沉降样品
.g 用 FPS-2 型辐射环境干湿沉降自动采样器(长沙湘蓝
in atmospheric aerosols of Shenzhen were studied from January to December 2017. Results indicated that the 210Pb
e radioactivity activity concentrations ranged from 0.59–4.72 mBq/m3 (with an average of 1.58 mBq/m3), .g depositional fluxes of 210Pb ranged from 0.45–1.31 Bq/(m2d) (with an average value of 0.74 Bq/(m2d)), and
1. Department of Nuclear Science and Technology, College of Physics and Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen
w Key words: atmospheric aerosol; 210Pb; depositional fluxes; depositional velocities; Shenzhen w 性核素, 大气中的 210Pb 一旦生成即被气溶胶粒子所
0引言
吸附, 随后参与各种大气过程, 最终通过干湿沉降作
Geochimica ▌ Vol. 50 ▌ No. 2 ▌ pp. 219–225 ▌ Mar., 2021
第2期
吴家堡等: 深圳市大气 210Pb 的活度浓度、沉降通量和沉积速率研究
221
原煤中通常含有一定的天然放射性核, 在煤炭燃烧 亦是影响其近地面含量的重要因素。图 2 为大气 210Pb
1.8 keV, 相对效率为 38%。探测器对于 210Pb 的效率
刻度采用中国计量科学研究院定值的气溶胶监测效
率校准源(152Eu+137Cs), 根据各能量峰的探测效率进
行效率曲线拟合, 获得全能峰效率曲线。气溶胶中
210Pb 的比活度依据 210Pb 所发射出的特征 射线(能
量为 46.5 keV, 分支比为 4.05%)进行定量分析, 根
第 50 卷 第 2 期 2021 年 3 月
GEOCHIMICA
Vol.50, No.2, 219–225 Mar., 2021
深圳市大气 210Pb 的活度浓度、沉降通量和 沉积速率研究
吴家堡 1, 李 涌 1, 刘国卿 1*, 苏玲玲 2, 丁敏霞 3
(1. 深圳大学 物理与光电工程学院 核科学与技术系, 广东 深圳 518060; 2. 深圳技术大学 先进材料测试中心, 广东 深圳 518118; 3. 深圳市环境监测中心站, 广东 深圳 518049)
摘 要: 2017 年 1 月至 12 月, 研究分析了深圳市大气气溶胶中 210Pb 的活度浓度、沉降通量和沉积速率。结
n 果表明, 深圳市大气 210Pb 比活度范围为 0.59~4.72 mBq/m3 (平均值为 1.58 mBq/m3); 沉降通量范围为 0.45~ .c 1.31 Bq/(m2d) (平均值为 0.74 Bq/(m2d)); 沉积速率范围为 0.09~1.44 cm/s (平均值为 0.71 cm/s)。研究发现, 深
样品采集点的气象资料由深圳市环境监测中心 站提供, 采用了深圳市南山区华侨城自动观测站的 日平均数据, 其中大气 PM2.5 含量通过环境空气质 量自动监测系统(美国热电 5030SHARP)自动获取。
2 结果与讨论
每一张滤膜在探测器中都有相同的几何衰变条件, 直接置于高纯锗谱仪上进行分析测定。大气沉降样
圳市大气 210Pb 比活度冬季高、夏季低, 其季节变化受气象条件和不同气团来源综合影响。大气 210Pb 的沉降 通量和沉积速率均与降水量呈明显的正相关关系, 提示降雨是大气中 210Pb 去除的有效途径。
a 关键词: 大气气溶胶; 210Pb; 沉降通量; 沉积速率; 深圳
ic 中图分类号: P593; X831
h 518060, China;
2. Center for Advanced Materials Diagnostic Technology, Shenzhen Technology University, Shenzhen 518118, China;
c 3. Shenzhen Environmental Monitoring Center, Shenzhen 518049, China o Abstract: In this study, the specific activity concentrations, depositional fluxes, and deposition velocities of 210Pb
据式(1)进行计算[10]。
C210 Pb
Ns Nb V
(1)
式中, C 为大气 210Pb 活度浓度, 单位为 Bq/m3; Ns、
Nb 分别为样品峰和本底计数率, 单位为 s−1; 为特征
峰效率; 为射线衰变分支比(=4.05%); V 为大气气
溶胶采集体积, 单位为 m3。
大气气溶胶中 210Pb 沉降通量按式(2)进行计算[9]。
pH 值, 使其小于 2, 并按每升样品 20 mg 的 Fe3+量 与国内北方城市相当[11], 高于我国厦门地区[6]、日本
加入 FeCl3 溶液, 搅拌均匀, 放置 24 h。然后缓慢的 熊本[13]、西班牙马拉加[15]和美国密歇根州的底特律
加入氨水溶液, 调节溶液的 pH 值约为 8.5, 快速搅 地区[14]。中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,
F
A S t
(2)
式中, F 为大气 210Pb 总沉降通量, 单位为 Bq/(m2d);
A 为放射性活度, 单位为 Bq; S 为样品收集箱底面积,
单位为 m2; t 为采样周期, 单位为 d。由于 210Pb 的半
衰期较长, 大气 210Pb 的活度浓度与沉降通量未进行
时间衰变修正。
1.4 气象数据
210Pb 的活度浓度与沉降通量, 研究其季节变化规律,
估算大气气溶胶沉积速率, 研究结果有助于认识区
a 域大气物质的迁移传输过程, 为人体健康保护提供 ic 科学依据。
1 实验方法
im 1.1 样品采集 采 样 点 选 择 在 深 圳 大 学 实 验 楼 楼 顶 (22.5°N,
h 113.9°E), 距地面高度约 20 m, 采集时间从 2017 年 1 c 月至 12 月。大气气溶胶样品用大流量颗粒物采样器
代沉积物计年学中得到广泛应用[2]; 在 222Rn 源已知 的情况下, 210Pb 的大气浓度数据可作为气溶胶沉降
1.3 样品分析
与清除过程的良好示踪剂[3–5]; 另外, 大气 210Pb 对
本实验所使用的探测器型号为 GEM5970, 美
于不同气团(如大陆性气团或海洋性气团)来源的判 国 ORTEC 公司生产。其晶体的直径为 59 mm, 高
deposition velocities of 210Pb ranged from 0.09–1.44 cm/s (with an average value of 0.71 cm/s). The activity concentrations of 210Pb were higher in winter than that in summer; the seasonal variation of 210Pb was largely affected by meteorological conditions and air mass origin. The deposition fluxes and deposition velocities of 210Pb
科技有限公司)采集, 样品采集箱直径为 0.55 cm, 高 为 0.6 m, 每次采样前, 依次用 2%的 HCl 和去离子水清
w 洗采集箱壁和箱底, 每个样品的采集周期约为 1 个月。
1.2 样品处理
w 大气气溶胶样品采集后将滤膜折叠成 6 cm × w 4 cm × 1 cm 的小长方体, 封装于塑料盒中, 以便于
2.1 大气中 210Pb 的比活度
品的处理方法参考文献[10], 每次采样后, 依次用
深 圳 市 大 气 210Pb 的 比 活 度 范 围 为 0.59~
2%的 HCl 和去离子水清洗箱底和箱壁, 并将清洗液 4.72 mBq/m3, 平均值为 1.58 mBq/m3。表 1 为不同地
转移到大塑料桶中。用 6 mol/L 的 HCl 调节溶液的 区大气 210Pb 含量比较, 深圳市大气 210Pb 的比活度
收稿日期(Received): 2019-04-20; 改回日期(Revised): 2019-07-20; 接受日期(Accepted): 2019-08-01 基金项目: 广东省自然科学基金(2016A030313037); 深圳市科技研发资金(JCYJ20170818100556755) 作者简介: 吴家堡(1994–), 男, 硕士, 粒子物理与原子核物理专业。E-mail: 89068279@ * 通讯作者(Corresponding author): LIU Guo-qing, E-mail: liugq@; Tel: +86-755-26536232
识亦提供了一种优良的示踪手段[5–6]。目前, 国内关
度为 70 mm, 60Co 点源 1332 keV 能量半峰宽不大于
于大气气溶胶中 210Pb 的研究较少, 并主要集中于高 海拔地区[7–8]。深圳地处亚热带季风气候区, 是我国
南方最为重要的海滨城市之一, 亦是我国天然辐射
n 的高本底地区[9]。本工作以深圳市为研究靶区, 拟通 .c 过对大气气溶胶与大气沉降的同步观测, 分析大气
w showed a significant positive correlation with the amount of rainfall, suggesting that precipitation plays an important
role in removing 210Pb from the atmosphere.
文献标识码: A
DOI: 10.19700/j.0379-1726.2021.02.008
文章编号: 0379-1726(2021)02-0219-07
Activity concentrations, depositional fluxes and deposition velocities of
im 210Pb in atmospheric aerosols of Shenzhen
用汇集于地表。研究表明, 大气中 210Pb 的活度浓度主
铅-210 (210Pb, t1/2=22.3 a)是铀衰变系的产物, 要受地表 Rn 析出率、海拔高度和经度的影响, 其活度
来自于母体氡(222Rn, t1/2=3.8 d)的衰变。作为颗粒活 浓度在中亚热带和北半球温带大陆地区为最高[1]。
Geochimica ▌ Vol. 50 ▌ No. 2 ▌ pp. 219–225 ▌ Mar., 2021
220
2021 年
天然放射性核素 210Pb 是研究大气物质迁移传 拌 3 min, 慢搅 15 min, 放置 24 h。最后通过虹吸、
输的良好示踪剂。大气 210Pb 因其半衰期较长, 在现 离心和干燥, 将样品转移至测量盒中待测。
(武汉天虹仪表厂)采集, 采集流量为 1.05 m3/min,
o 样品采集前先用无水乙醇擦拭干净, 用玻璃纤维滤 e 膜(Whatman, GF/A, 20.3×25.4 cm)收集大气气溶胶样
品, 样品每周采集 1 次, 每次采集 24 h; 大气沉降样品
.g 用 FPS-2 型辐射环境干湿沉降自动采样器(长沙湘蓝
in atmospheric aerosols of Shenzhen were studied from January to December 2017. Results indicated that the 210Pb
e radioactivity activity concentrations ranged from 0.59–4.72 mBq/m3 (with an average of 1.58 mBq/m3), .g depositional fluxes of 210Pb ranged from 0.45–1.31 Bq/(m2d) (with an average value of 0.74 Bq/(m2d)), and