University of Helsinki, Helsinki 2006
Chemical and source characterisation of size-segregated urban air particulate matter
Markus Sillanpää
Doctoral dissertation, October 2006.
University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Chemistry, Laboratory of Analytical Chemistry and Finnish Meteorological Institute.
Terveydelle haitallisten kaupunki-ilman hiukkasten kemiallisia ominaisuuksia ja vaikutusten biologisia mekanismeja ei tunneta kovin hyvin. Tämän väitöskirjan ensimmäisenä päätavoitteena oli suuritehoisen monivaiheimpaktorin (HVCI) toimivuuden varmentaminen ilmassa leijuvien hiukkasten keräyksessä fysikaalis-kemiallisia ja toksikologisia tutkimuksia varten. Toisena päätavoitteena oli tehdä syvällinen kemiallisen koostumuksen ja lähteiden tarkastelu erilaisten saastejaksojen aikana kerätyistä hiukkasnäytteistä.
Kaupunki-ilman hiukkasnäytteet kerättiin HVCI:llä, virtuaali-impaktoreilla ja Berner-alipaineimpaktorilla. Keräyskampanjat toteutettiin kuudessa kaupungissa: Helsinki, Duisburg, Praha, Amsterdam, Barcelona ja Ateena. Hiukkasnäytteistä määritettiin kerätty massa, yleiset ionit, vesiliukoiset ja kokonaisalkuaineet sekä alkuainehiili ja orgaaninen hiili.
Tässä työssä tehty laboratoriokalibrointi ja keräinten välinen vertailu kenttätutkimuksessa osoittivat, että HVCI:llä voidaan kerätä koon suhteen eroteltuja hiukkasnäytteitä tehokkaasti suuren ilmavirtauksen avulla. Keräyksissä käytetyn HVCI:n leikkausrajat olivat 2,4 µm, 0,9 µm ja 0,2 µm. HVCI:llä mitattujen hiukkasten massapitoisuudet vastasivat hyvin vertailukeräimillä saatuja tuloksia. Sen sijaan kemiallisissa määrityksissä esiintyi poikkeamia HVCI- ja vertailukeräinnäytteiden välillä, erityisesti pienhiukkasten kokoluokassa. Näin ollen altistumismuuttujaa koskevat kemialliset määritykset pitää tehdä samoista HVCI-näytteistä, joita käytetään toksikologisissa tutkimuksissa. Rinnakkaisten pientehokeräinten tulokset mahdollistavat kemiallisen massasulkeuman tekemisen ja lähdetarkastelun.
Virtuaali-impaktorilla kerättyjen pienhiukkasten (PM2.5; halkaisija Dp < 2,5 μm) pääkomponenteiksi määritettiin hiiltä sisältävät yhdisteet, sekundääriset epäorgaaniset ionit ja merisuola, kun taas isoja hiukkasia (PM2.5-10; halkaisija 2,5 μm < Dp < 10 μm) sisältävien näytteiden pääkomponentit olivat maaperä, hiiltä sisältävät yhdisteet, merisuola ja nitraatti. Analysoidut kemialliset komponentit selittivät yhteensä 77-106% PM2.5-massasta ja 77-96% PM2.5-10-massasta. Keräyskampanjoiden välillä oli melko suuria eroja PM2.5-näytteiden orgaanisen hiilen osuudessa ja PM2.5-10-näytteiden maaperämineraalien osuudessa. Kemiallisiin merkkiaineisiin perustuvan lähdeanalyysin mukaan hiukkaslähteiden (mm. liikenne, kotitalouksien puu- ja kivihiililämmitys, metalliteollisuuslaitokset, hiukkasten alueellinen ja kaukokulkeuma) osuudet vaihtelivat huomattavasti keräyskampanjoiden välillä. Yhteenvetona voidaan todeta, että kenttäkampanjat poikkesivat toisistaan hiukkasten lähteiden, kokojakauman ja kemiallisen koostumuksen suhteen, mikä tarjoaa erittäin käyttökelpoisen asetelman HVCI-näytteiden toksikologisille tutkimuksille.
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
© University of Helsinki 2006
Last updated 28.09.2006