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大气中空气动力学直径在2.5μm以下的颗粒物被称为PM2.5颗粒物,因其可以通过人体呼吸道的阻挡而直接进入肺部,对人体健康有较大影响,所以近些年来国内各地陆续加强了对PM2.5大气颗粒物监测与分析工作。 外束质子荧光(ExternalbeamprotoninducedX-rayemission,外束PIXE)分析是一种将质子束由加速器真空管道引出后,在空气或He气中轰击待测样品进行表面元素定量分析的方法。该方法不受样品物态和形状等因素影响,对在真空中难以分析的易挥发液体、粉末和生物样品等可进行有效的分析,又可避免在真空靶室中的电荷积累效应,而且免除了样品室建立真空环境的步骤,提高了工作效率。目前该方法已经被认为是对PM2.5大气颗粒物进行元素定量分析的有效方法。 北京师范大学串列加速器实验室利用GIC41172×1.7MeV串列加速器对原有的卢瑟福背散射(Rutherfordbackscattering,RBS)靶室进行了修改,加装了质子束引出管道,并设计了相配套的真空保护阀、He气通入系统、束流监测系统,建立了可用于PM2.5大气颗粒物元素定量分析的外束PIXE分析系统,并使用标准样品获得了近20种大气颗粒物常见元素的外束PIXE分析系统刻度因子。对Z≥15的大多数元素,刻度因子的重复性较好,相对标准偏差在2％左右。通过降低样品与探测器Be窗之间空气层的有效厚度来削弱空气对低能X射线的吸收作用并降低空气中Ar元素的峰面积,可使标准样品中特征X射线能量较低的Mg、Al的探测限降低一个数量级。 正矩阵因子分析(Positivematrixfactorization,PMF)方法创立于上世纪90年代,是一种多元因子分析方法,相对于目前使用较多的化学质量平衡(Chemicalmassbalance,CMB)方法,PMF无需收集庞大的污染源指纹资料,不会出现传统CMB法在解析相似的共线性的污染源时无法有效判定污染源的问题,而且能处理遗漏的数据和小于探测限的数据,这样能反过来根据数据的不确定性来衡量元素的质量。使用PMF方法对采集于2010年的200余个北京市PM2.5大气颗粒物样品做了来源解析,结果表明北京市PM2.5大气颗粒物主要有交通排放、自然土壤、工业、生物质燃烧、燃煤等5大来源。