Tải bản đầy đủ (.pdf) (181 trang)

Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phân tích hạt nhân phối hợp với một số kỹ thuật phân tích hỗ trợ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.71 MB, 181 trang )

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 TỐN
Ơ 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 TỐN
Ơ NHIỄM BỤI KHÍ PM-10

Chun 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 ơ nhi m b i khí PM10 ........................ 8

1.1.3.

Tác h i c a ơ 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 nơng thơn và các vùng xa xơi ....................................... 18


1.2.3.

B i khí ở c c

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

1.3.

c

10

1.4.

c

10

VTBắc

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

.................................................. 22


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

iii



LATS VLNT&HN

c

1.5.

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

10



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 ơ nhi m b i khí lan truy n t m xa (LRT) ....................... 29


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

1.6.

c

n bi


i khí h u .. 29


c



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

c





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.



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.



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.



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



ặc

c c

E
10

c c

3.6.

ng nguyên t ........ 106
10 ....



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 ngun 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.

Mơ 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


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

c

ặc



n ô nhi m b i khí PM10

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

VTBắc

v


LATS VLNT&HN


3.9.2.

Các mơ hình ngu n ơ 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 nơng thơn ........................................................................... 137
Mơ hình các ngu n ơ 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



c

Asian South-East
EA

Eigenvector Analysis

c

éc

ED-XRFA

Energy Dispersive X-Ray
Fluorescence Analysis

c



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




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



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


c
c ấ

c ấ
T ắc

T



Source profile Source profile
SUN


Sun

T

Temperature

T

T T

Meteorological Monitoring
Station


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




V

c
c

ix


LATS VLNT&HN

Trang
B

c

B

T c

B

3 T

c ẩ c ấ

c



T

B

c

ặc
3

c

B

c
&

B

3

c

B

33

c

B


3

B

3
3

B

3

B

3

V

c ............... 16

c

c

c

E c

c
E


c ẩ

. 61

c

c

... 66

c
c

............. 88
c

c ẩ

................ 89
c

c
T
c



.......... 91

c c




c c


c

........... 92

c
......................................... 92

c c
c

...... 42

E -XRFA. ............. 43

T T

B

theo AQI. ............................ 15

.............................................. 24

c


c

T

.......................................... 14

c c

,

3

W

c ỉ
c

B

g.m-3. ........................ 13

10

c

B
B

10


c

c ẩ c ấ
c

B

................................................... 8

c

B
B

c

......................... 94
c



..................................................... 98





Fc

(APM) ....................................................................................... 98

B

39

B

3

B

3

B

3

B

3 3

E

B

3

c

T-


B

3

c c c

c

VTBắc

c

c ẩ

c

c

c c

c

c c

Z≤



........... 100
................. 102


E -2110. ...................... 104
c c

c



E

................ 109

......................................................... 110



.......................... 114


..................... 115

x


LATS VLNT&HN

B

3


B

3-

c

c





E
E

3

B

3 9

B

3

c c

3-04. ..................................................................................... 122

trong PM10

B

c

.............. 117

T



c c

9 9 -8/99). ........ 127

c

(p = 0.01). ................................................. 128

c

c

c

...... 131

g/m3). ............................................................................... 131
B

3


c

B

3

B

3 3

. ............ 134
c

c



VTBắc

BC và K+ theo q

c c

..... 136

c
-3

c


). ....................................... 137

1

ặc

c

c c

c T1/2

2

ặc

c

c c

c T1/2 trung bình. ...................... 162

3

ặc

c

c c


c T1/2 dài. ................................. 163

4 T


24 ,

T& B

ừ 200 -

c c
c

ắ ............................... 162

c
c



c
E

9

). ............ 165

xi



LATS VLNT&HN

Trang
c

cc c

c. ............................ 7

c
3

c

c

c
c

Hình 1.4.



c

&

c


............................. 11


ừ 9

c

PM2.5
2.5

c

(2002-2005). ........... 23



T

99 ........................... 26

ắc

V

............... 28



c


c

c
c

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

T

3

E T-SFU ......................... 35

ắc c

.................................... 36

phát có anode là Mo .................................................. 45
X ặc

c

c c
cc

c

3


c

.............. 33

ắc c

c c

3

–05 ....... 12

-2005). ................... 23



Hình 1.7. Các ng

.................................................. 47
X ặc

....................................... 48
. .................... 52



c

c


&

c

2.5,

&

PM2.5-10. ............... 83
2.5. .........................

83

33

c

2.5

ừ 99

9 .............................. 85

3

c

10

ừ 99


9 ............................... 85

3

c

2.5-BC

3

c
c

39

c

3

........................................... 90

..................................................... 94


E -XRF SEAX

c ẩ

9 ........................ 85

............ 87



3

3

ừ 99

c c

3

VTBắc

............................................ 9

Xở


T V E
c

................... 95
............................. 96
c c

.... 97


xii


LATS VLNT&HN

3

c ẩ

X

c

c c

... 97

3 3

Sen_1) theo K c

c c

có Z ≤

3

Sen_2) theo K c

c c


c Z > 20. .................... 100

3

Sen_3) theo L cho các nguyên t c Z > 20...................... 101

.................... 100

3

X

c

cấ

.......... 101

3

X

c

cấ

.......... 103

3


X

c

cấ

3 .......... 103

3 9

Eở

3



c

3

E

................................. 105
E

....................................... 105

c


..................... 108

3

ắc

c

. ............................................ 112

3 3

ắc

c

. ........................................... 112

3

c c
c

c


c c

c


c c

c

3





E





c

-1833,



-2783

......................................................... 117

3

2.5-10 ở


T T

c

c



E
2-

3

4

c

c



2.5

ởT

T T

.................................................. 118
2+


E

ởT T T

T

............................................. 118

và NH4+

3 9

(theo IC) trong PM2.5-10

..................................................................................... 119

33

2-

E

ởT T T

4

(theo IC) trong PM2.5-10

..................................................................................... 120


33
33

T-7 và

........................... 116
c



c



c c
c

c

............................................................... 115

3
BCR-38, Soil-



2.5

c


BT

và PM2.5-10 ở T T T
ặc

c

......... 120

c c

......................................................................................................... 130

VTBắc

xiii


LATS VLNT&HN

3 33 T

c c

c

và nông thôn. ...................................................................................................... 138
33
33
33

33

VTBắc

c c
c

2.5-10

c c

c c
c

&



&
PM2.5 ở

-3

c

2.5-10 ở
2.5

c c




&
c
&

). ... 141

c Nam. 142
-3

). ...... 143

c

144

xiv


LATS VLNT&HN

t

1.

c
c

T




c



c c
c ẳ

c c

c

c





c
c

c
ấ c



c
c


c

c
3



c

c



c

c ấ

c

c
c

c

c






c

ừc c

c

ừc c

c

c

c

c





c

c




c


c



c
c



c ắc c ắ



T



c

c



c

c c
c




c


c

c
c

c



c

ặc

c

ặc



ừ ấ
c

c

c
c


93 ở

VTBắc



c

ấ c c c

ặc

nguy

c

c

c

XX

c

,c c

c

c ấ


c chúng ta không


c

T

c

c
c

[60]
Bỉ T

1


LATS VLNT&HN

c
c
ừc c

c

3
93

é


9

c

c

c

c



9

V

c

ừc c

c

9

c

c ấ




é

T

c

9
c

T

c

9

.

c

c

ắc c

c

c

c




c

c

c



bản chất,

nguồn gốc và tác hại của các chất ơ nhiễm trong khơng khí đối với sức khoẻ. Trên
cơ sở đó vạch ra các chính sách, biện pháp ngăn chặn và giảm thiểu các chất ô
nhiễm, bảo vệ môi trường sống cho con người.

c c



c
c

c c



c
ặc




T

c é

.

c c

c

c


c

ởc c
ặc

c c
c

c ấ

c
c

ởc c c
c


c c
c


hí. T

VTBắc

.

c c
c

c

c

c


c

c c

c



c c

c
c c

õ

ấ c c
c

c ấ c
c

2


LATS VLNT&HN

c c
T

c

Nuclear Analytical Techniques –

c

c
c

cc


c c c



c

c c

c c

T c

cấ

c ấ
c

c

cc c

các

c ấ
c

c

c c


c c

V

c

c

“ ghi n cứu ứng

ng k thu t ph n tích hạt nh n phối h p với m t số k thu t ph n tích h tr góp
ph n giải u t bài tốn ơ nhiễm b i khí

10”.

a

2.
c



c ấ c

2.5,

c c

c
c


G



cc

c

c

ố t ợ

3.



10

B

2.5

c

và PM2.5-10 (
cc

khí này ấ


c

10

c

C c

c

ấ và gây tác
.

c

: INAA (Instrumental Neutron Activation

Analysis), XRF (X-Ray Fluorescence Analysis) v
X-ray Emission Analysis)
c
c
Analysis)

VTBắc



m.

c c

c

c



ng.

:
c



c ấ

v p ạm v

ư

3.1.

.
c

c

c

c c


,
c



c

PM2.5-10

:

c

ặc
ắc

c

E (Proton Induced
PM2.5, PM2.5-10

).
: PCFA (Principle Component Factor

(Positive Matrix Factorization Analysis).

3


LATS VLNT&HN


3.2.

:


B



C c

2.5

và PM2.5-10 ở

c

c

Bắc

).

:T

c c

c c


cc

x c
c c

).
cm



c
c

:T

tiê
c c

c

c

c c

10,

c,

c c


c
c

)
ĩa

4.

a

c

.

a

ư

4.1.


T

c

c
c
c

ởV


c

10

bao

:k

c

;

PM;

c
c c

c

c c

c



c
c
),




X c

.
c

gây

c

c

cc c

c

PM2.5 và PM2.5-10

c c

.
c

.

4.2.
c




PM2.5, PM2.5-10

Fi-BC c
cc





c

PM2.5, PM2.5-10
c

VTBắc



cở

2.5)

.
cc

).

4



LATS VLNT&HN



cc c

n
c

nông thôn
c

)
.
c

cc c

10 ở

c



c

c c

c ặc

t

2.5,

c

c



c



c
10

c

.

c

c



c

T




c

(PM2.5

B

am c

.
c ẩ c ấ

2.5-10)



c

c

c

c



c


c

c

c cc ấ

c

c c

c ấ

c c

c

c

a
149 trang, 33
c

,4

a

.

10


c
c



c ấ
c

c ặ


PM10

c


m–

6.

c c

ởV

c


PM2.5-10.

a

c



c

.
c

t t

5.

PM2.5-10 ở
c

)

c c





2.5,

, 53

c


c

,

c

, 100

c

c

: 5 trang.
: 26 trang.


3. T

c
:

c

1 T

c

c

)

cấ

:G

,

c

c
,k

c

: 50 trang.
: 63 trang.

: 5 trang.
cc cc

c

t

.

c: 4 trang.

VTBắc

5



LATS VLNT&HN

Ư

1.

c

c

c ỉ



c

c c

z
c

x

các ơxít sulphur (SOx c

2),

c


c ấ

c


c

c

ểm, t

1.1.1. Kí

c c
ất

â

e

cc


í

c

c


í
c





.

10

ướ

c

c

mb
c

c

c

ấ c

c

c


ặc

10

c
ong

T

c
do chú

c

c

c



c

c

c




c


[93].

ừc c

c c

c c
c

c ẳ

c

c

c



c
ặc

ặc

c


c


ặc

c c

c

các

10

c

và PM2.5-10

ặc

0.01

2),

V Z … c c

p ầ v t

ướ

ặc

các


B

2.5



T

c
c

1.1.

c

3),

c

c
cc

c

c c

c

polycarbonate (nuclepore filter) (Hình 1.1) [93].
c


c

c c



c
c c

VTBắc

c
c

c

c c

c

c
E

c

c ỉ

c


c

c

6


LATS VLNT&HN

c

c
c

c

Hình
E
1g.cm-3

c
c c

cc

cc c

c.

c


c

c c ặc

c c

[93]


c

c c

c

c

c

c

c

:

da  d p  p

T


(1-1)

m) và

dp:

p:
c c
c

cm-3).
c

c

c

c

c

ặc

VTBắc

c

c

c


c
c

E

m),

cc

da:


c c

c
c

c

c

-

:

7


LATS VLNT&HN


B

c

Phân nhóm
c

B

:

0.1

< E ≤

m

B

2.5

< E ≤

m

AED > 10m
c

cấ


c c

c

c
-

m

B

-E
T

c
E ≤

B

-

c

c

E

:




c c

(0.1- 30)m,

(hình 1.2).

PM10: là c c

c

 10

E



c

cc



c
c



c

:

c c

-

PM2.5-10

-

PM2.5

:

-

B

c c

-

B

c

c c

ặc:




2.5-10)m.

E  2.5m.

c

E  0.1m.

c
c c

c

E

c

c



ừc cc ấ
c

ặc

ở c c


c

c c


1.1.2.

í






í M10

c c
c

ấ c

c

c cc ấ



cc
PM10


c

:
c

c ấ

c

[93]

T
c

c

ặc

2.5-10.

2.5

c c

PM2.5

VTBắc

10


c cc ấ

c c



c

c c
c

8


LATS VLNT&HN

c

Hình 1.2.

c

c

c

-

.


cấ
c c

cc

c c

x,

c

c

c c

T

NOx và NH3

c c

c

c
c

c

c


ừc c



c

c…
c

-

c

c

c

c

c

c

c

c

c

– BC), carbon


c c
c

c c

c

c

c c

c

ặc ừ c c
c

PM2.5-10

c c c

c


B

-

c




c



c

c

B
c

c c

Các chấ
B

2.5-10

c

c ừ





ừ ấ


ặc ừ

ặc ừ c c
ặc ừ c c

c cc ấ

c

c ừ

c

VTBắc

c c

c

c c
-

c

:

c cc ấ

c c
-


c

ặc

c

c
c c

c
c

c


c



9


×