气溶胶光学吸湿增长特性测量方法研究进展

吸湿性气溶胶会吸收环境空气中的水分, 其粒径会随相对湿度的增加而发生变化, 从而导致气溶胶的光学特 性 (如消光、散射、吸收系数与单次散射反照率等) 发生显著的变化。气溶胶光学吸湿增长因子 (湿状态与干状态下 光学参数的比值) 是衡量气溶胶光学吸湿增长能力的特征参数, 是计算大气能见度和气溶胶辐射强迫的关键输入量, 它的准确测量对于气溶胶环境和气候效应的评估具有重要意义。光学吸湿增长测量系统主要包括湿度调节系统和光 学测量装置, 通过湿度调节系统改变样品的相对湿度, 再结合光学测量装置实时测量光学参数的变化, 从而实现光学 吸湿特性的在线测量。鉴于气溶胶吸湿性研究的重要意义, 重点分析对比了现有的光学吸湿增长测量方法及应用, 并 对下一步气溶胶光学吸湿增长特性测量技术和研究方向做了展望。     

光照对柠檬烯臭氧氧化产生二次有机气溶胶的影响

作为一种重要的生物源挥发性有机物,柠檬烯的臭氧氧化是大气环境中二次有机气溶胶(SOA)的重要来源之一.基于实验室烟雾箱模拟系统,研究了紫外光照对柠檬烯臭氧氧化形成SOA的影响.实验分别对无光照(即“暗反应”)和有光照条件下反应前体物的消耗、SOA的质量浓度以及SOA的粒径分布随时间的变化等进行了实时探测,并结合气粒分配模型对产率进行了分析.研究结果表明在相应的实验条件下,紫外光照会导致SOA产率下降10％～16％,而气相氧化阶段相关中间产物或者最终产物的光化学反应可能是导致产率下降的重要原因之一.     

气溶胶单粒子的检测效率与基质辅助激光解吸电离研究

利用基质辅助激光解吸电离(MALDI)技术,在自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪(ATOFMS)上实时探测单个生物气溶胶粒子的粒径和化学成分。采用双束激光空气动力学方法进行气溶胶粒子粒径的测量,并用266 nm的Nd∶YAG激光器对粒子进行激光解吸电离。以2,5-二羟基苯甲酸(DHB)和芥子酸为基质,对多肽生物样品进行了实验研究。质谱峰中质子化的分析物阳离子是在气相时,和基质通过质子转移反应形成的;而分析物碱金属加和物阳离子是在气相离子分子反应中,通过气相阳离子转移反应形成的。气溶胶粒子的检测效率为0.01%左右,命中率为10%左右。实验结果表明,该仪器可以满足大气中气溶胶单粒子的实时在线检测。     

OH自由基启动异戊二烯光氧化反应时间演化特性的研究?

利用烟雾箱反应装置,开展了OH自由基启动的异戊二烯光氧化生成二次有机气溶胶（SOA）反应的研究。用质子转移质谱仪（PTR-MS）监测反应物异戊二烯浓度、气相产物异丁烯醛和甲基乙烯酮（m/z=70）浓度随反应时间的变化;用扫描电迁移率粒径谱仪（SMPS）监测二次有机气溶胶产生和生长过程;用同步辐射光电离质谱仪（SRPIMS）检测不同反应时刻的光氧化气相产物的质谱。实验数据显示随着反应时间的增长,异戊二烯浓度逐渐减少,主要气相产物的浓度逐渐增加,SOA逐渐产生和增长;当异戊二烯快要消耗完时,SOA仍然继续增长。它表明由于有机气溶胶粒子的产生,主要的气相产物表面上发生的后续反应或者非均相反应产物对SOA的生长具有促进作用。     

激光蒸凝法制备Zn/ZnO纳米粒子

本文采用激光蒸凝法 ,以 15 0WCWCO2 激光器为光源 ,金属Zn为靶材 ,成功地制备出了Zn和ZnO纳米粒子。初步研究了反应参数对纳米粒子性能的影响 ,并用X射线衍射、电子衍射、透射电镜、EDTA滴定分析等技术对纳米粒子的性能进行了表征。实验结果表明 ,制备工艺条件对形成的纳米粒子有一定的影响 ,反应压力和载气流量影响纳米粒子的形貌。不同的反应气氛制备的产物不同 ,在惰性气氛下产品纳米粒子是Zn和ZnO的混合物 ,粒径较大 (平均约为 6 0nm)且不均一 ,较大的粒子呈单一球形 ,分散性好 ,约为 12 0nm ;较小的粒子 ( 35nm)相互连接 ,分散性不好 ;而在氧气气氛下 ,所得的纳米粒子是纯ZnO ,粒子为针形 ,其长约为 75nm ,宽约为 10nm ,分散性也较好 ;在氢气气氛中得到较纯的Zn纳米粒子 ,粒径较小 (平均约为 2 3nm)且较均一 ,粒子呈单一球形 ,分散性好。该法具有较好的工业应用前景     

单颗粒气溶胶液滴吸湿挥发特性研究 #br#

大气气溶胶粒子的热动力学过程主要源于多元物质的非理想混合, 其演化过程包括液-液相分离、吸湿-挥 发、非平衡传质等。相关物理化学参数是理解气溶胶演化过程、分析演化动因、预测演化路径的基础, 而精确的单 粒子测量是获取这些重要参数的关键。利用自主开发的气溶胶拉曼光镊系统, 实现了单颗粒气溶胶液滴无接触长时 间捕获, 并通过改变气溶胶粒子所处环境的相对湿度, 模拟了实际大气中悬浮气溶胶液滴的吸湿-挥发热力学演化过 程。通过测量单颗粒液滴粒子的腔共振拉曼光谱信号, 结合相应的物理模型精确测量了氯化钠、蔗糖和柠檬酸三种 不同气溶胶液滴粒子在吸湿-挥发过程中的粒径、折射率、扩散系数、挥发通量等重要物化参数, 分析了有机/无机气 溶胶液滴的吸湿-挥发特性对相对湿度变化的不同响应以及气溶胶液滴可能存在的玻璃态、胶态等相变行为, 为理解 实际大气气溶胶吸湿-挥发过程提供了重要参考。     

基于二甘醇的气溶胶粒径谱仪在测量3 nm 以下颗粒物时的性能比较

近年来, 基于二甘醇的气溶胶粒径谱仪被广泛用于 3 nm 以下气溶胶颗粒物的粒径谱测量, 探究比较这些仪器 的性能对于粒径谱的准确测量有着重要的意义。对基于二甘醇的扫描电迁移率粒径谱仪 (DEG-SMPS) 和颗粒物粒径 放大器 (PSM) 进行了比较研究。在实验室标定过程中, 为让 PSM 获得更可靠的数据, 建议尽可能将标定范围设定至 大于 4 nm, 以减少 3 nm 以上的颗粒物在数据反演过程中的影响, 还可以增加 PSM 数据反演的粒径范围。研究表明, PSM 和 DEG-SMPS 在测量小于 3 nm 的颗粒物数浓度时, 结果较为一致。在外场观测的每个新粒子生成天, 这两种仪 器之间的数浓度相关性均很好 (r2 >0.75)。但 PSM 与 DEG-SMPS 总数浓度比值的斜率在 1.4 到 4.5 之间变化, 推测可 能是由于新粒子生成的颗粒物化学组分的不同导致的。此外, 一些不可忽略的不确定因素, 如两台仪器标定检测效 率所产生的不确定度以及 DEG-SMPS 使颗粒物带电时荷电效率的不确定度等, 也可能导致该比对结果的差异。由于 DEG-SMPS 使用静电气溶胶分级器 (DMA) 对颗粒物的粒径进行区分, 而 PSM 是通过改变二甘醇的过饱和度以激活 不同粒径的颗粒物, 进而通过数据反演来对粒径进行区分, 因此 DEG-SMPS 的粒径分辨率比 PSM 要高。但 PSM 在低 颗粒物数浓度的环境中表现更好, 包括一些较弱的新粒子生成天, 这是因为 PSM 不需要使颗粒物带电, 从而避免了 3 nm 以下颗粒物的极低的荷电效率的问题。因此相比于 DEG-SMPS, PSM 不容易受到凝聚核粒子计数器 (CPC) 的计数 误差带来的影响。总的来说, PSM 和 DEG-SMPS 都足以用于测量 3 nm 以下颗粒物的粒径谱分布, 有助于更好地进行 新粒子生成过程的研究, 结果中仍然存在的部分不可忽略的不确定性问题需要在未来的研究中进一步解决。     

大气灰霾高浓度气溶胶光学散射传输特性研究进展

讨论了灰霾、沙尘等高浓度气溶胶条件下的有关散射传输问题的研究进展,内容包括：（1）灰霾、沙尘等高浓度气溶胶粒子的物理光学特性;（2）气溶胶粒子吸湿变化对粒子散射传输的影响;（3）气溶胶偏振反射特性;（4）地气间多次散射问题,高浓度气溶胶背景下矢量辐射传输建模的研究。     

双波长激光雷达探测典型雾霾气溶胶的光学和吸湿性质

气溶胶的光学和吸湿性质信息对研究雾霾形成的机制至关重要。为了在环境相对湿度背景下研究利用激光雷达方法探测雾霾气溶胶光学和吸湿性质,选择合肥地区两次典型雾霾过程作为个例,利用水平探测的双波长激光雷达获取气溶胶消光系数、能见度、Angstrom波长指数以及消光系数吸湿增长因子。个例研究结果表明,在环境相对湿度变化的背景下,激光雷达可以有效地获取雾霾气溶胶光学参数以及吸湿增长因子随相对湿度的变化规律,且具有探测开放大气和不扰动被测大气的技术优势。     

蒸汽吸附分析仪在气溶胶吸湿性研究中的应用

吸湿性是大气颗粒物最重要的物理化学性质之一,直接影响着实际大气条件下气溶胶的粒径、形貌、成分、化学反应活性和光学性质,从而最终影响着气溶胶的环境与气候效应。现有的吸湿性测量技术大多需要假设颗粒物为球形,且灵敏度较低,无法准确测定非球形颗粒物或吸湿性较低颗粒物的吸湿性。蒸汽吸附分析仪通过测量颗粒物的质量随相对湿度的变化来研究其吸湿性,这种新方法不仅对颗粒物的形貌没有要求,而且具有卓越的灵敏度。本文首先介绍了这种气溶胶吸湿性测量新方法的工作原理和技术特点,然后重点介绍了这种新方法在大气科学、地球与行星科学、医用气溶胶等多个领域中的应用。最后,在简要总结蒸汽吸附分析仪在大气颗粒物吸湿性研究上的优越性和局限性的基础上,对未来可开展的吸湿性研究工作提出了一些设想。     

NH3 对二甲苯光氧化形成二次有机气溶胶的影响

二甲苯是一种重要的人为源 VOC, 也是城市地区 SOA 的重要前体物。二甲苯光氧化形成的 SOA 受多种环 境因素影响, 而 NH3 对该反应形成的 SOA 生成产率及反应机制的影响尚不清楚。基于室内烟雾箱模拟系统, 探讨了 NH3 对二甲苯光氧化形成 SOA 质量浓度、物理特性及化学组成的影响。研究表明, 在低浓度条件下, NH3 对二甲苯 光氧化生成 SOA 具有明显的促进作用, 结合气溶胶质谱结果发现 NH3 促进醛酮类物质进入颗粒相以及含氮有机物的 生成是导致 SOA 质量浓度增加的主要原因。此外, NH3 能够提高邻二甲苯生成 SOA 的吸光度, 但是对对二甲苯无明 显影响。分析表明, 相较于对二甲苯, 邻二甲苯光氧化会生成大量醛类物质, NH3 与醛类发生美拉德反应是导致 SOA 吸光性增加的主要原因。     

利用太阳光度计进行北京地区气溶胶光学性质研究

利用2011年到2014年北京太阳光度计数据对北京地区的气溶胶光学特性进行了研究。北京地区气溶胶光学厚度（AOD）全年较高,四年440nm波长的AOD年均值分别是0.67±0.70,0.69±0.71,0.73±0.66,0.75±0.66。AOD月均值表现出一定的季节变化,最大值和最小值一般出现在春季和秋季。通过气溶胶类型分类可知,除了春季受沙尘大颗粒气溶胶影响外,北京地区高气溶胶主要是由城市细粒子气溶胶引起,且四季小粒子增长现象明显,其中夏秋季主要为吸湿性增长,其他季节主要为静稳天气下的增长。通过对比沙尘和霾天气下气溶胶性质进行对比,结果表明:霾天气下AOD一般高于沙尘天气。Hysplit风场后向轨迹模型结果表明,沙尘天气下气团为穿过蒙古草原和沙漠的西北风场。在灰霾天气下风场风速较小且主要以东南和西南风场为主,高气溶胶状态为本地积累和外来输送共同作用产生。     

环境因素影响二次有机气溶胶生成的研究进展

二次有机气溶胶 (SOA) 是大气颗粒物的重要组成部分, 对能见度、气候变化和人体健康有着重要的影响, 因 此备受广泛关注。近年来我国空气质量虽得到明显改善, 但复合污染现象仍然十分严峻。为更好地评估 SOA 对大气 复合污染的影响, 获得准确的参数化数据, 为区域污染防控提供科学依据, 需要对 SOA 进行更深入的研究。鉴于此, 总 结了近年来有关环境因素对 SOA 生成影响的研究, 指出多重环境因素的复合作用对 SOA 的生成具有重要的影响。并 结合目前研究现状, 对未来研究前景进行了展望。     

重庆市棕碳气溶胶吸光特性及其影响因素研究

于 2015 年 12 月–2017 年 7 月在重庆城区和远郊站点采集气溶胶样品, 系统研究了该地区气溶胶中棕色碳 (BrC) 吸光特性的时空分布和影响因素, 并评估了 BrC 的辐射吸收贡献。研究结果表明, 该地区冬季 BrC 在 405 nm 的吸光系数 b405,BrC、吸光贡献和单位质量吸光效率均值分别为 (13.0±9.0) Mm−1、 (24.5±6.1)% 和 (0.9±0.2) m2·g−1, 分别是夏季的 11.3、 2.9 和 3.4 倍。城区站点 (YB) 夏、冬季 b405,BrC 值分别为远郊站点 (JY) 的 2.8 和 1.8 倍, 但冬季 城区站点气溶胶吸光指数 E 值和 BrC 在 405 nm 的吸光贡献 [(1.2±0.1) 和 (16.7±5.9)%] 低于远郊站点 [(1.6±0.2) 和 (32.3±6.3)%]。 b405,BrC 与污染源示踪组分的相关性分析表明, 夏季 BrC 吸光特性主要受二次有机气溶胶 SOA 生成的 影响, 而冬季的主要影响来源于生物质燃烧、燃煤和 SOA 生成。与夏季不同 (p > 0.1), 冬季 b405,BrC 与 NH4+、 E 与 NO3− 和 NH4+ 质量分数均显著相关 (p < 0.001)。冬季 E 与 φ 的拟合关系与生物质燃烧模拟结果相似, 表明生物质燃 烧是影响冬季 BrC 吸光特性的主要一次源, 而二次源主要是有机物与 NO3−、 NH4+ 发生的老化过程。重庆冬季 BrC 在 405∼980 nm 和 405∼445 nm 的辐射吸收贡献分别为 (29.1±5.8)%、 (60.8±13.7)%, 约为夏季的 2.9 和 3.2 倍, 表明冬 季 BrC 的辐射吸收贡献显著, 尤其是在短波段范围。     

探测气溶胶-水汽的拉曼-米散射激光雷达系统

设计和构建了发射波长为355 nm和532 nm的户外型全天时激光雷达系统,用于探测大气气溶胶和水汽。运用355 nm和532 nm的米散射、532 nm的偏振、氮气和水汽分子的拉曼激光雷达技术,用于对边界层结构、对流层气溶胶和云光学特性及其形态、水汽混合比进行连续探测研究。该系统结构紧凑,运输方便,具备远程操作、数据传输、一键式启动等功能。利用该系统对大气气溶胶和水汽进行探测,探测结果表明：在大气气溶胶的探测过程中,在重污染条件下混合层高度较干净天低,在0.5 km以下,而干净天在1 km左右;通过对消光系数、Angstrom指数和退偏振比分析可知,重污染条件下,底层大气气溶胶以球形粗粒子污染物为主,干净天底层大气气溶胶以球形细粒子污染物为主;在云层中,Angstrom指数明显减小,且出现负值,说明云粒子半径较大。在水汽探测过程中,采用自标定方法获得系统的标定常数为121,与已标定的激光雷达系统对比,误差在±0.3 g/kg以内;连续探测结果表明可对夜晚5 km及白天混合层以内进行探测。该系统满足产品化的需求,可广泛运用于大气环境的监测领域中。     

有机酸促进大气气溶胶成核机理研究进展

大气中有机成分种类繁多，结构复杂，有机酸作为大气环境各相中含量最丰富的有机物种之一备受关注，最近的实验研究表明，部分芳香族有机酸能够促进硫酸-水团簇的成核及生长。理论计算也表明在有机酸的存在下，一些小分子有机酸与硫酸通过氢键的相互作用形成非均相的团簇降低了成核壁垒，从而促进团簇的形成，对新粒子的成核产生具有重要促进作用。鉴于有机酸对大气气溶胶成核机理研究具有重要的意义，文中对其近些年在实验和理论上的进展进行了回顾，并对未来前景作了展望。     

基于颗粒物光学检测技术的大气沙尘气溶胶 形貌、混合态研究进展

大气中的沙尘气溶胶颗粒物会通过与太阳辐射相互作用、参与云的形成过程等, 对气候系统产生强烈影响。 对流层中的沙尘气溶胶通常是含有各种粒子成分的不均匀混合物, 只有通过详细了解单个沙尘粒子的理化特性才能 充分认识其对气候的影响效应。基于此, 对过去 20 年基于光学方法对大气沙尘气溶胶观测分析的研究进行了全面的 综述。回顾了利用电子显微镜、激光雷达以及单颗粒质谱等光学技术的研究成果, 简要介绍了基于扫描电镜和能谱、 偏光特性、非对称因子等的观测分析技术, 并讨论其优缺点; 总结了沙尘气溶胶形貌、混合态特征研究, 讨论其参与大 气物理化学过程的主要方式; 讨论了污染沙尘的光学性质、吸湿特性及成核能力, 这些特性都对气候变化和预测有重 要影响。大气中的沙尘气溶胶是复杂多样的, 如何将精确的单粒子分析技术和快速响应的在线检测技术结合将是未 来大气探测的研究重点, 这些研究成果也将进一步扩展到气溶胶的环境和气候影响研究, 以及人类健康风险评估中。