影响异戊二烯大气光解形成二次有机气溶胶的环境因素研究

通过自制的烟雾腔系统研究羟基启动的异戊二烯光解形成二次有机气溶胶(SOA)过程中环境因素的影响.使用气溶胶粒径光谱仪测量了SOA的粒径分布,通过光解实验研究了光照时间、反应物浓度以及CH3ONO浓度对异戊二烯光解形成SOA的影响.结果表明,异戊二烯光解形成的SOA空气动力学直径在0.4 mm～1.4 mm之间,这些粒子的直径小于2.5μm的微细粒子很容易沉积在人体肺泡内,对人体健康产生很大危害;不管是SOA粒子的粒子数浓度还是质量数浓度都随着反应时间的增长、光照强度的增强和反应物浓度的增加而增加.该研究为大气颗粒物排放源的外场测量提供了非常有用的信息.     

有机种子对异戊二烯光氧化反应形成二次有机气溶胶的粒谱演化和形成速率的影响

基于室内烟雾箱实验平台,研究了在有机种子气溶胶下,来自OH启动异戊二烯光氧化反应形成的二次有机气溶胶的动力学. 探究了二次有机气溶胶的粒谱分布分别与来自室内大气中痕量碳氢化合物光氧化反应产生的种子颗粒物浓度以及前体物异戊二烯浓度的依赖关系. 研究结果表明在高浓度种子气溶胶和低浓度异戊二烯条件下(对应于典型城市大气条件),光化学反应形成的二次有机产物凝聚到种子颗粒物表面而造成的颗粒物增长起主导作用;而在低浓度种子气溶胶和相对高浓度异戊二烯条件下(对应于典型偏远地区大气条件),二次有机气溶胶粒谱分布出现双模式结构,分别对应于来自均相成核的新粒子生成和二次有机产物在种子颗粒物上的凝聚增长. 此外,还研究了有机种子颗粒物浓度对二次有机气溶胶形成的影响,评估了在不同种子浓度下二次有机气溶胶粒谱分布的演化和相应新粒子的形成速率.     

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.     

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。     

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.     

激光解吸电离技术在线测量苯水相二次有机气溶胶

利用气溶胶激光飞行时间质谱仪激光解吸电离技术开展了苯水相二次有机气溶胶在线测量研究。实验结果表明,苯水相光氧化反应形成的二次有机气溶胶粒子粒径小于1.0μm,激光解吸电离质谱中存在醛类m/z 29(CHO~+)、57(CHOCO~+),羧酸m/z 44(COO~+),苯环m/z 77(C_6H~+_5)、65(C_5H~+_5)和酚类化合物m/z 93(C_6H_5O~+)特征裂解碎片峰。醛类、羧酸和酚类化合物是苯水相SOA粒子的化学组分,各类型组分含量大小关系为:醛类化合羧酸酚类化合物。气溶胶激光飞行时间质谱仪激光解吸电离技术能够用于水相SOA粒子化学组分的在线测量,可用于水相SOA形成机理和过程的研究。     

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     

大气气溶胶粒子折射率虚部反演方法研究

提出了反演折射率虚部的方法.以光散射为原理的粒子计数器测量光学等效直径,其结果受折射率虚部的影响较大;以粒子飞行时间为原理的粒子计数器测量空气动力学直径,其结果不受折射率虚部的影响.利用两种仪器的测量结果受折射率影响的差异来反演大气气溶胶的折射率虚部.通过与其它独立的测量结果对比表明,该方法反演气溶胶折射率虚部是合理的.     

大气气溶胶粒子折射率虚部反演方法研究

提出了反演折射率虚部的方法.以光散射为原理的粒子计数器测量光学等效直径,其结果受折射率虚部的影响较大;以粒子飞行时间为原理的粒子计数器测量空气动力学直径,其结果不受折射率虚部的影响.利用两种仪器的测量结果受折射率影响的差异来反演大气气溶胶的折射率虚部.通过与其它独立的测量结果对比表明,该方法反演气溶胶折射率虚部是合理的.     

基于船载测量亚微米海洋气溶胶粒径分布特征分析

基于南海北部海域开展的走航观测,测量了颗粒直径为14～680 nm的气溶胶数浓度,分析了气溶胶数浓度时空分布、粒径分布特征。以核模态、Aitken核模态和积聚模态为基础,统计了气溶胶粒径谱谱型并对其分布模式进行了对数正态拟合。同时,讨论了航程中遭遇的一次冷锋过程对气溶胶数浓度、粒径和组分分布的影响。结果表明：沿海海域气溶胶总数浓度超过6800 cm^-3,远海海域气溶胶总数浓度约为1700 cm^-3;海洋气溶胶中位数粒径谱符合对数正态分布,近海气溶胶多为双峰型,峰值数浓度在200 cm^-3左右,而远海气溶胶多为单峰型,峰值数浓度在60～100 cm^-3之间;冷锋过程前的气溶胶样品属于海源气溶胶,呈现海洋本底气溶胶特征,而冷锋过程后的气溶胶样品为受台湾岛污染影响的陆源气溶胶。     

大气气溶胶单粒子粒径和化学成分的LDI测量

介绍了当前应用较为广泛的大气气溶胶单粒子粒径与化学成分实时在线测量技术－激光解吸附电离（LDI）飞行时间质谱技术的原理和在气溶胶单粒子化学成分测量领域的应用。此外，还对气溶胶单粒子进样系统和气溶胶单粒子粒径的测量方法作了详细阐述。     

气溶胶消光系数与质量浓度的相关性研究

为了利用激光雷达探测的消光系数垂直分布来反演气溶胶质量浓度的垂直分布,研究气溶胶消光系数与质量浓度之间的关系就显得十分重要.根据Mie散射理论,分析了气溶胶的质量消光系数、消光系数和质量浓度之间的关系,引进了等效参数,分析了Junge指数对等效参数的影响.用实际测量的粒子谱分布、能见度、相对湿度和气溶胶质量浓度验证了气溶胶消光系数和质晕浓度之间的关系.这对利用激光雷达测量的气溶胶消光系数垂直分布来反演气溶胶质量浓度的垂直分布是很有实用价值和指导意义的.     

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。     

AOT微乳体系中纳米银的可控合成及其紫外-可见光谱研究

在以琥珀酸二异辛酯磺酸钠(AOT)为表面活性剂、环己烷为连续相形成的W/O型微乳体系中,用增溶于微乳液水核中的AgNO₃为银源、水合肼为还原剂制备了纳米银溶胶,利用UV-Vis光谱分析了AgNO₃的浓度、AOT的浓度、还原剂的种类和水与表面活性剂的物质的量比(W)等参数对形成粒子数量及平均粒径的影响,为纳米银粒子的可控合成和纳米银的UV-Vis光谱解析提供了新的依据。研究表明,适当增大AgNO₃的浓度,有利于形成粒径较小的纳米银粒子;W值增大,形成粒子的平均粒径和粒子数量明显增加。和NaBH₄相比,水合肼在反胶束中的溶解性能较好,有利于微乳液反胶束中Ag+的还原。增大AOT的浓度,在一定范围内胶束对反应物的增溶能力增强,胶束的半径也相应减小,有利于形成数量较多、平均粒径较小的纳米银粒子。     

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。     

单颗粒气溶胶的吸湿增长模型及散射特性研究

为研究亲水性和疏水性气溶胶的吸湿性差异引起的散射特性差异,基于热力学原理和表面吸附理论分别建立了两类气溶胶的吸湿增长模型,并利用离散偶极子近似方法计算了相对湿度为40%～90%范围内两类气溶胶的散射性质。结果表明:亲水性粒子(以4种典型的无机盐为例)达到潮解点时,粒径随相对湿度的增大呈指数增长;而疏水性粒子(以烟尘为例)的粒径随着相对湿度的增加呈现非线性缓慢增长,该结果与实验测量值基本吻合。利用上述吸湿增长模型及实测的折射率-湿度增长规律,计算分析了在粒径为0.1～1.0μm的范围内,相对湿度与气溶胶粒子散射增长因子的关系。研究发现,潮解后亲水性粒子散射增长因子呈指数增长,相对湿度为90%时,其值增大了几十倍,且氯化钠无机盐的散射因子增长曲线与实验结果吻合较好;而疏水性粒子的散射增长因子最大增至1.07,远小于亲水性粒子的数值。上述结果为气溶胶气候效应的评估、气溶胶浓度和大气能见度的精确测量提供了一定的理论支持。     

激光诱导荧光光谱方法测量气溶胶颗粒研究

采用激光诱导荧光光谱方法测量大气中气溶胶颗粒物的散射荧光特性,同时用飞行时间方法测量颗粒物的动力学直径大小。给出了实验系统设计、测量方法、颗粒粒径分布图及散射荧光强度分布谱图的对比,并对多组实验数据进行分析。同时讨论了利用颗粒物散射荧光百分比分析方法判别生物粒子和非生物粒子的可行性。     

丁二酸-水纳米气溶胶液滴表面张力的分子动力学研究

表面张力在纳米气溶胶颗粒的吸湿生长研究中具有重要意义,然而现有实验方法不能对其准确测量.本文基于分子动力学方法模拟了丁二酸气溶胶颗粒吸湿生长形成稳定液滴的动力学过程,在此基础上,建立模型计算了液滴的表面张力,进而探究了温度、粒径和丁二酸浓度对纳米液滴表面张力的影响机制.结果表明,随着温度从260 K升高到320 K,液滴内分子间作用力的减弱导致了液滴表面张力的减小,且表面张力的减小程度随丁二酸浓度的增大而增大,究其主要原因在于液滴中丁二酸分子的径向分布随温度和丁二酸浓度变化的差异;随着粒径的增大,液滴表面张力先增大后趋于定值,且粒径对表面张力的显著影响区间随着丁二酸浓度的增大而缩短;研究还发现,丁二酸分子的表面活性导致液滴表面张力随着丁二酸浓度的增大而减小,且减小趋势符合对数函数形式,尤其是在粒径小于6.12 nm时,同时,基于Szyszkowski公式对液滴的表面张力进行了拟合.本文研究成果能为气溶胶颗粒的吸湿生长和相关动力学过程预测理论及模型的改进提供参数依据.     

Influence Factors on Particle Growth for On-line Aerosol Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-flight Mass Spectrometry

利用自行研制的蒸发/冷凝实验装置作为基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱仪的特种接口,通过冷凝方式在线添加基质,冷凝管出口处的最终粒子直接引入空气动力学粒径分析仪或自行研制的飞行时间质谱仪,可对实验室产生的生物气溶胶粒子进行实时检测. 同时研究了最终粒子粒径大小的决定因素：加热池温度、初始粒子大小及其粒子数浓度及基质种类,获得了探测分析物分子离子峰所需的实验条件.     

基于微分法精确测量气溶胶飞行时间的新方法

利用飞行时间气溶胶粒子束光谱技术对大气气溶胶牲子粒谱分布进行监测是精确测量大气气溶胶粒子粒径大小及浓度的典型方法.而精确测量气溶胶粒子飞行时间是实现粒径谱精确监测的关键.利用微分法对门限电平比较法进行优化改进,利用信号微分后的零点对应信号最大值的特点,将飞行时间提取中变化的门限电平的比较转换成零电平的比较,设计了一种精确测量气溶胶粒子飞行时间的方法.该方法不但可以忽略因气溶胶粒子大小而引起的散射光强弱变化,而且,即使散射光双峰信号并非理想的对称信号,该方法也能精确地测得飞行时间.