Water-Soluble Anions in PM10 Samples Collected in the Metropolitan Area of Costa Rica: Temporal and Spatial Variations

Abstract

The concentrations of water-soluble anions present in PM10 collected from ambient air in four sites of Costa Rica’s greater metropolitan area (GAM) were analyzed. Samples were collected over a 24-h period for three days during the 2011–2018 period, using high-volume air samplers with mass flow controller. The PM10 samples were collected using quartz fiber filters, which were analyzed using ion chromatography to identify organic and inorganic ions. The annual averages for PM10, F, Cl, and SO4 showed significant differences between the sampling sites, with Uruca (UR) consistently registering annual averages above the maximum concentration established by Costa Rica’s air quality regulations (30 ug/m3). The ions analyzed contributed 33%, 34%, 35%, and 37% of the PM10 mass for sampling sites UR, HA, AL, and CA, respectively. Using Spearman correlations and principal component analysis (PCA), the following contributions were identified: biomass burning, secondary particle formation processes from mobile and stationary emissions, and biogenic emissions. For each variable, seasonal patterns and trends were analyzed using time series with additive decomposition.Se analizaron las concentraciones de aniones solubles en agua presentes en PM10 recolectadas del aire ambiente en cuatro sitios del Gran Área Metropolitana de Costa Rica (GAM). Las muestras se recolectaron durante un período de 24 horas durante tres días durante el período 2011-2018, utilizando muestreadores de aire de gran volumen con controlador de flujo másico. Las muestras de PM10 se recolectaron utilizando filtros de fibra de cuarzo, que se analizaron mediante cromatografía iónica para identificar iones orgánicos e inorgánicos. Los promedios anuales para PM10, F−, Cl− y SO42− mostraron diferencias significativas entre los sitios de muestreo, con Uruca (UR) registrando consistentemente promedios anuales por encima de la concentración máxima establecida por las regulaciones de calidad del aire de Costa Rica (30 µgm - 3). Los iones analizados contribuyeron con el 33%, 34%, 35% y 37% de la masa de PM10 para los sitios de muestreo UR, HA, AL y CA, respectivamente. Utilizando correlaciones de Spearman y análisis de componentes principales (PCA), se identificaron las siguientes contribuciones: quema de biomasa, procesos de formación de partículas secundarias a partir de emisiones móviles y estacionarias y emisiones biogénicas. Para cada variable, los patrones y tendencias estacionales se analizaron utilizando series de tiempo con descomposición aditiva.