Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phân tích hạt nhân phối hợp với một số kỹ thuật phân tích hỗ trợ góp phần giải quyết bài toán ô nhiễm bụi khí pm10

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
__________________________

Vương Thu Bắc

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
KỸ THUẬT PHÂN TÍCH HẠT NHÂN PHỐI HỢP VỚI
MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÂN TÍCH HỖ TRỢ
G P PH N GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN
Ô NHIỄM BỤI KHÍ PM-10

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Hà Nội - 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM
__________________________

Vương Thu Bắc

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
KỸ THUẬT PHÂN TÍCH HẠT NHÂN PHỐI HỢP VỚI

MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÂN TÍCH HỖ TRỢ
G P PH N GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN
Ô NHIỄM BỤI KHÍ PM-10

Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử và Hạt nhân
Mã số: 62 44 05 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Phạm Duy Hiển

Hà Nội - 2013


LATS VLNT&HN

L

ư

ư

.

VTBắc

i


LATS VLNT&HN

L
c

c

c

.TS.
c

T c

c

c

V

c

,

c

.

V

c

V
T

T

c
c

c

c
c
c

c

c

c.
.TS. Tang Seung Mun - T

(NUS), GS.TS. David D. Cohen - V
c

c

c (A
ắc

c

10;

c

c

T
Clarkson

c

c

T

c
c

GT.TS. Philip K. Hopke c

T

c

c

)

c

;c

gây
c

TS. Andrzej Markowicz c

rf

c

(IAEA),

c
c

c
c

PM10.
c

c

c c

c c

c
T c
c

VTBắc

c

c

.

c
c

c

c

c

.

ii


LATS VLNT&HN

..................................................................................................... i
.......................................................................................................... ii

.............................................................................................................. iii
V
B

V T T T ..................................... vii

....................................................................................... x
V V

T

........................................................... xii

................................................................................................................. 1
1.
c

2.

c

........................................................................................... 1

c

c

c

.................................................................. 3

c

3.
c

3.1.
c

3.2.

4.1.

V

4.2.

c
c

c

.................................................................................. 4

c

........................................................................... 5

B c cc

........................................................................................ 5

T
1.1.
1.1.1.

........................................................................ 4
..................................................................................... 4

5.
6.

............................................................................ 3
................................................................................ 4

cc

4.

V

B

ặc

............................................. 6

c ấ c
c

c và s phân b

10 ................. 6

c

cc

t b i khí.............. 6

1.1.2.

Thành ph n và tính chất c a ô nhi m b i khí PM10 ........................ 8

1.1.3.

Tác h i c a ô nhi m b i khí ......................................................... 11
cc

1.2.

i khí PM10................................................... 16

1.2.1.

Ngu n g c phát sinh .................................................................... 16

1.2.2.

B i khí ở nông thôn và các vùng xa xôi ....................................... 18

1.2.3.

B i khí ở c c

...................................................................... 20

1.3.

c

10

1.4.

c

10

VTBắc

................................................................. 3

.................................................. 22
ở

c................................................. 27

iii

LATS VLNT&HN

c

1.5.

.......................... 29

10

ở

1.5.1. Nghiên c u ô nhi m b i khí và

i v i s c kho ............. 29

1.5.2. Nghiên c u ô nhi m b i khí lan truy n t m xa (LRT) ....................... 29
ở

1.5.3. Nghiên c u ô nhi m b i khí và s
c

1.6.

c

n bi
ở

i khí h u .. 29

c

ấ

............................................................................. 30
c

c

ở

ấ

c

........ 30

........................................ 30
T

.

TV

2.1.

........... 32

.................................................................... 32

2.1.1. Ch n v trí thu góp m u .................................................................... 32
2.1.2. Thi t b thu góp m u nhi u t ng ....................................................... 33
2.1.3. Thi t b thu góp m u theo quán tính ................................................. 34
c

2.2.

(NATs) .......................................... 36

2.2.1.

K thu t phân tích kích ho

2.2.2.

K thu t phân tích huỳ

ng c (INAA) ................... 37
ng

(ED-XRFA) ............................................................................................... 43
2.2.3.

K thu t phân tích phát x tia X t o bởi chùm proton trên máy

gia t c (PIXEA) ......................................................................................... 62
c

2.3.

c

2.3.1.

i qui tuy n tính nhi u bi n (MLR) ..... 67

2.3.2.

Phân tích nhân t theo thành ph n chính (PCFA) ......................... 71

2.3.3.

Phân tích thừa s ma tr

3. T
3.1.

.................................... 76

T

T

3

V T
c

T

.... 82

................................. 82

......................................................................... 82

3

c

................................................................... 82

3.1.3.

c

B ................................................................... 84

3

VTBắc

............................. 67

B

2.5,

PM2.5-10

-B ở

................ 84

iv


LATS VLNT&HN

c

3.2.

ằ

10

3.2.1.

Thi t l p các ch

3.2.2.

Chuẩn b m u phân tích và chi u x m

......... 86

phân tích trong k thu t INAA..................... 86
................ 88

c

3.2.3.
c

3.2.4.

ng nguyên t ......... 90
i h n phát hi n (LOD) trong k thu t INAA............. 93

c

3.3.

ằ

10

E -XRF .... 95

3.3.1.

Ph k ED-XRFA ........................................................................ 95

3.3.2.

S

ởng c

c

c

ặc

b cx

.... 96

3.3.3.

c

3.3.4.

c

nh y nguyên t trong k thu t ED-XRFA ................ 99

3.3.5.

c

ng nguyên t hóa h c trong ED-XRFA ......... 101

3.3.6.

c

nh gi i h n phát hi n trong k thu t XRFA ..................... 103

nh h s hấp th kh i bằ

truy n qua 97

c

3.4.

ằ

10

E ..... 104

Ph k PIXEA ở NUS ................................................................ 104

3.4.1.
3.4.2.

c

nh di

3.4.3.

c

nh gi i h n phát hi n trong k thu

c

3.5.

c

ỉ

ặc

c c

E
10

c c

3.6.

ng nguyên t ........ 106
10 ....

ằ

108

..... 110

c ........................................................ 113

3.6.1.

T

a các giá tr phê chuẩn và k t qu phân tích....... 113

3.6.2.

S

a các nguyên t có cùng ngu n g c ............... 118

3.6.3.

So sánh k t qu

3.7.

c

3.8.

c

c
c

c c

c c

c

c c

2.5

c

2.5

c

và PM2.5-10.... 121

và PM2.5-10 ................ 123

3.8.1.

Các y u t

3.8.2.

Mô hình h i qui PM2.5 & PM2.5-10 khí theo các y u t

3.9.

....... 119

n b i khí PM2.5 và PM2.5-10 ...... 123

2.5

và PM2.5-10

c

ng 124
ở

999-2001 ......................................................................... 128
3.9.1.

c

ặc

ở

n ô nhi m b i khí PM10

ở Hà N i .................................................................................................. 129

VTBắc

v


LATS VLNT&HN

3.9.2.

Các mô hình ngu n ô nhi m b i khí theo từng lo

3.9.3.

B i khí lan truy

o ........ 131

xa (LRT) và b i khí t i ch (LB) ............ 135

3.10.

2.5

Bắc

và PM2.5-10 ở

-2002 ............................................................ 136

3.10.1.

n hoá h c c

2.5

và PM2.5-10

ở thành th và nông thôn ........................................................................... 137
Mô hình các ngu n ô nhi m b i khí ở thành th , nông thôn và

3.10.2.

c a chúng ............................................................................. 139

s
T

V

.............................................................................. 145

........................................................................................................ 145
...................................................................................................... 149
T
c

B

.................. 150

................................................................................................... 150
c ............................................................................................. 152
T

T
T

T
V

..................................................... 153

............................................................................... 153
............................................................................... 154

............................................................................................................ 162

VTBắc

vi


LATS VLNT&HN

T
ữ v ết t t

ế

AED

Aerodynamic Equivalent
Diameter

ANSTO

Australian Nuclear Science &
Technology Organization

APM

Air Particulate Matter

Ave

Average

BC

Black Carbon

BT

Back Trajectory

CA

Correlation Analysis

ĩa t ế

ệt
c

c

K

C

c
B

ắ

c

Asian South-East
EA

Eigenvector Analysis

c

éc

ED-XRFA

Energy Dispersive X-Ray
Fluorescence Analysis

c

ỳ

EM

Error Model

EPA

Environmental Protection
Agency

ET

Emission – Transmission

EV

Explained Variation

c

c
c

Factor
loading

Factor loading

Factor score

Factor score

FP

Fundamental Parameter

Fpeak
HPGe

High Purity Germanium

IAEA

International Atomic Energy
Agency

IC

VTBắc

Ion Chromatography

T

c

T
PMF2

c

é

Germani
c
ắc

vii


LATS VLNT&HN

INAA

Instrumental Neutron
Activation Analysis

INST

Institute for Nuclear Science
and Technology

LB

Local Burning

LOD

Limit of Detection

c

c

c

V
Nhân

c&

c

T

c

Nuclear Reactor
LR

Light Reflection

LRT

Long Range Transport

MA

Minimum Activity

Max

Maximum

MCA

Multi-Channel Analyzer

Min

Minimum

MLR

Multiple Linear Regression

n

Neutron

NAAQS

National Ambient Air Quality
Standard

c
c
c

T

c

c

Nutritional and Health-Related
Environmental Studies

c

NATs

Nuclear Analytical Techniques

c

NIST

National Institute of Standards
and Technology

NR

Nuclear Reactor

NRI

Nuclear Research Institute

V

NUS

National University of
Singapore

T

P

Pressure

Áp suấ

PCFA

Principle Component Factor
Analysis

NAHRES

PIXEA

c
c
c

V
gia

c

ẩ

c

c

c

c

c
chính
c

Proton Induced X-ray
Emission Analysis

c

PM

Particulate Matters

B

PM10

PM with aerodynamic diameter B
less than 10m
c

VTBắc

ẩ c ấ

ở

c
m

viii


LATS VLNT&HN

PM2.5

PM with aerodynamic diameter B
less than 2.5m
c

PM2.5-10

PM with aerodynamic diameter B
c
from 2.5m to 10m
c ừ


PMFA

Positive Matrix Factorization
Analysis

ppm

Part per million

PTN

Laboratory

p-value

Statistical significance level

QA&QC

Quality Assurance and Quality
Control

QTKT

Meteorological Observation
Station

RAIN

Rainfall

RH

Relative Humidity

rotmat

Rotational matrix

c
m

c

c

m
ừ

c
c ấ

c ấ
T ắc

T

ẩ

Source profile Source profile
SUN

Sun

T

Temperature

T

T T

Meteorological Monitoring
Station

ặ
T

)

T ắc

T
c

US-EPA

United State Environmental
Protection Agency

VAEC

Vietnam Atomic Energy
Commission

V
Nam

WS

Wind Speed

T c

y

Year



B

u

B

z

B

VTBắc

ắ

V

c
c

ix