Luận án 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 PM-10

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 , c c .

T c c c V V

V c T T c

c c

c c c.

c c .TS. Tang Seung Mun - T

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

c c c (A T

ắc c c

₁₀; c c GT.TS. Philip K. Hopke - c

T c T c

Clarkson ) c

c gây ; c TS. Andrzej Markowicz -

c rf c c (IAEA),

c

c c

c PM₁₀.

c c c c c c

c c .

T c c c

c c c c c .

VTBắc

ii

LATS VLNT&HN

.....................................................................................................i

..........................................................................................................ii

..............................................................................................................iii

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

B .......................................................................................x

V V T ...........................................................xii

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

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

2. c c c c ..................................................................3

3. c .................................................................3

3.1. c ............................................................................3

3.2. c ................................................................................4

4. c c ........................................................................4

4.1. V .....................................................................................4

4.2. c c ..................................................................................4

5. c c ...........................................................................5

6. B c c c ........................................................................................5

T V B .............................................6

1.1. ặc c ấ c ₁₀.................6

1.1.1. c c và s phân b c c c t b i khí.............. 6

1.1.2. Thành ph n và tính ch ấ t 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

1.2. c c 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 .................................................. 22

10

1.4. c ₁₀ở c ................................................. 27

VTBắc

iii

LATS VLNT&HN

1.5. c .......................... 29

10

1.5.1. Nghiên c u ô nhi m b i khí và ở 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

1.5.3. Nghiên c u ô nhi m b i khí và s ở n bi i khí h u .. 29

1.6. c c ở c ấ

............................................................................. 30

c c ở c ........ 30

ấ ........................................ 30

. T T V ........... 32

2.1. .................................................................... 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

2.2. c (NATs).......................................... 36

2.2.1. K thu t phân tích kích ho ng c (INAA)................... 37

2.2.2. K thu t phân tích hu ỳ ng

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

2.2.3. K thu t phân tích phát x tia X t o b ở i chùm proton trên máy

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

2.3. c ............................. 67

2.3.1. c 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 th ừ a s ma tr .................................... 76

3 . T T V T .... 82

3.1. T c ................................. 82

3 T ......................................................................... 82

3 c ................................................................... 82

3.1.3. c B ................................................................... 84

3 B _2.5, PM_2.5-10 -B ở ................ 84

VTBắc

iv

LATS VLNT&HN

3.2. c ằ ......... 86

10

3.2.1. Thi t l p các ch phân tích trong k thu t INAA..................... 86

3.2.2. Chu ẩ n b m u phân tích và chi u x m ................ 88

3.2.3. c ng nguyên t ......... 90

3.2.4. c i h n phát hi n (LOD) trong k thu t INAA............. 93

3.3. c ằ E -XRF .... 95

10

3.3.1. Ph k ED-XRF A ........................................................................ 95

3.3.2. S ở ng c c c b c x ặc .... 96

3.3.3. c nh h s h ấ p th kh i b ằ truy n qua 97

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

3.4. c ằ E ..... 104

10

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

3.4.2. c nh di c ỉ ặc ng nguyên t ........ 106

3.4.3. c nh gi i h n phát hi n trong k thu E ₁₀.... 108

3.5. c c c ằ ..... 110

10

3.6. c c c ........................................................ 113

3.6.1. T a các giá tr phê chu ẩ n 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 c c c c ....... 119

3.7. c c c c _2.5và PM_2.5-10.... 121

3.8. c c c c _2.5và PM_2.5-10................ 123

3.8.1. Các y u t c n b i khí PM_2.5và PM_2.5-10...... 123

3.8.2. Mô hình h i qui PM_2.5& PM_2.5-10khí theo các y u t ng 124

3.9. _2.5và PM_2.5-10 c ở

999 -200 1 ......................................................................... 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 t ừ ng lo o........ 131

3.9.3. B i khí lan truy xa (LRT) và b i khí t i ch (LB)............ 135

3.10. _2.5và PM_2.5-10ở

Bắc -200 2 ............................................................ 136

3.10.1. n hoá h c c _2.5và PM_2.5-10

ở thành th và nông thôn........................................................................... 137

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

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

T V .............................................................................. 145

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

...................................................................................................... 149

T B .................. 150

c ................................................................................................... 150

c ............................................................................................. 152

T T ..................................................... 153

T V ............................................................................... 153

T ............................................................................... 154

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

VTBắc

vi

LATS VLNT&HN

T

ữ v ết t t

ế

ĩa t ế ệt

AED

Aerodynamic Equivalent

Diameter

c

ANSTO

APM

Australian Nuclear Science &

Technology Organization

K c C

c

Air Particulate Matter

B ắ

Ave

Average

BC

Black Carbon

BT

Back Trajectory

Correlation Analysis

Asian South-East

Eigenvector Analysis

CA

c

EA

c éc

ED-XRFA

Energy Dispersive X-Ray

Fluorescence Analysis

c ỳ

EM

Error Model

EPA

Environmental Protection

Agency

c

ET

EV

Emission – Transmission

Explained Variation

c

Factor

Factor loading

loading

Factor score

FP

Factor score

Fundamental Parameter

T c

F_peak

T c é

PMF2

HPGe

IAEA

High Purity Germanium

Germani

International Atomic Energy

Agency

c

IC

Ion Chromatography

ắc

VTBắc

vii

LATS VLNT&HN

INAA

INST

Instrumental Neutron

Activation Analysis

c c c

Institute for Nuclear Science

and Technology

V c & T

Nhân

LB

Local Burning

c c

c

LOD

LR

Limit of Detection

Nuclear Reactor

Light Reflection

Long Range Transport

Minimum Activity

Maximum

LRT

MA

Max

MCA

Min

Multi-Channel Analyzer

Minimum

c

MLR

n

Multiple Linear Regression

Neutron

NAAQS

National Ambient Air Quality

Standard

T c ẩ c ấ

c

NAHRES

Nutritional and Health-Related c c

Environmental Studies c

NATs

NIST

Nuclear Analytical Techniques c c

National Institute of Standards V c ẩ c c

and Technology

gia

NR

Nuclear Reactor

V

T c c

NRI

NUS

Nuclear Research Institute

National University of

Singapore

P

Pressure

Áp suấ

PCFA

Principle Component Factor

Analysis

c

chính

PIXEA

Proton Induced X-ray

Emission Analysis

c ở

c

PM

Particulate Matters

B

PM₁₀

PM with aerodynamic diameter B c

less than 10m c m

VTBắc

viii

LATS VLNT&HN

PM_2.5

PM with aerodynamic diameter B c

less than 2.5m

c m

PM_2.5-10

PMFA

PM with aerodynamic diameter B c

from 2.5m to 10m

c ừ  m

Positive Matrix Factorization

Analysis

c ừ

ppm

Part per million

PTN

Laboratory

c c

p-value

QA&QC

Statistical significance level

Quality Assurance and Quality c ấ

Control

c ấ

QTKT

Meteorological Observation

Station

T ắc T

RAIN

RH

Rainfall

Relative Humidity

Rotational matrix

ẩ

rotmat

Source profile Source profile

SUN

Sun

ặ ắ )

T

Temperature

T T T

Meteorological Monitoring

Station

T T ắc T

US-EPA

VAEC

United State Environmental

Protection Agency

c

Vietnam Atomic Energy

Commission

V V

Nam

WS

y

Wind Speed

Year

T c

B

B c



u

z

VTBắc

ix

LATS VLNT&HN

Trang

B c c ...................................................8

B T c c g.m^-3. ........................ 13

10

B 3 T c ẩ c ấ c W .......................................... 14

B ở c c ₁₀theo AQI............................. 15

B T c ẩ c ấ c V c ............... 16

B c c ỉ .............................................. 24

B c c c ...... 42

B ặc c c c E -XRFA. ............. 43

B 3 , c c E - c . 61

B & c c E c ... 66

B 3 c c c ............. 88

B 3 c c ẩ c c ................ 89

B 3 3 c c ẩ c ẩ .......... 91

B 3 c c c ắ ........... 92

B 3 T c c c

T T T c ằ ......................................... 92

B 3 c c ......................... 94

B 3 c c c ẩ ..................................................... 98

B 3  ấ F c

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

B 3 9 c c ẩ c c c c Z ≤ ........... 100

B 3 c c c ằ ................. 102

B 3 E -2110 ....................... 104

B 3 c c c ằ E ................ 109

B 3 3 E ......................................................... 110

B 3 c T - ằ .......................... 114

B 3 c c c c ẩ ằ ..................... 115

VTBắc

x

LATS VLNT&HN

B 3 c c ẩ ằ E .............. 117

B 3 - E c c c

trong PM₁₀ 3 -04...................................................................................... 122

B 3 T ắ c c 9 9 -8/99)......... 127

B 3 9 c (p = 0.01). ................................................. 128

B 3 c c c ...... 131

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

B 3 c ............. 134

B 3 c T & B ^2-, BC và K⁺theo q ..... 136

4

B 3 3 c c c c

ở c ^-3). ....................................... 137

1 ặc c c c c T_1/2 ắ ............................... 162

2 ặc c c c c T_1/2trung bình....................... 162

3 ặc c c c c T_1/2dài. ................................. 163

4 T c c c c

ở ừ 200 - c c ằ E 9 )............. 165

VTBắc

xi

LATS VLNT&HN

Trang

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

c c c ............................................ 9

3 c ấ ............................. 11

Hình 1.4. c c & c ở ừ 9 –0 5 ....... 12

PM_2.5 c -2005).................... 23

_2.5ở c (2002-2005)............ 23

Hình 1.7. Các ng ở 99 ........................... 26

T ắc ............... 28

V ặ c ............................................... 32

c T .............. 33

3 ắc c E T -SF U ......................... 35

ắc c .................................... 36

c phát có anode là Mo.................................................. 45

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

c c c X ặc ....................................... 48

c c ấ ..................... 52

3 c c c & _2.5, PM_2.5-10. ............... 83

3 c c & _2.5.......................... 83

3 3 c ừ 99 9 .............................. 85

2.5

3 c ừ 99 9 ............................... 85

10

3 c _2.5-BC ừ 99 9 ........................ 85

3 c c c ............ 87

3 ở ........................................... 90

3 c ..................................................... 94

3 9 c ỳ X ở ................... 95

3 E -XRF SEA- ở T V E ............................. 96

3 X c ẩ c c c .... 97

VTBắc

xii

LATS VLNT&HN

3 X c ẩ c c c ... 97

3 3 Sen_1 ) theo K  c c c có Z ≤ .................... 100

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

3 X c cấ .......... 101

3 X c cấ .......... 103

3 X c cấ 3 .......... 103

3 9 E ở ................................. 105

3 ẩ c E ....................................... 105

3 E c ..................... 108

3 ắc c ............................................. 112

3 3 ắc c ............................................ 112

3 c c c ẩ c ẩ T -7 và

c ằ ............................................................... 115

3 c c c ẩ c ẩ -1833,

BCR-38, Soil- c c c ằ ........................... 116

3 c c c ẩ c ẩ -2783

c ằ E ......................................................... 117

3 _2.5-10ở T

T T c c ằ E ............................................. 118

+

3 ^2-và NH₄ _2.5ở T T T

4

c c ằ .................................................. 118

3 9 E ²⁺(theo IC) trong PM_2.5-10

ở T T T ..................................................................................... 119

3 3 E ^2-(theo IC) trong PM_2.5-10

4

ở T T T ..................................................................................... 120

3 3 _2.5và PM_2.5-10ở T T T ......... 120

3 3 c BT ặc c c c

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

VTBắc

xiii

LATS VLNT&HN

3 33 T c c c

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

3 3 c c _2.5-10ở & c ^-3).... 141

3 3 c c c _2.5-10ở & c Nam. 142

3 3 c c _2.5ở & c ^-3). ...... 143

3 3 c c c PM_2.5ở & c 144

VTBắc

xiv

LATS VLNT&HN

1. t

c ấ c

c T c ấ c chúng ta không

c c ở c c

c , c c ấ

c c ẳ c c c c ừ ấ

c c

T ấ c c c c

c c c

c ấ ặc ấ c

ở c c c

3

c ở

c c c c ấ c c ắc c ắ ằ c

ẽ c ấ ẽ

c c c c

T c ở ừ

c ở c

ấ ừ c c c

ừ c c c c ẩ

c c c c c

ấ ở ở c c

c c c c c

ấ c c c –

ấ c

ặc c ừ ấ

XX ặc ấ c c c

nguy c c [60] c

93 ở Bỉ T

VTBắc

1

LATS VLNT&HN

c

ừ c c c 3

93 é 9 c 9

c c c V 9

c ấ c c

ừ c c c ấ ấ é T c

9

c T 9

c .

c c ắc c

c c c c

c ở c ằ bản chất,

nguồn gốc và tác hại của các chất ô nhiễm trong không 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

ừ c ấ T

c c ở c é

c .

ặc c c c c

ấ

c ở c c c c c

ặc c ở c c c .

c ấ c c c c

c c c

c c

c c c ằ c c ấ c c

ẩ c ừ c õ c c ấ c

hí. T c c c c c

VTBắc

2

LATS VLNT&HN

c c c Nuclear Analytical Techniques –

T c c

c c c c c c c

ặ c c c

c c T c cấ c c c các

c ấ c ấ c 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 toán ô nhiễm b i khí ₁₀”.

2. a



c c ấ c _2.5, PM_2.5-10 c c

c c c , c c

c c .



G c ở c c c c c ấ

c ng.

10

3. ố t ợ v p ạm v

3.1. ư :



B và PM_2.5-10( c c –

2.5 10

c c c c c m.

khí này ấ c ấ và gây tác

c c c .



C c c : INAA (Instrumental Neutron Activation

Analysis), XRF (X-Ray Fluorescence Analysis) v E (Proton Induced

X-ray Emission Analysis) c ặc c PM_2.5, PM_2.5-10

c : ắc ).

c : PCFA (Principle Component Factor

Analysis) (Positive Matrix Factorization Analysis).

VTBắc

3

LATS VLNT&HN

3.2. :



B _2.5và PM_2.5-10ở c Bắc ).

C c c : T c c x c

c c c c c c

).



c m tiê : T c

c c c c ₁₀,

c c c c, c c c

) c c .

4. ĩa a a

4.1. ư



T c c

10

c ở V bao : k

c c ; c PM;

c

c c c c c .

c c

c gây c

), c c c c .

X c c c c c c

PM_2.5và PM_2.5-10 .



4.2.



c PM_2.5, PM_2.5-10

Fi-BC c _2.5) c ở .

c c ở c -

PM_2.5, PM_2.5-10 c c

c ở ).



VTBắc

4