Temporal and spatial variations in organic and elemental carbon concentrations in PM10/PM2.5 in the metropolitan area of Costa Rica, Central America

Abstract

PM2.5 and PM10 samples were collected at 4 and 14 sampling sites, respectively, located in the Metropolitan area of Costa Rica (MACR), during 2010-2011. These sites were representative of commercial, industrial and residential zones of this region. Concentrations of elemental carbon (EC) and organic carbon (OC) were analyzed using the IMPROVE thermal-optical reflectance (TOR) method. OC and EC concentrations were higher in commercial and industrial sites and showed clear seasonal variations with higher concentrations observed in the rainy season (May-November) than in the dry season (December-April), due to wind patterns in the study area. Total carbonaceous aerosol accounted for 35% of PM10 and 56% of PM2.5 mass. Good correlation between OC and EC in PM10 (R=0.89-0.75) and PM2.5 (R=0.79-0.64) indicated that they had common dominant sources of combustion such as industrial activities and traffic emissions. The annual average concentrations of estimated SOC (Secondary Organic Carbon) in the MACR PM10 samples showed values between 0.65-8.49 mg/m3, accounting for 48% and 56% of the OC in PM10 and PM2.5 respectively. Positive Matrix Factorization (PMF) identified five principal sources for OC and EC in particles: gasoline vehicles, diesel vehicles, on road traffic, wood smoke and industrial combustion. The contribution of each of the source varied between the PM10 and PM2.5 size fractions.

Se recolectaron muestras de PM2.5 y PM10 en 4 y 14 sitios de muestreo, respectivamente, ubicados en el Área Metropolitana de Costa Rica (MACR), durante 2010-2011. Estos sitios eran representativos de zonas comerciales, industriales y residenciales de esta región. Las concentraciones de carbono elemental (CE) y carbono orgánico (OC) se analizaron utilizando el método IMPROVE termoóptica reflectancia (TOR). Las concentraciones de OC y CE fueron mayores en los sitios comerciales e industriales y mostraron claras variaciones estacionales con concentraciones más altas observadas en la temporada de lluvias (mayo-noviembre) que en la estación seca (diciembre-abril), debido a los patrones de viento en el área de estudio. El aerosol carbonoso total representó el 35% de PM10 y el 56% de la masa de PM2.5. La buena correlación entre OC y EC en PM10 (R = 0,89-0,75) y PM2,5 (R = 0,79-0,64) indicó que tenían fuentes de combustión dominantes comunes como las actividades industriales y las emisiones de tráfico. Las concentraciones medias anuales de SOC (Carbono Orgánico Secundario) estimado en las muestras MACR PM10 mostraron valores entre 0.65-8.49 mg / m3, representando el 48% y 56% de la OC en PM10 y PM2.5 respectivamente. La Factorización de Matriz Positiva (PMF) identificó cinco fuentes principales de OC y EC en partículas: vehículos de gasolina, vehículos diesel, en el tráfico rodado, humo de leña y combustión industrial. La contribución de cada una de las fuentes varió entre las fracciones de tamaño PM10 y PM2.5.

As amostras de PM2.5 e PM10 foram coletadas em 4 e 14 locais de amostragem, respectivamente, localizados na área metropolitana da Costa Rica (MACR), durante 2010-2011. Esses locais eram representativos das zonas comerciais, industriais e residenciais desta região. As concentrações de carbono elementar (CE) e carbono orgânico (OC) foram analisadas usando o método IMPROVE de refletância ótica-térmica (TOR). As concentrações de OC e EC foram maiores nos locais comerciais e industriais e mostraram claras variações sazonais com maiores concentrações observadas na estação chuvosa (maio-novembro) do que na estação seca (dezembro-abril), devido aos padrões de vento na área de estudo. O aerossol carbonáceo total foi responsável por 35% da massa de PM10 e 56% da massa de PM2,5. A boa correlação entre OC e EC em PM10 (R = 0,89-0,75) e PM2,5 (R = 0,79-0,64) indicou que eles tinham fontes dominantes comuns de combustão, como atividades industriais e emissões de tráfego. As concentrações médias anuais estimadas de SOC (Carbono Orgânico Secundário) nas amostras MACR PM10 apresentaram valores entre 0,65-8,49 mg / m3, representando 48% e 56% do OC em PM10 e PM2,5 respectivamente. A Fatoração de Matriz Positiva (PMF) identificou cinco fontes principais de CO e CE em partículas: veículos a gasolina, veículos a diesel, no tráfego rodoviário, fumaça de lenha e combustão industrial. A contribuição de cada uma das fontes variou entre as frações de tamanho PM10 e PM2,5.