气溶胶单粒子粒径的实时测量方法研究

介绍了近期研制的一台实时测量大气气溶胶单粒子粒径和化学成分的仪器在如何测量气溶胶单粒子粒径方面的测量原理及特点，并结合激光解吸附电离飞行时间质谱技术，利用该仪器对木屑燃烧产生的烟气气溶胶粒子的实时测量结果. 关键词： 气溶胶粒子 空气动力学粒径测量方法 激光解吸附电离 飞行时间质谱     

用激光解吸附电离飞行时间质谱法检测悬浮土壤颗粒物

在自行研制的气溶胶飞行时间激光质谱仪(ATOFLMS)上实时探测单个悬浮土壤颗粒的粒径和化学成分。利用双束连续激光对单个粒子的空气动力学粒径进行测量,并用266 nm的Nd∶YAG激光器对气溶胶单粒子进行解吸附电离作用,产物离子通过飞行时间质谱仪的无场漂移区后完成单粒子化学成分的检测。本实验中使用了4个不同地区的土壤样本,在实验室内对分析的样本进行预处理和再悬浮,通过导管引入ATOFLMS进行测量,得到大量单粒子的粒径和质谱数据。发现在众多的单粒子的阳离子质谱中,金属成分以地壳元素(Fe, K, Al, Ca)为主,在其他阳离子质谱中包含了Mg和Na等。对悬浮土壤粒子的粒径进行实时检测的结果表明这些粒子多以粗粒子为主, 粒径主要集中在1～2 μm。实验结果表明该仪器在大气气溶胶环境监测及相关研究领域具有重要的实用价值。     

基于模糊聚类算法的大气粒子激光电离质谱数据分析

实验室自行研制了一台大气气溶胶飞行时间激光质谱仪(ATOFLMS),它可以在线地对气溶胶单粒子进行物理和化学特性分析,利用双束连续激光对单个粒子的空气动力学粒径进行测量,并通过飞行时间完成单粒子化学成分的检测。该仪器在运行过程中将产生海量的实验数据,对这些数据的快速、自动处理并提取有价值的信息是整机系统的关键之一。文章介绍模糊聚类算法FCM(fuzzy c-means)在大气气溶胶单粒子聚类分析中的成功运用。利用该算法对连续24 h采集的室内空气气溶胶单粒子质谱数据进行了聚类分析,在得到的5个聚类结果中包含了无机的海盐粒子、矿物质粒子以及其他的三种二次气溶胶成分粒子类型。在对室内空气气溶胶粒子的粒径进行实时检测的结果表明室内可吸入颗粒物以细粒子为主,其中大于1 μm的粒子所占比重较小。小于1 μm的粒子均占95％以上, 在0.4～0.8 μm之间的粒子占据主要部分。     

基于光声光谱气溶胶吸收测量的标定方法研究

大气气溶胶吸收太阳辐射,直接影响地气系统辐射平衡,降低能见度,改变局地气候效应。光声光谱技术具有灵敏度高、原位测量、结构简单等优势,是研究气溶胶吸收特性最为直接、有效的方法。光声光谱近红外气溶胶吸收系数测量系统的精度与标定方法密切相关,为了探究不同标定方案的差异,选择NO₂气体(532 nm)和单分散苯胺黑气溶胶(532、 1 064 nm)分别开展气溶胶吸收系数标定实验。其中,单分散苯胺黑气溶胶的标定方法主要基于Mie理论,结合苯胺黑气溶胶粒子数浓度、苯胺黑气溶胶粒子的复折射率、苯胺黑粒子粒径分别计算532和1 064 nm单分散苯胺黑气溶胶吸收系数。实验结果表明：NO₂气体获取的标定系数介于苯胺黑气溶胶在532和1 064 nm波长处获取的标定系数之间,与532 nm波长处粒径225 nm的苯胺黑单分散气溶胶、 1 064 nm波长处粒径125 nm的单分散苯胺黑气溶胶标定系数相近,在其他粒径处存在一定差异。尽管NO₂气体与苯胺黑气溶胶在特定波长处具有相似的连续吸收特征,对于同一标定系统,标定气体和气溶胶性质、状态不...     

用激光解吸附电离法对三甲苯生成二次有机气溶粒子的分析

利用实验室烟雾腔,在不同的实验条件下研究了由羟基启动的三甲苯光氧化反应所产生的二次有机气溶胶,采用激光解吸附技术和气溶胶飞行时间质谱仪测量了产物的化学组分和粒子的粒径分布。结果表明:随着反应物三甲苯浓度的增加,所生成的二次有机气溶胶粒子数量增多;随着反应时间的延长,生成的粒子数目也增加,但是反应到一段时间后,检测到的粒子数目几乎保持不变;光照强度的增加有利于二次有机气溶胶的生成;通过对产物的化学成分分析,说明了在二次有机光氧化产物中粒子相产物主要是芳香的环保留产物、非芳香环保留产物和环断裂产物。     

PM2.5气溶胶光学特性研究

利用FA-3型Anderson撞击式气溶胶粒度分布采样器采集大气中的可吸入颗粒物。在实验室使用光学测量系统对粒径低于PM2.5的气溶胶颗粒物进行透过率测量。结果表明,透过率随气溶胶粒子粒径的增大具有逐渐增加的趋势。粒径低于PM2.5的气溶胶颗粒与PM10粒径范围内的透过率相比,具有明显的波长选择性。     

基于宽范围粒径谱仪的气溶胶探测方法

通过改变基于宽范围粒径谱仪的温度控制方法,研究温度变化对气溶胶浓度的影响和作用.本文首先对宽范围粒径谱仪进样系统温度控制方法进行改进,即采用钽管加热器及不加热切换的温度控制方法来改变宽范围粒径谱仪进样部分温度,使用改进后的系统测量室内外大气气溶胶,对不同温度下大气气溶胶的浓度分布情况进行讨论与分析.结果表明室外粒子数浓度分布的峰值与室内粒子浓度分布的峰值相比,室内空气中粒子数浓度峰值明显要小,即室外大气中的粒径大的粒子更多.证实了宽范围粒径谱仪适用于大气气溶胶的检测,在环境检测中有广泛的应用前景.     

利用APD对大气气溶胶空气动力学直径测量分析

详细介绍了气溶胶大气粒子经过两个激光束后通过雪崩二极管（APD）探测其形成的双峰信号,从而得到气溶胶粒子飞行时间的方法,利用标准粒子对飞行时间进行校准后,实现了对大气气溶胶粒子直径的实时监测.通过不同粒径多组的实验数据进行分析组成专家模式,代入系统进行空气测量或标准粒子测量,得到的实验值与理论值一致.     

基于自适应共振神经网络的单粒子激光电离质谱数据分析

气溶胶激光飞行时间质谱仪(ALUOFMS)可以在线地对气溶胶单粒子进行物理和化学特性分析,利用双束连续激光对单个粒子的空气动力学粒径进行测量,并通过飞行时间完成单粒子化学成分的检测。该仪器在运行过程中将产生海量的实验数据,对这些数据快速、自动处理并提取有价值的信息是整机系统的关键之一。文章介绍了基于神经网络的自适应共振算法(ART-2a)在随机混和的氯化钠、氯化钙、邻苯二甲酸二正辛酯(DOP)和2,5二羟基苯甲酸(DHB)气溶胶单粒子聚类分析中的成功运用。同以往的质谱分析方法相比,ART-2a可以实现对任意多和任意复杂的输入模式进行自组织,自适应和自稳定的快速识别,更有利于质谱数据的分析。实验结果表明,当警戒值为0.40,学习速率为0.05以及迭代次数为6时,ART-2a可以成功地对这四种物质进行分类,同时得到4类物质的聚类中心,每类的聚类中心都能很好的代表该类物质的特征。     

基质与分析物的摩尔比和激光能量对分析物离子信号的影

介绍了一种基质辅助激光解吸电离的进样方法-气溶胶进样方法．包含基质和分析物的气溶胶粒子在大气压力下直接进入气溶胶飞行时间质谱仪,粒子产生的散射光信号由光电倍增管收集,通过外部的时序电路,给出气溶胶粒子粒径的信息并触发266 nm Nd:YAG激光器,可以同时获得气溶胶粒子的粒径和基质辅助激光解吸电离质谱与其他的液体进样方式相比,它可以实现单粒子进样,因而样品消耗较少．主要研究了基质与分析物的摩尔比和激光能量对分析物离子信号的影响,合适的摩尔比和激光能量分别为50-110:1和200-400μJ．     

有机材料的双光子吸收物理特性及其应用

近年来，具有大双光子吸收截面的有机材料的物理性质及其应用的研究成为令人关注的重要研究课题。文章综述了有机材料的双光子吸收过程，物理特性以及其实验测试和研究方法，评述了有机材料的双光子吸收效应的应用，包括上转换散射，光学限幅，双光子荧光显微成像、三维光信息存储和光学微加工等。     

超光滑表面及其制造技术的发展

超光滑表面制造技术是超精密加工技术的一个重要分支。通过介绍超光滑表面的特征、应用及其制造技术的发展,希望给出超光滑表面技术的整体轮廓。在介绍超光滑表面的概念及其主要特征的基础上,通过典型例证指出了超光滑表面的软X射线光学、激光陀螺等科技领域的重要应用。回顾了超光滑表面制造技术的发展过程,对各种超光滑表面加工原理与方法进行了简单描述与评价。最后提出了对超光滑表面制造技术的发趋势的观点。     

结构生物学的新进展

文章概括地介绍了结构生物学在整个生命科学中的地位,结构生物学的研究内容和结构生物学的三种主要的研究方法[X射线单晶衍射方法,核磁共振（NMR）方法和电子显微方法],介绍了这三种方法在近年来所取得的新成果,重点介绍了冷冻电子显微技术结合计算机三维重构技术研究病毒三维结构的方法,特点以及所取得的成果,并简单介绍了物理学家在结构生物学研究中的作用。     

使用太赫兹技术研究航天飞机失事的原因

太赫兹脉冲成像技术被应用于航天飞机隔热层泡沫材料中缺陷的探测．通过对泡沫样品的各个层面进行逐点扫描，得到每个点太赫兹脉冲的时域波形，然后利用多种图像处理手段分析波形的变化，判断出不同层面缺陷的大小、形状、位置和种类．太赫兹成像技术作为一种可以提供多维信息的新兴无损探伤技术，将可能被美国宇航局应用到以后的发射过程中的安全检查中。     

新一代高密度数字多用光盘(HD-DVD)研究进展

文章综述了新一代高密度数字多用光盘的研究进展，介绍了多种新型蓝绿光高密度可录和可擦重写光盘存储材料，讨论了高密度数字多用光盘所面临的问题以及其解决方法，最后提出了中国超高密度光盘存储技术发展的研究思路。     

对不良导体导热系数测量原理的修正

对稳态法测量原理进行了较深入的探讨,指出了用稳态法测定非金属材料导热系数的不足之处,并作了一定的修正,从而推出了计算导热系数的新公式。通过测定结果,验证了修正后的导热系数计算公式的正确性和合理性。     

胶体晶体结晶过程与人造三维周期性集团点阵材料

胶体晶体结晶的物理过程和以胶体晶体为基的三维周期性集团点阵材料的制备是目前实验凝聚态物理的一个热点领域,文章对胶体粒在悬浮液中自组织有序化的物理机制、结构相变与形态的形成和以胶体晶体为基的人造三维周期性点材料作了介绍,无论是从实验上还是理论上看,对胶体体系中发生的自组织有序化的物理机制还有没有给出令人信服的证据和解释。而胶体晶体的制备为具有新异功能的三维周期性集团国材料设计开辟了一条新途径,因而在     

"一把尘埃出激光"--介绍一种新的无序激光器

文章简略地介绍了新型无序激光的发现和确证过程，以及它产生相干光的机制．这种激光器没有腔镜，代替腔镜起作用的是无序介质中的光子囚禁效应．实验并显示了被囚禁的光子在介质中的分布．通过这种机制还可制成一个微米大小的微型激光器。     

激光光谱技术在环境监测中的应用专题系列(Ⅳ)激光光谱学方法测量大气中OH自由基

OH自由基是大气中起核心作用的一种微量成分，其定量测量一直是环境化学研究的一个难点，激光光谱学方法由于其诸多优点而在这一领域有着较为成功的应用，文章综述了其中最重要的三种：激光诱导荧光法，长程光吸收法和衰荡光谱法。     

一种高温超导磁悬浮装置

本文介绍一个基于倒挂吸引式(EMS)原理的高温超导磁悬浮试验装置．这个装置由高温超导磁体、单臂梁金属导轨、位置传感器、控制电路等组成．绕制超导磁体线圈所用的是Bi-2223／Ag高温超导线材．超导磁体工作在激磁电流为3．2A时，在5mm的空气间隙中产生0．21T的磁通密度，与单臂梁金属导轨可产生72N的垂直悬浮力．通过引入压控电流源，利用常规的超前一滞后校正实现了该磁悬浮装置的稳定悬浮和鲁棒控制，在负载变化87．5%的情况下仍能实现超导磁悬浮装置的稳定悬浮．该试验装置首次验证了高温超导线圈的可控性问题，为进一步探索高温超导线圈用于磁悬浮轨道交通系统的可行性打下了基础．