单颗粒气溶胶质谱仪串联热稀释器在线测量单个气溶胶颗粒的挥发性

颗粒挥发性可以影响颗粒在大气中的寿命,对大气颗粒物中二次气溶胶的形成机制研究有一定的参考价值。以往研究测量颗粒挥发性采用的是热熔蚀器,其活性炭吸附器一旦老化后,在较高温度下可能会释放出活性炭,造成测量失真。本研究针对热熔蚀器的上述缺点,以稀释器替代活性炭吸附器部分,与单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)连接,建立了一种在线分析单个气溶胶颗粒挥发性的测量方法。气溶胶颗粒分别通过两个通道进入SPAMS分析颗粒信息。通道1,气溶胶颗粒由管路进入加热器,被加热至不同的温度,颗粒挥发产生的气体和挥发后的颗粒内核进入稀释器部分,利用干净干燥冷的稀释气对加热挥发后的气体和颗粒进行稀释,使颗粒温度降低并短时间内不与气体发生冷凝,最后进入SPAMS进行检测。通道2为单独硅胶管,其长度与通道1相同,气溶胶颗粒通过通道2直接进入SPAMS检测。通过对比通道1和通道2获得的颗粒信息(粒径、数目和质谱信息等),得到气溶胶颗粒在不同温度下的挥发性。实验室用标准物质进行评估测试,结果表明,采用稀释器可以避免活性炭吸附器使用时间变长而失效,防止挥发性物质冷凝回到颗粒中。应用本方法初步测定了广州市春季气溶胶的挥发性,表明春季气溶胶多为高度挥发性和中度挥发性物质。     

单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪分析香烟烟气气溶胶

单颗粒气溶胶飞行时间质谱可同时对气溶胶单颗粒的粒径大小、化学成分进行实时、在线检测.本研究介绍了新近研制的单颗粒质谱仪的原理、结构、主要技术指标及对香烟烟气气溶胶的应用研究.仪器采用空气动力学透镜聚焦,双光束粒径测量系统确定颗粒物的空气动力学直径,激光电离系统实现颗粒物精确电离,通过双极有网反射飞行时间质量分析器实现正负离子同时检测.香烟检测结果表明,在颗粒物粒径分布上,新鲜香烟烟气颗粒范围较老化烟气宽.在气溶胶化学成分上,老化烟气颗粒物与新鲜烟气相比,尼古丁,氰酸盐,硝酸盐,硫酸盐及铵盐5种成分的数浓度百分比都有所增加,而含C1-的数浓度百分比减少.原因可能是由于烟气由气相到粒相之间的转化,及颗粒物与空气中的气体发生了非均相反应;C1-老化之后的减少是因为HN03与CI-之间的非均相反应.     

基于气溶胶质谱的二次有机气溶胶识别

二次有机气溶胶(SOA)是大气气溶胶十分重要的组成部分,也是目前人们认识最为薄弱的气溶胶组分.由于有机气溶胶化学组成的复杂性,对SOA进行有效的识别和估算一直是国际气溶胶研究领域的热点和难点问题.本研究尝试使用一种新方法来定量识别深圳冬季大气中的SOA:利用气溶胶质谱仪在线观测的高时间分辨率优势和质谱中的特征碎片离子,应用正定矩阵因子解析(PMF)模型对细粒子组分的主要来源进行解析,识别出其中的二次有机物.结果表明:深圳冬季大气细粒子中SOA浓度平均为9.41±6.33μg/m3,占总有机物质量的39.9±21.8%;相比于一次有机气溶胶(POA),SOA浓度水平变化较为平缓,体现了区域性二次污染物的特征.SOA/BC比值具有鲜明的日变化规律,且与Ox(O3+NO2)的日变化规律相似,说明SOA的生成过程显著地受控于大气光化学活性.深圳冬季大气SOA生成最活跃的时段约为9～15时,期间SOA/BC比值增长了122%.本文为研究我国大气二次有机气溶胶提供了一种新的技术方法和思路.     

基于单颗粒气溶胶质谱的人体呼出颗粒物粒径分布与化学成分的分析方法研究

人体呼出气中内源性颗粒物和外源性颗粒物的粒径和化学成分信息可为肺部疾病诊断、环境暴露评价等研究提供参考。该文初步考察了单颗粒气溶胶质谱(Single particle aerosol mass spectrometry,SPAMS)同时获取人体呼出气中颗粒物(Exhaled breath particles,EBPs)粒径分布和化学成分的可行性。结果表明,健康成人的EBPs数浓度为227~1 043个/L,获取具有统计意义的粒径分布所需的EBPs检出限为2 500个颗粒物,粒径范围为200~1 000 nm,峰值出现在460 nm。与环境空气颗粒物的粒径分布相比,EBPs更多分布在200~300 nm和440~660 nm,从化学成分来看,这两段粒径范围内的EBPs含有更多的碳元素,不易在体内发生吸湿增长,提高了被呼出的概率。EBPs的化学成分可能反映内源性颗粒物和外源性颗粒物组成,如HSO_4~-、PO_3~-、CN~-、CNO~-和C_xH_yO_z~+(x=1~3,y=1~7,z=1~3)可能与内源性颗粒物中的蛋白含量、磷酸酯酰甘油等成分有关,碳簇峰C_3~-、C_4~-、C~+、C_3~+、C_3H~+和C_4~+推测与外源性颗粒物中的碳元素有关。     

气溶胶单粒子化学成分在线聚类分析

为了在线快速、自动处理气溶胶激光飞行时间质谱仪在运行过程中产生的海量数据并提取有价值的信息,将基于神经网络的自适应共振算法运用于气溶胶单粒子化学成分在线聚类分析.利用该算法对NaCl粒子、NaCl和CaCl2的气溶胶混合物、三聚氰胺气溶胶单粒子以及大气气溶胶单粒子进行在线分类,被成功分类的粒子数占命中粒子总数的100%,当警戒阈值为0.1,学习速率为0.05时,获得的每类聚类中心都能很好地代表该类物质的特征;深入研究了警戒阈值对NaCl粒子在线聚类数的影响.结果表明: 当警戒阈值增大到0.8时,在线聚类数增多,分类更加精细.本算法的质谱分析软件基本满足大气气溶胶单粒子在线聚类分析的要求.     

气溶胶单粒子化学成分的实时测量

自行设计了国内第一台可实时测量气溶胶单粒子化学成分的气溶胶飞行时间质谱仪,并用该仪器对两类燃烧过程产生的气溶胶粒子进行了实时测量。实验结果展示了本仪器能够同时实现实时在线测量和单粒子检测,从而克服了传统的离线检测方法如色谱法、化学方法的局限性。     

硫酸钙及硫酸铵气溶胶对二次有机气溶胶生成的影响

二次有机气溶胶(SOA)是大气光化学反应的产物, 也是城市和郊区大气中细粒子的主要成分. 本研究致力于考察高浓度无机气溶胶颗粒对SOA生成的影响. 实验系统采用2 m³的温控烟雾箱, 以干燥的CaSO₄和(NH₄)₂SO₄为无机种子气溶胶, 研究了间二甲苯/NO_x/空气体系光氧化生成SOA的过程. 实验结果显示间二甲苯和NO_x在紫外光照下会产生大量SOA, SOA产率可用单产物模型表征. CaSO₄气溶胶的存在对SOA产率曲线没有明显的影响, 而(NH₄)₂SO₄气溶胶的存在使气相半挥发性氧化产物的生成量增加36%, 显著地增加了SOA的产率. (NH₄)₂SO₄粒子在含水有机物作用下显现的弱酸性可能是导致这一影响的主要原因. 该实验结果有助于更详尽地阐明中国颗粒物污染严重城市SOA的生成机理, 从而为进一步修正空气质量模型提供依据.     

用气溶胶飞行时间质谱实时探测甲苯光氧化产生的单个二次有机气溶胶粒子

在烟雾腔内, 用紫外光照射甲苯、亚硝酸甲酯、一氧化氮和空气的混合物, 可以启动甲苯和羟基自由基(OH·)的光氧化反应和一系列的后续反应, 产生非挥发性和半挥发性有机化合物. 半挥发性有机化合物可以在气态和粒子态之间进行分配, 产生二次有机气溶胶粒子. 用自制的气溶胶飞行时间质谱仪, 快速、实时测量这些粒子的尺度、它们的分子成分和直径分布.     

单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪在细颗粒物研究中的应用和进展

单颗粒气溶胶质谱技术起源于20世纪70年代,在近二十年得到了快速的发展.单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪具有高时间分辨率,且同时测量大气中单个细颗粒物粒径、多种化学组分和混合状态的特点,在大气细颗粒物监测和科学研究中逐渐得到了广泛应用.本文对单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪的发展历程进行了介绍,对目前已商品化的单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪ATOFMS和SPAMS的原理、数据分析方法、结果输出方式以及在环境监测和研究中的主要应用进行了总结,并指出单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪的发展方向.     

大气气溶胶吸湿性及其对环境的影响

吸湿性是气溶胶重要的物理化学特性,不仅会影响气溶胶的生命周期和大气行为,还会对大气环境、气候和人体健康产生重要影响。本文简要介绍了气溶胶吸湿参数和热力学模型,对粒径、化学组分以及多组分共存等因素对气溶胶吸湿性的影响进行分析,进一步总结了城市、农村森林和海洋极地等不同区域气溶胶吸湿观测结果。吸湿增长因子g(RH)、散射吸湿增长因子f(RH)和吸湿性参数κ等常用吸湿参数可以衡量气溶胶的吸湿能力;Zdanovskii-Stokes-Robinson(ZSR)混合定律和各种热力学模型能预测不同化学成分气溶胶的吸湿能力,是研究多组分混合气溶胶和气相平衡的重要工具。粒径、化学组分和混合状态影响气溶胶的吸湿性,如气溶胶g(RH)、潮解点或风化点的改变。由于排放源和环境条件的不同,城市、农村、森林、海洋、极地地区气溶胶粒径分布、化学组分和混合状态具有差异,气溶胶吸湿性不同。气溶胶吸湿性直接影响气溶胶含水量和相态,改变气溶胶的大气化学过程、老化过程和大气寿命,还影响环境能见度、辐射效应和在人体内的沉积位置和毒性。通过总结吸湿参数、理论模型、实验室研究、外场观测和环境影响等多方面的最新研究成果,以期为未来的吸湿研究提供参考和借鉴。     

电位法测定密闭环境空气中碱性气溶胶

建立电位法测定密闭环境中碱性气溶胶的检测方法。将空气中的碱性气溶胶采集到滤膜上,将滤膜剪碎,置于25 mL比色管中,加入20 mL水,将比色管置于振荡器中,于25℃恒温振荡器中剧烈振荡1 min,立即使用酸度计测定溶液的pH值,计算出空气中碱性气溶胶(以氢氧化钠计)的质量浓度。该方法的检出限为0.001 mg/m^(3),当碱性气溶胶的质量浓度在0.05~1.00 mg/m^(3)的范围内,加标回收率为84.4%~90.4%,测定结果的相对标准偏差小于5%(n=6)。该方法适用于密闭环境空气中碱性气溶胶的测定。     

塔克拉玛干沙漠黑碳气溶胶的特性及来源

长期监测并采集塔克拉玛干沙漠腹地的大气颗粒物及黑碳气溶胶样品.在塔克拉玛干沙漠腹地,沙尘气溶胶中的黑碳在PM10中的年平均含量高达1.14%,这说明在人迹罕至的塔克拉玛干沙漠地区,其上空的沙尘气溶胶也已经受到人为活动的影响.黑碳气溶胶具有明显的季节变化和日变化,冬季最高,平均达2261.7ngm-3,依次为冬季春季秋季夏季.黑碳气溶胶日变化特征与城市地区恰好相反,夜间高于白天,午夜0:00～2:00出现峰值,而在上午8:00～11:00出现低值.非沙尘暴期间黑碳对PM10的贡献是沙尘暴时期的11倍.塔里木盆地周边绿洲带人为活动,尤其是新疆南北部地区跨越春秋冬三季的居民采暖所产生的黑碳经由局地、区域或长途传输是塔克拉玛干沙漠腹地黑碳气溶胶的主要来源,也是沙漠黑碳气溶胶具有明显的季节特征和日变化的主要原因.随着沙尘气溶胶的长途传输,沙漠每年大约输出6.3×104吨黑碳气溶胶,这势必会对全球的气候与环境变化产生一定影响.     

气溶胶核化清除对云滴化学的作用

将气溶胶核化的物理过程与气体、气溶胶在云滴内的化学过程相结合,研究了气溶胶核化清除对云滴化学的影响。计算表明:气溶胶核化可造成形成的云滴中化学成分及其浓度随云滴尺度的非均匀性。气溶胶浓度、化学组成及云滴内液相氧化反应可较显著地影响这种非均匀程度及变化趋势。大陆性粗模态气溶胶上形成的云滴对总体云水化学的影响是可略的。这些结果表明,使用显式方法(粒子尺度分档)处理气溶胶核化清除的化学过程是重要的。     

基于外场观测的大气二次有机气溶胶研究

二次有机气溶胶（SOA）是指挥发性有机物在大气中发生光化学氧化进入到颗粒相的产物,由于其具有强烈的环境效应、气候效应和人体健康效应,因此成为大气化学研究的热点. 然而由于SOA的复杂性和测量技术的限制,目前对SOA的研究还非常有限. 总体来说,对SOA的研究手段主要有三种方法：实验室模拟、模式模拟和基于外场观测的SOA研究. 由于SOA的研究非常广泛,本文仅综述了基于外场观测的SOA组成、来源和生成机制的研究,重点在于SOA组分的测量和总量的估算. 基于外场观测的SOA研究是随着技术的发展而发展的,早期的研究仅仅能对SOA的少数物种进行测量,主要是一些有机酸和多羟基化合物;也有利用一些假设对SOA进行粗略的估算,如受体模型法、非生物质燃烧水溶性有机物法;随着SOA实验室模拟研究和示踪物测量技术的发展,二次有机示踪物法真正做到了对特定前体物VOC生成SOA的估算;随着在线测量技术的提高,EC示踪/CO示踪和OC/EC比值法和基于气溶胶质谱（AMS）-正交矩阵模型（PMF）的方法被广泛应用于SOA的估算. 尤其是AMS-PMF联用方法的出现为SOA来源和生成机制的研究开拓了新的方向. 对AMS技术和示踪物技术的进一步联合和开发有望成为未来SOA研究重要的方向.     

显微成像法研究气溶胶液滴结晶动力学

介绍一个研究气溶胶液滴结晶过程的物理化学实验.该实验涉及到对气溶胶的潮解与风化概念的理解,光学显微镜和高速摄像仪的构造和使用,相关软件的运用,数据的统计、处理和分析,有利于增强学生的综合实践能力,加深对结晶学和动力学知识的理解.     

用试样气溶胶轴向导入法研究稀土元素的激发行为

为排除直流电弧放电中载体对稀土元素蒸发过程的影响,设计了一种试样气溶胶轴向导入装置,并用其研究控制气氛、放电电流、电极极性和气溶胶导入方向等电弧放电条件对稀土元素谱线发射的作用,考察不同基体和载体对稀土谱线黑度和激发条件的影响,并提出相应的激发机制。     

检测单个气溶胶粒子的薄膜法及其研究进展

薄膜法可分为形态分析法和化学试剂薄膜法。它们都基于粒子或粒子和化学试剂薄膜反应的生成物的形态特征通过电镜来确定粒子的成分、大小和形态。还可根据采集粒子时的抽气速度、采集时间和粒子的捕捉率推算出大气中粒子的分布。本文主要结合作者的研究讨论了薄膜法及其研究进展。     

气溶胶直接进样电感耦合等离子体-质谱法快速测定环境气溶胶中~(239)Pu

采用本实验室建立的气溶胶直接进样ICP-MS在线定量分析技术,对取样钢瓶取得的某环境气溶胶样品进行直接进样快速分析.结果表明: 对239Pu的检出限为1.4×10-3 Bq/m3;所测样品浓度在3.1×10-3～1.2×10-2 Bq/m3之间,比法规限值低一个量级以上.     

二硫化碳气溶胶的形成机理

本文提出了二硫化碳气溶胶形成反应的机理。该机理较好地解释了有关实验现象。通过测定不同二硫化碳初始压力、不同激发激光能量等条件下的二硫化碳气溶胶的形成时间,求得了二硫化碳气溶胶形成机理中控速步骤及其它基元反应的速率常数。同时还研究了外加气体、温度对二硫化碳气溶胶形成的影响。本实验得到的外加气体对二硫化碳激发态分子的猝灭步骤的速率常数与利用激光诱导荧光方法测得的结果以及有关文献值符合较好。还求得了二硫化碳气溶胶形成反应的表观活化能。     

冷气溶胶灭火剂用NaHCO3/白炭黑复合粒子的制备

气溶胶;碳酸氢钠;干粉灭火剂;冷气溶胶灭火剂用NaHCO3/白炭黑复合粒子的制备