在线测量技术在大气有机气溶胶研究中的应用与展望

有机气溶胶作为大气颗粒物的主要组成部分,对气候、空气质量和人体健康造成重要影响。鉴于有机气溶胶在大气中复杂的化学结构及其动态变化,对有机气溶胶进行高时间、高化学分辨率的测量是研究有机气溶胶来源及生成机制的关键。本文综述了多种近期发展的有机气溶胶在线测量仪器的结构、工作原理及应用,介绍的仪器包括在线气溶胶质谱仪、热脱附气溶胶气相色谱仪、气溶胶化学分析入口–质子转移反应飞行时间质谱仪、基于气体和气溶胶的过滤器进样口的化学电离质谱仪和萃取电喷雾电离飞行时间质谱仪等。重点总结了近年来这些技术在大气有机气溶胶外场观测中的应用,以及在有机气溶胶组分表征和来源解析等方面的进展。探讨了目前有机气溶胶在线测量中亟待解决的难点,并对测量技术未来的发展趋势进行了展望。

1998年南极中山站海洋气溶胶的化学组成及其来源判别

从1998年3月7日至1999年3月2日历时12个月,在南极中山站连续采集52个海洋气溶胶样品,提供全部样品的13种化学元素铜、铅、锌、镉、铁、铝、锰、铬、钒、钾、钠、钙、镁含量的实测值.研究表明中山站气溶胶化学成分的含量具有季节性变化的特征.通过富集因子、相关分析、因子分析等方法判别中山站气溶胶化学成分的来源.

西太平洋、东印度洋、南大洋和中山站海域气溶胶的化学组成及其来源判别

1999年11月至2000年4月,在中国第16次南极科学考察往返航线上的海域,采集了22个海洋气溶胶样品,用原子吸收分光法测定了样品中的Cu、Pb、Zn、Cd、Fe、Al、Mn、Cr、V、K、Na、Ca、Mg等13种元素的含量.研究表明气溶胶重金属微量元素的分布具有明显的地理区域性.应用元素富集因子、相关分析和因子分析等方法研究了西太平洋、东印度洋、南大洋、中国南极中山站邻近海域气溶胶中各元素的来源.

南极中山站大气气溶胶的化学组成及其来源的判别

从1998年3月7日至1999年11月23日历时21个月,在南极中山站连续采集89个海洋气溶胶样品,本文提供全部样品的13种化学元素Cu、Pb、Zn、Cd、Fe、Al、Mn、Cr、V、K、Na、Ca、Mg含量的实测值.研究表明中山站气溶胶化学成份的含量具有季节性变化的特征.通过相关分析、因子分析、富集因子等方法判别不同时间段中山站气溶胶化学成份的来源.

北京地区一次尘暴气溶胶的化学组成及其来源

讨论了1990年4月25日北京地区出现的一次强尘暴过程的气溶胶特征,探讨了尘暴的来源,从对形成尘暴的气象背景以及尘暴气溶胶中元素资料和稀土元素分布模式的分析,认为该次尘暴气溶胶主要是由形成大风地区及其途经地区的尘土微粒混合组成的。

秦俑博物馆室内气溶胶化学组成初步研究

目的 为了科学有效保护地保护秦俑，研究遗址区室内空气工作势在必行。方法 通过夏季在秦俑馆采集气溶胶进行分析。结果 0．3～0．7μm范围内的气溶胶PM2．5、TSP浓度随游客的增加而增加；室内PM2．5和TSP平均浓度分别为108．4μg／m^3和172．4μg／m^3，PM2.5占TSP总质量的62．9％。进一步分析证实硫酸盐、有机物及地壳矿物是室内PM2.5。的主要组成部分，分别占（32．4±6．2）％、（27．7±8．0）％，（12．5±3．4）％。元素碳、铵盐、硝酸盐分别占室内PM2．5的（3．9±1．5）％．（8．9±2．8）％，（7．0±2．9）％；高含量的硫酸盐、有机物、元素碳、硝酸盐及铵盐的粒径在0．43～3．3μm之间，根据离子平衡计算显示出室内气溶胶酸性特征。结论 为科学、有效地控制室内环境，保护秦俑提供了重要依据。

宜兴东南部区域春季大气细颗粒物在线源解析

为探讨宜兴东南部区域春季大气细颗粒物化学特征及来源,利用单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪(SPAMS 0515)对其开展为期19天的在线监测。结果显示:主要污染源为扬尘源(39.4%)、二次无机源(25.7%),相较优良时段,污染时段下的二次无机源、扬尘源占比分别上升7.4个百分点和5.0个百分点。监测期间,3次PM_(2.5)浓度升高主要受到扬尘源的排放影响,1次PM_(2.5)浓度升高主要受到二次无机源的影响;早晚交通高峰期的机动车尾气源对PM_(2.5)浓度升高也有一定贡献。

西安夏季大气亚微米颗粒物化学组成与来源的在线观测研究

西安作为汾渭平原地区最大的城市,大气颗粒物污染形势严峻。2017年夏季期间,在西安市浐灞生态园区运用气溶胶化学组分监测仪,对大气亚微米颗粒物中的非难挥发性组分(NR-PM_(1))进行了在线监测。观测期间NR-PM_(1)的平均质量浓度为(30.1±15.4)μg∙m^(−3)。其中有机物含量最高,占NR-PM_(1)总质量浓度的63%,其次为硫酸盐(18%)、铵盐(10%)和硝酸盐(9%)。运用正交矩阵因子分析法共解析出两个主要因子,包括烃类有机组分(HOA)和含氧有机组分(OOA),分别占有机物总质量浓度的43%和55%。HOA主要由机动车排放贡献,而OOA主要由气态污染物的二次反应生成。气象因素对NR-PM_(1)的浓度与化学组分的影响较为显著。高硝酸盐阶段发生在高湿、低温条件,可能是由氮氧化物的液相反应产生的。高硫酸盐阶段发生在低湿、高温条件,主要来自于大气光化学反应的贡献。该研究结果为西安及周边地区的空气污染治理决策提供重要的理论依据。

基于单颗粒气溶胶质谱技术研究重污染过程PM_(2.5)化学组成及来源

为了分析重污染天气PM_(2.5)化学组成及来源,利用单颗粒气溶胶质谱技术,在凤台县主城区开展了连续21d在线监测。结果表明:监测期间环境空气中PM_(2.5)主要成分为元素碳颗粒(29.2%),其次是富钾颗粒(26.2%),第三为有机碳颗粒(20.8%);监测期间共发生了三次PM_(2.5)为首要污染物的重污染天气,机动车尾气和燃煤为主要污染源。

杭州无车日大气细颗粒物化学组成形成机制及光学特性

在世界无车日期间对PM2.5化学组分、光学参数及气态污染物进行同步监测,评估机动车尾气排放对杭州市细颗粒物污染及能见度的影响.结果表明:管制期间NO2、NOx、CO和PM2.5浓度分别为45.0,50.8,1119,85.8μg/m3,比平日分别下降了17.5%、23.3%、20.6%和32.6%.管制期间PM2.5中OC、EC和二次无机组分浓度为8.58,4.29,25.95μg/m3,比管制前下降了13.8%、12.6%和15.7%,管制后则达到20.24,10.85,27.39μg/m3,上升了136.0%、152.7%和5.5%.管制期间较高的NO3-/PM2.5和NOR(0.15)表明PM2.5的形成更多受二次无机转化影响,管制后PM2.5中上升的OC、EC比例和较低的NOR(0.07)则说明PM2.5主要来自机动车排放的碳质组分的贡献.硫酸盐、硝酸盐、有机气溶胶和EC是最主要的消光组分,共解释了总消光系数的74.0%～89.7%.管制后,机动车排放的有机物和EC消光比例达到26.6%和24.6%,大气消光系数则达到438.7Mm-1,比管制期间上升了60.5%,表明机动车污染排放已成为影响杭州大气细颗粒物污染和能见度下降的重要因素.

我国不同矿物气溶胶源区物质的物理化学特征

在我国不同的矿物气溶胶源区进行采样分析的结果表明 ,源区气溶胶物质的物理化学特性相差很大 .黄土的颗粒最细 ,91 %的黄土颗粒可以形成矿物气溶胶进行长距离输送 ;沙土较粗 ,只有 1 5 %的沙尘颗粒可以形成矿物气溶胶 ;2个煤灰样品的粒径差异较大 ,抚顺煤灰中 <74μm的颗粒高达 3 9% ,而呼和浩特煤灰只有 7% .不同粒径颗粒的化学分析结果表明 ,微量元素在细颗粒上有较高的富集 .黄土与沙漠土壤的细颗粒的化学性质十分相似 ,同煤灰的化学性质完全不同 ,其常量元素与Al的比值 (E/Al)十分接近 ,而且与深海沉积物粘土中的比值(E/Al)一致 。

燃煤电厂周边气溶胶单颗粒的微观形貌和化学组分

采集燃煤电厂上风向和下风向PM2.5样品,使用带能谱的透射电镜观察单颗粒的特征。根据颗粒的微观形貌、化学组分及电子束作用下的稳定性,将颗粒物分成9种类型:富Si、富Ca、富S、富K、富Fe、飞灰、有机、烟尘和其他颗粒.研究表明,燃煤电厂排放的球形富Fe颗粒和飞灰颗粒使下风向气溶胶中球形颗粒的数量增加;下风向气溶胶中富S颗粒和富Ca颗粒的相对丰度高于上风向,这可能与电厂控制SO2排放使用石灰石作脱硫剂有关;电厂下风向具有核壳结构颗粒的数量明显多于上风向,其原因是来自燃煤电厂或上风向的颗粒在合适的条件下(如温度高、相对湿度大、SO2与NOx浓度高等),易与其他物质发生化学反应形成具有核壳结构的复杂颗粒。

新疆吐哈地区气溶胶的氮氧同位素组成及硝酸盐矿床成因的指示意义

随着同位素地球化学的发展，氮、氧同位素开始广泛运用到各个领域。硝酸盐中氮氧同位素组成可以为识别硝酸盐的来源提供直接的手段。

大气气溶胶中的氮:化学形态与同位素特征研究进展

氮是大气气溶胶的重要组成部分.气溶胶中的氮组分参与大气中的光化学反应,进而改变大气组成,影响气候变化与人类健康.同时,大气中过量的颗粒氮改变了氮素的自然循环,当它们沉降到地表时对陆地和水生生态系统产生深远的影响.本文综述了近年来气溶胶氮组分的研究进展,按其化学形态分别阐述了气溶胶中无机氮和有机氮的来源及其相关大气化学过程等,同时探讨了气溶胶中氮的同位素特征,指出该研究领域的薄弱环节并对其研究前景进行了展望.

海洋飞沫气溶胶的实验模拟

作为大气气溶胶的重要组成,海洋飞沫气溶胶(sea spray aerosol,SSA)在全球气候变化中发挥着重要作用.SSA的产生过程同时受到海洋和大气环境的共同作用,其理化性质和全球通量存在显著的区域性差异,进而导致目前SSA对全球环境和气候变化的贡献评估存在较大不确定性.为了认识SSA的形成过程以及不同环境要素对其产生的影响机制,目前已经展开了大量的研究工作,特别是在实验室受控条件下模拟SSA产生方面获得了丰富的研究成果.本文聚焦SSA实验室模拟研究,重点围绕SSA的产生、化学组成、物质转移以及其对不同环境因素响应方面的研究进展进行了系统总结,并展望了该领域未来的重点研究方向.

夏季桂林市大气PM_(2.5)化学组成和成分分布的质谱研究

选取桂林市5个代表性监测点,采用单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪在线分析该市夏季大气PM_(2.5)的化学组成及化学成分分布。结果表明:5个监测点,>80%的PM_(2.5)分布在0.2μm^1.0μm的小粒径范围,<20%的PM_(2.5)分布在1.0μm^2.5μm大粒径范围;大气PM_(2.5)中离子成分包含Na^+、K^+、NH^+4、C2H3^+/Al^+、Fe^+、HSO^-_4、NO^-_3、NO^-_2、CNO^-、CN^-、SO^-_3、O^-和元素碳离子;PM_(2.5)中离子按成分特征可分为元素碳、有机碳、元素碳有机碳混合颗粒、富锰颗粒、富铁颗粒、富钾颗粒、矿物质、左旋葡聚糖以及其他金属等9类,各监测点元素碳占比均超过50%;元素碳与硫酸盐、铵盐、硝酸盐发生内混合的程度极高,其中各监测点元素碳与硫酸盐混合程度最高,均达到90%左右。

运用单颗粒气溶胶质谱技术初步研究广州大气矿尘污染

自主研发的单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪(Single Particle Aerosol Mass Spectrometer,SPAMS)采用空气动力学透镜、双激光测径系统以及双极飞行时间质量分析器,并用其对广州市大气细颗粒物进行在线分析,实现了矿尘颗粒物的空气动力学直径和化学组成的同时检测.在连续4 d的采样中,共采集到249 057个粒径在0.2～1.2μm且同时含有正负质谱信息的颗粒物,其中矿尘颗粒物占7.9%.结果表明:矿尘颗粒物的正离子成分以Ca2+,K+,Fe2+和Na+为主,同时还含有Li+,Mg2+,V5+,Ba2+和Ti4+等;负离子成分以NO3-和NO2-为主,另外还含有HSO4-,SiO3-和PO3-等.在广州市大气细颗粒物中,矿尘贡献不如含碳颗粒物和生物质燃烧颗粒物,且在矿尘颗粒物中贡献较大的几类(如含钙、含铁、含钠钾颗粒物等)大多是老化的成分.

北京PM_1中的化学组成及其控制对策思考

通过分析北京城区2007年夏季和秋季、2008年冬季和春季4个季节PM_1中硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物和黑碳等气溶胶化学组成,结合对我国及全球主要区域PM_(10)中上述气溶胶组分及矿物气溶胶组成的评估,发现因受干旱区产生的沙尘和城市逸散性粉尘的共同影响,整个亚洲大陆,尤其是我国的矿物气溶胶浓度与欧美国家城市区域气溶胶总和的平均值相当或更高。我国在重视控制PM_(2.5)等细粒子污染的同时,不应忽视对PM_(2.5)～PM_(10)之间粗粒子的控制力度;北京城区春、夏、秋、冬的PM_1平均质量浓度分别约为94,74,66μg·m^(-3)和91μg·m^(-3),全年平均约为81μg·m^(-3),其中有机物气溶胶约占41%,硫酸盐占16%,硝酸盐占13%,铵盐占8%,黑碳和氯化物分别占11%和3%,细矿物气溶胶约贡献7%。对于PM_(2.5)污染的控制,关键是消减PM_1中主要气溶胶粒子的排放与转化,其中对有机物的控制更为重要,尽管对于北京而言进一步污染控制的难度已经很大。从科学上来说,即使我国的控制措施能百分之百实现,也很难稳定地达到欧美国家的空气质量水平,因为我国本底矿物气溶胶的浓度较高。应进一步评估各项控制措施的适用性,并制定考虑我国人群健康状况的PM_(2.5)空气质量标准。

大气细颗粒物在线源解析方法研究进展

基于对国内外关于PM2.5化学组分特征、二次气溶胶生成机理、源解析模型的研究综述,引入实现PM2.5在线源解析的2种可能方法,即气溶胶质谱+解析算法与3类化学组分组合观测+受体模型。重点阐述了气溶胶质谱及在线水溶性离子、EC/OC和金属元素仪器的应用研究现状,并分析了不同仪器测定结果的可靠性、优势及缺陷,在此基础上提出加强城市尺度的大气化学二次反应机理及关键技术参数研究、大气颗粒物化学组分连续观测应用于在线源解析的研究、基于多种信息来源和技术手段的在线源解析方法集成研究等建议。