大气可吸入肺纳米颗粒的SEM及X射线微分析研究

以大气中可吸入肺纳米颗粒为研究对象,利用场发射扫描电子显微镜(FSEM)和X射线能谱仪对其形态和常量组分进行了系统研究。研究结果表明：大气可吸入物中的纳米颗粒大多为类球与椭球形,表面较为光滑,结构紧密,较小的纳米颗粒聚集成团呈松散絮状,粒度大小约在30～100 nm之间,纳米颗粒物中含有的常量元素同大颗粒污染物基本一致,主要含有C,O,Al,Si,Na,Mg,K,Ca,Fe,S,Cl等元素,能量色谱仪(EDS)的点分析研究证实一些纳米颗粒物中Cl和S元素的含量明显增大,而另一些颗粒主要为C和O元素,分析其原因,认为主要是气溶胶在形成过程中,以纳米无机灰尘颗粒为中心表面吸附了大气污染物中的有机排放物所致,从而形成了具有核壳结构的纳米颗粒污染物。因此,减少人为有机污染物的排放,对于减少可吸入肺有害纳米颗粒的形成具有很大的影响。     

煤燃烧中无机矿物向颗粒物的转化规律

为深入理解燃煤颗粒物的形成机理,利用计算机控制扫描电镜技术对煤及其颗粒物中的无机矿物进行了详细表征,研究了煤燃烧过程中主要矿物向颗粒物的转化规律.结果表明煤中粘土矿物由于含有K、Na、Ca、Mg和Fe等杂质元素,容易在较低温度下发生熔融和聚合,从而使颗粒粒径变大.黄铁矿在燃烧中易发生分解、破碎而使颗粒粒径减小,Fe氧化物与硅酸盐发生反应形成富Fe硅酸盐.方解石和铁白云石在高温条件下分解生成对应的氧化物,也可与硅酸盐发生反应形成富Ca或富Fe硅酸盐.石膏在燃烧过程中会经历脱水和分解反应,生成的CaO可与SO3和熔融硅酸盐发生竞争反应.     

标准加入ICP-AES法测定铬酸钠中杂质元素

采用ICP-AES法同时测定工业铬酸钠溶液中微量Al,Ca,Fe,Mg,Si杂质元素。针对测定过程中存在的基体干扰、谱线干扰等问题,通过实验确定了铬酸钠中微量的Al,Ca,Fe,Mg,Si的分析测试谱线:Al 167.079nm,Ca 393.366nm,Fe 259.940nm,Mg 279.533nm,Si 251.61nm。实验用优级纯HCl将待测溶液调为酸性,消除工业铬酸钠溶液酸度不稳定引起的测定误差,采用标准加入法消除基体干扰,探讨了Al,Ca,Fe,Mg,Si等五种微量组分检测方法标准曲线线性相关性、检出限、精密度以及回收率等分析指标,详细研究了在选定分析谱线下,标准加入法对铬酸钠溶液中Al,Ca,Fe,Mg,Si等微量杂质含量测定结果的准确性的影响。结果表明标准曲线呈线性关系(R2=0.998 8~0.999 6之间),五种元素检出限在(0.013 4~0.028 0)mg·L-1之间,11次测量标准偏差小于5.86%,回收率在97.30%~107.50%之间。实验建立的分析方法的检出限、精密度、准确度均能满足分析测试要求;方法实用性强,已经成功用于离子膜电解法中铬酸钠原料液微量离子检测;利用铬酸钠、重铬酸钠和重铬酸酐与溶液酸度的关系,实验建立的分析方法还可拓展于重铬酸钠及铬酐甚至其他六价铬产品中Al,Ca,Fe,Mg,Si杂质离子的检测,同时也可以扩展到上述样品中其他杂质元素的测定。     

燃煤锅炉PM10形成与排放特性的实验研究

应用低压撞击器分别对某50 MW和100 MW燃煤机组锅炉除尘器前后飞灰颗粒进行采样,研究了除尘器前后煤灰颗粒的排放特性及元素分布特征,对颗粒物形成机理进行了探讨。结果表明,粒径小于0．377μm颗粒可能是通过气化-凝结机理形成,煤灰中元素Na、Mg、S、Cu、Zn和Pb约有10％-30％分布在粒径小于0．377μm颗粒中, 元素Al、Si和Ca相应的值只有1％左右,元素Fe、Cr和Mn相应的值约为3％-8％。两台锅炉除尘器入口和出口 PM10的质量粒径呈双峰分布,其峰值分别在0．1μm和4μm左右。除尘器对不同粒径颗粒除尘效果的不同导致了除尘器入、出口处颗粒组成特征的明显不同。     

北京市城区冬季雾霾天气PM2.5中元素特征研究

为了解北京市某城区2013年冬季雾霾天气细颗粒物(PM2.5)中元素浓度水平及污染特征,连续采集2013年1月—2月北京市某城区大气PM2.5,采用滤膜称重法检测PM2.5浓度,电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分析PM2.5中36种元素总量并采用富集因子法分析元素污染特征。结果表明:与正常天气相比,雾霾天气发生时PM2.5和其中的27种元素浓度均升高,其中As,Cr,Pb,Ti和V等重金属是PM2.5中的主要无机污染物。元素富集特征表明,雾霾天气PM2.5中的金属元素可被分为三组,其中As,Cr,Cu及Pb的富集因子高于10,属于高度富集级别;Sb和Sn等元素富集因子介于1～10,属于中度富集级别;Ti和V富集因子接近于1,属于轻微富集级别。ICP-MS用于大气PM2.5中多元素分析具有良好的精密度和准确性,可满足同时检测PM2.5主、痕量金属元素的要求。雾霾天气发生时,As,Cr和Pb等重金属元素的增加主要与人类活动如汽车尾气、化石燃料排放引起空气污染所致;该研究为开展雾霾天气PM2.5中元素特征研究提供了准确、简便的方法,可以为相关部门采取有效的措施减轻污染,保护人群健康提供科学依据。     

瑶药野葛花中6种无机元素的测定

用原子吸收光谱法测定野葛花原生药、野葛花汤剂中的 Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn等 6种无机元素含量。结果表明 ,原药和水煎液中 Ca、Mg含量比较丰富 ;各种元素的煎出率存在着较大的差异 ,其中 Cu、Zn、Fe的煎出率较高 ,Zn最高 ,达到了 82 .5 6 % ;Ca最低 ,为 5 .5 8%。并且将其结果与葛根的无机元素做了比较。为探讨无机元素与中药药效之间的关系提供了基础数据。     

植物样品消解后残留颗粒物元素组成研究

分别采用干灰化法和湿消化法处理植物标准参考物质灌木枝叶组合样(杨树叶和茶叶),用扫描电镜(SEM)对消解液中残留的不溶性颗粒物微观形貌进行了观察,并用SEM附属的X能谱仪研究了颗粒物的主要元素组成。另外,还用BCR法对茶叶残留颗粒物进行了分级萃取, 相关元素在四种存在形态中的含量分布状况由AAS和ICP-AES给出。研究结果表明：不同消解方法对颗粒物微观形貌有较大影响,其中植物样品经干灰化法处理后残留的颗粒物多呈灰黑色,表面疏松多孔;经湿消化法处理后残留的颗粒物均呈白色,多数结构紧密,数量也相对较少。不同植物样品残留的颗粒物元素组成均大同小异,主要为Si和Al,此外还有少量的Ca, Fe, K, Ti等。这些元素在颗粒物中存在形态不一,致使在进行植物样品分析时某些元素含量测定结果大为偏低。     

基于STM32大气动态雾霾检测系统的设计

大气的质量直接关系到人们的生存环境,衡量大气污染的程度和对身体健康造成的伤害,都离不开对大气的检测。如何进行检测,用什么方法来评判,本文提出一种方法来实时检测大气雾霾的状况,尤其是PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)被认为是造成雾霾天气的“元凶。大气雾霾监测系统利用雾霾检测器和GPRS传导,将所在地雾霾情况实时监测传输给手机APP终端,手机接收之后将数据整合显示给使用者,达到雾霾监测和提前应对恶劣天气的作用。     

空气中带电微粒的成核机理

大气中臭气层的减薄与雾霾的形成密切相关:紫外线照射下,煤燃烧和汽车排出的SO2和CO发生两次连续反应:CO和O2反应生成臭氧,臭氧与SO2和H2O反应生成H2SO4!H2O气溶胶分子;气溶胶分子受周围极性小分子的屏蔽形成了等离子屏蔽势,当极性小分子在两个气溶胶微粒间的等效诱导电荷量达到气溶胶所带电荷量的1/4时,气溶胶微粒将发生聚集.空气中极性小分子的电荷量增大或浓度增大时会导致气溶胶微粒间的吸引力增强,颗粒增大.气溶胶吸附微小固体颗粒形成了雾霾.     

等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定玉米和大豆根系伤流液中无机元素流量

植物根系伤流液组分是根系活力和根冠关系的重要指标,应用高压硝化处理和ICP-AES法分别同时测定了玉米(品种3138)和大豆(品种鲁豆11)根系伤流液中18种无机元素流量。结果表明玉米和大豆根系伤流液中无机元素种类、流量及随生长发育期变化均有差异。玉米根系伤流液中流量较大的为K,Ca,Mg,P,Na, Si,Zn,Mn,Fe等, 范围为1～1 851.5 μg·h-1·plant-1,B,Cu和Mo均低于1 μg·h-1·plant-1,检测不到Co,Cd,Ba,Pb,Sr,As的存在。从拔节期到灌浆期,各无机元素流量有随生育期下降的趋势。大豆根系伤流液中流量较大的为Ca,Mg,K,P,Na,Zn,Mn,Fe,Cu等,范围为1～1 158 μg·h-1·plant-1,B和Mo均低于1 μg·h-1·plant-1,检测不到Si,Co,Cd,Ba,Pb,Sr,As的存在,各元素随大豆生长发育期呈现不同变化。     

二次铝灰中氟氮物相的光谱分析

二次铝灰是电解铝、铝加工、铝回收行业产生的危险废物，不同生产过程排放的二次铝灰具有矿相复杂、化学组成波动大的特点，造成现有处置技术对各类二次铝灰的处理效果差异较大，资源化利用率低。通过明确典型铝合金生产过程排放二次铝灰中含氮、含氟物相等毒害组分的赋存形态及分布规律，判断氟氮物相形成途径，有利于开发高适性的二次铝灰无害化技术，实现二次铝灰中毒害组分和有价组分的高效分离，有效解决其资源化利用难题。结合化学与仪器分析，利用X射线衍射、X射线荧光光谱定量研究了生产过程中不同系列三种铝合金产生的二次铝灰中含氟物相、含氮物相等物相含量，采用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜与能谱系统分析氟、氮元素的结合形态和分布特征。结果表明，使用光谱分析方法与化学分析方法对二次铝灰中氮化物、氟化物的定量检测结果基本相符。铝-硅、铝-镁、铝-镁-硅三种系列铝合金生产过程得到的二次铝灰中含氮物相含量为4.30%~5.48%，含氮物相均主要以AlN形式存在，由生产过程中铝熔体与氮气反应生成物进入二次铝灰。AlN主要分布在体相中，颗粒形貌呈球端条状或棱块状，以游离单独颗粒或与含铝物相连生的形式存在；二次铝灰中含氟物相含量为1.04%~2.29%，铝-硅系列合金生产过程得到的二次铝灰中含氟物相以NaF，CaF₂，MgF₂和Na₃AlF₆形式存在，在铝-镁、铝-镁-硅合金生产得到的二次铝灰中含氟物相以CaF₂，MgF₂和KF形式存在；含氟物相均作为添加剂在铝产品生产过程中进入二次铝灰，在二次铝灰生成过程中未发生其他反应生成新相。三种样品中含氟物相在表面富集，形貌呈团絮状或不规则块状，以附着、包覆大颗粒，与其他组分连生、游离单独颗粒的形式存在。本研究可为二次铝灰中氟、氮等毒害杂质的脱除提供理论依据及基础支撑。     

Size‐resolved analysis of fine and ultrafine fractions of indoor particulate matter using energy dispersive X‐ray fluorescence and electron microscopy

We used a multistage PIXE inertial impactor with nine different aerodynamic diameter ranges (between 16 and 0.06 μm) to sample indoor particulate matter (PM). X‐ray fluorescence (XRF) measurements performed at cutoff diameters (CoDs) of 0.25, 0.5, 1, 2, 4, and 8 μm were used to identify elements in various size fractions. Anthropogenic sources were the dominant sources for fine and ultrafine particle sizes. The XRF results show that natural sources also contribute to the fine and ultrafine fractions of pollutants. Scanning electron microscopy and energy‐dispersive system analysis were performed on membranes having PM CoDs of 4, 2, 1, 0.5, and 0.25 μm. Elemental mappings show the membranes with PM of CoDs 0.25 and 0.5 μm having S as a dominant element, confirming the results obtained with XRF. Strong correlation among maps of S, N, and O show that ammonium sulfate is the major constituent at these size fractions. Other elements such as Si, Ca, Fe, Al, and Mg show up in smaller amounts at these size fractions but increase for membranes with larger particles. For size fractions larger than 0.5 μm, there is a good correlation between the elemental maps of these elements and oxygen, indicating that these elements exist mostly in oxide forms. The absence of clear N signals and the correlation between the Ca and S maps indicate that S in these size fractions is not due to ammonium sulfate. The presence of Mg, K, Cl, and Na at these CoDs shows that these elements are due to salts originating from sea breeze.     

Surface modification of Al-20Si alloy by high current pulsed electron beam

Hypereutectic Al-20Si (Si 20 wt.%, Al balance)alloy surface was treated with high current pulsed electron beam (HCPEB) under different pulse numbers. The results indicate that HCPEB irradiation induces the formation of metastable structures on the treated surface. The coarse primary Si particle melts, producing a “halo” microstructure with primary Si as the center on the melted surface. A supersaturated solid solution of Al is formed in the melted layer caused by Si atoms dissolving into the Al matrix. Cross-section structure analysis shows that a 4 μm remelted layer is formed underneath the top surface of the HCEPB-treated sample. Compared with the matrix, the Al and Si elements in the remelted layer are distributed uniformly. In addition, the grains of the Al-20Si alloy surface are refined after HCPEB treatment, as shown by TEM observation. Nano-silicon particles are dispersed on the surface of remelted layer. Polygonal subgrains, approximately 50-100 nm in size, are formed in the Al matrix. The hardness test results show that the microhardness of the α(Al) and eutectic structure is increased with increasing pulse number. The hardness of the “halo” microstructure presents a gradient change after 15 pulse treatment due to the diffusion of Si atoms. Furthermore, hardness tests of the cross-section at different depths show that the microhardness of the remelted layer is higher than that of the matrix. Therefore, HCPEB technology is a good surface modification method for enhancing the surface hardness of hypereutectic Al-20Si alloy.     

SEMEDS: an important tool for air pollution bio-monitoring

Plant canopies act as absorbers of air-borne dust particles. Characterization of the dusts present over the leaf surfaces can indicate the nature of contaminant present in the surrounding area and possible sources as well. Dust particulates get adsorbed on both the surfaces of leaves, however more dust particulates get deposited on the upper surface. These dusts contain many inorganic elements, which were analyzed in the present study. For the present investigation, SEMEDS technique used to characterize the dusts adsorbed over the leaf surfaces. Using SEMEDS the samples were analyzed by two types of methods i.e. point analysis and elemental mapping. Both the methods showed the presence of elements like Si, Al, Fe, Mg, and Ca in the dusts adsorbed over the leaf surfaces. Thus, SEMEDS can be used for in situ air pollution monitoring using tree leaves from the area concerned.     

Use of elemental size distributions in identifying particle formation modes

The chemical composition of particles generated during pulverized coal combustion is the consequence of their formation processes. This work aims to use the size resolved elemental composition of coal-derived particles to identify their formation modes. A size-classified bituminous coal is burnt in a laboratory drop tube furnace at 1150, 1250, and 1350 °C, respectively. The elemental composition of the size-segregated particles from coal combustion is analyzed and the total mass fraction size distributions of Si and Al are obtained. Three particle formation modes are observed in these distribution profiles. The coarse mode has the highest value of the total mass fraction of Si and Al while the ultrafine mode has the lowest one. The total mass fraction of Si and Al in these two modes is nearly independent of particle size. It is believed that the coarse mode is formed by the mineral coalescence mechanism and the ultrafine mode by the vaporization–condensation mechanism. The difference in the total mass fraction of Si and Al between the central mode and the other two indicates that the central mode is formed by different mechanisms. Based on the observation that the total mass fraction of Si and Al in this mode increases with increasing particle size, heterogeneous condensation of vaporized species on existing fine residual ash particles is proposed to account for the formation of these particles. The study of the elemental composition of the three modes represented in five categories verifies the proposed formation mechanisms for them to some extent.     

激光雷达组网观测济宁市大气污染变化特征

大气气溶胶通过直接效应影响到达地表的辐射量以及间接效应影响云的生消和降水等过程，还因其含有的各种有毒物质颗粒，影响城市能见度，导致霾过程频发，而这些颗粒进入人体会对人体健康造成一定危害。利用济宁市2018年—2019年期间多台气溶胶激光雷达的垂直观测廓线数据与区域空气质量监测数据，分析了不同大气污染过程中的颗粒物时空演变特征。结果显示，济宁市夏季的细粒子污染存在一定的区域差异性，主要呈现两种日变化特征。一种是部分区域在夜间消光强，白天消光弱，主要是因为夜间受到湿度偏大与污染源排放叠加的影响；另一种是部分区域白天消光相对较强且整体无明显日变化特征，原因在于周围污染源较少且受人工湖的影响。此外，近地面气溶胶消光系数变化显示辰欣制药站与金马酒店站附近颗粒物浓度相对更高。沙尘观测结果显示，济宁市的沙尘天气多出现于4月和5月，沉降过程中颗粒物浓度可高达平时浓度的5倍。同时对比扫描观测结果显示，局地污染的轮廓无规则、范围小、突发且消光很强，而大范围污染过程则轮廓面积大且其消光逐渐增大。     

Control over parameters of photonic nanojets of dielectric microspheres

We report on the results of theoretical investigation of the parameters of photonic nanojets formed near the shadow surface of micron-sized dielectric spheres irradiated by a laser radiation. The longitudinal and transversal dimensions of the photonic nanojet and its peak intensity also are calculated as the functions of particle size, index of absorption, and optical contrast of the particulate material. The photonic nano-flux was simulated numerically in composite particles made of a core and a shell with different refractive indices and variable shell thickness. Some practical conclusions are drawn concerning the possible ways to gain the control over the nanojet parameters in micron-sized spherical particles.     

离子注入的铝在Si(100)表面的偏析及其引起的纳米团簇和合金晶粒形成现象的实验研究

通过高温退火注入了铝的Si(100)样品,探讨偏析出来的铝在硅表面的热力学行为.由900℃的退火实验发现,偏析出来的铝原子一方面形成Si(100)基底的外延铝膜和铝岛,另一方面与硅原子结合形成尺度约为2—3nm的铝硅团簇.而1200℃的退火实验显示,铝和硅的快速冷凝形成了立方晶系的Al₄Si合金晶粒、尺度约为20—30nm.细小的铝硅团簇在结构上独立于样品基底并且趋于聚集成团,很可能是在高温退火和快速降温过程中形成铝硅合金晶粒的前驱. 关键词： 硅表面 铝掺杂 团簇 4Si')" href="#">Al₄Si     

激光熔覆Al+SiC涂层对镁合金表面耐磨性能的改性

通过脉冲激光器(Nd-YAG)在AZ91D镁合金基底上熔覆Al+SiC粉体。采用扫描电子显微镜、能量色散谱(EDS)和X-射线衍射测定分析熔覆层的显微组织、化学成分和物相组成。研究表明:Al+SiC涂层主要由SiC,β-Mg_(17)Al_(12)及Mg和Al相组成,激光熔覆层与镁合金基底表现出良好的冶金结合。所有样品都具有树枝状结构,且随着SiC质量分数的增大,树枝状和胞状结构的间隔变得更大。熔覆涂层的表面硬度高于基底,并且随着熔覆层中的SiC质量分数的增加而增大,SiC质量分数为40%的熔覆层具有最大的显微硬度,达到180 HV,然而质量分数为10%的熔覆层硬度为136 HV。销盘滑动磨损试验表明,复合涂层中的SiC颗粒和原位合成的Mg_(17)Al_(12)相显著提高了AZ91D镁合金的耐磨损性,其中,SiC质量分数从10%增加到30%过程中磨损体积损失逐渐减少,SiC质量分数在20%~30%时熔覆层具有最好的耐磨性。