基于β-X射线分析技术的大气颗粒物浓度-元素分析仪研制

针对城市大气颗粒物监测、污染物溯源等工作现场实时分析的迫切需要,研制了基于β-X射线分析技术的大气颗粒物浓度-元素分析仪。以β射线在物质中的衰减规律和能量色散X射线荧光分析原理,通过仪器总体设计、结构设计、FPGA硬件电路设计和软件设计,实现了在线分析大气颗粒物浓度及其元素识别、含量计算等功能;通过制备纯元素颗粒沉积滤膜样品作为大气颗粒物标准样品,完成了分析仪的标定。该分析仪可在线、连续监测大气颗粒物(如TSP,PM₁₀,PM_2.5)的质量浓度及其所含的30种元素种类和含量。成都东郊的现场应用显示,分析仪对大气颗粒物的浓度测量值与成都环保局的监测值具有很好的一致性,对颗粒物中所含重金属元素(如As,Hg,Cd,Cr,Pb等)的监测较为灵敏。通过技术性能测试,表明分析仪具备检出限低、快速分析、使用方便等特点,能够满足城市大气监测过程中对颗粒物浓度和元素实时分析的迫切需求,具有较强的现场应用能力。     

波长色散X射线荧光光谱法快速测定大气PM_(2.5)中Cu和Zn的含量

介绍采用波长色散X射线荧光光谱法测定大气PM_(2.5)中Cu和Zn含量的分析方法。采用聚四氟乙烯滤膜来制备标准样品和进行大气颗粒物采样;对大气颗粒物样品的装样杯结构进行了讨论,采用6.7μm的Polypropylene膜配合改进样杯来封装大气颗粒物样品,应用改进后的样杯对大气颗粒物中Cu和Zn进行测定,可明显降低背景,改善峰背比,降低检出限;讨论了大气PM_(2.5)中目标元素Cu和Zn的测量条件,其分析线都采用Kα线,分光晶体选用PX10,采用间距300μm的准直器,ZnKα线探测选用闪烁计数器,CuKα线的探测利用流气式正比计数器和封闭式正比计数器串联使用,工作电压、电流采用50kV和50mA。应用制备的Cu和Zn标准样品建立工作曲线,实验结果表明,其线性相关性较好,准确度较高,Cu和Zn的相对标准偏差分别为2.43%和2.00%(n=8),检出限分别为0.028和0.021μg·cm~(-2),且分析大气颗粒物单个样品时间为60s。综上所述,该方法能够实现PM_(2.5)中Cu和Zn含量的快速、准确分析,为研究PM_(2.5)中的元素含量特征及来源解析提供科学依据。     

X射线微会聚透镜在大气颗粒物源解析中的应用

为了在实验室中对大气颗粒物进行源解析,建立了基于毛细管X射线微会聚透镜和实验室X射线光源的X射线荧光(XRF)谱仪。谱仪中所使用的毛细管X射线微会聚透镜的焦斑处功率密度增益为450,透镜焦斑大小为205μm。在X光源电压和电流分别为35 kV和70 mA的条件下,利用该谱仪对粒径为1~2μm的大气颗粒物源样品和受体样品进行了X射线荧光定量分析。利用化学质量平衡(CMB)模型对大气颗粒物样品进行了源解析,解析结果表明汽车尾气和建筑扬尘为受体样品的主要污染源,源解析结果较为理想。实验结果表明,毛细管X射线微会聚透镜在大气颗粒物源解析中具有潜在的应用价值。     

大气颗粒物近前向光散射特性研究EI北大核心CSCD

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用,建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置,通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算,得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系,结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量,借助米散射理论计算,可以获得较为准确的响应度数值,并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标,测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度,需要约2.5倍的修正。     

大气颗粒物近前向光散射特性研究

为了考察大气颗粒物近前向光散射特性及其在粉尘质量浓度测量中的应用,建立了大气颗粒物近前向散射光测量实验装置,通过单分散和多分散颗粒物样本的实验测量和基于米散射理论的颗粒物光散射计算,得到颗粒物近前向散射光强度与粒径及分布宽度的关系,结果表明该装置可用于测量环境大气气溶胶质量浓度。通过已知参数的单分散气溶胶样品测量,借助米散射理论计算,可以获得较为准确的响应度数值,并估计测量实际大气颗粒物的误差范围。采用亚利桑那超细标准粉尘进行质量浓度定标,测量城区自然环境颗粒物的粉尘质量浓度,需要约2.5倍的修正。     

超声浸取预处理-流动注射火焰原子吸收法测定大气颗粒物中Pb和Cd

本文提出超声波震荡前处理方法提取大气滤膜样品中待测金属。通过对样品浸取液种类、酸度和干扰方面的研究,确定了颗粒物样品溶液制备的最佳分析条件,结合流动注射在线富集——原子吸收技术,建立了环境中气体样品测定Pd,Cd方法。方法快速、准确,标准样品测定回收率在97％以上,六次测定相对标准偏差小于2.6％。     

大气颗粒物成分分析标准物质研究进展与思路

颗粒物已成为一些城市大气的首要污染物。由于准确测定大气颗粒物的化学组成难度大、技术要求高，为了确保测量结果的准确度和溯源性，需要与之相近的标准物质。从大气颗粒物标准物质候选物来源组成、样品采集、制备技术、特性量组分与分析技术等方面，梳理了国内外相关研究进展。分析了我国大气颗粒物标准物质存在的基体类型少、采样制备技术落后、样品短缺等问题。结合国外大气颗粒物标准物质研究经验，以我国生态环境监测与治理修复重大需求为导向，从标准物质的代表性和实用性角度出发，探索切实可行的研究思路。创新性提出基于大气可吸入颗粒物质组成和来源解析，针对性采集研究区内各种主要源物质，根据基体和含量特征要求，通过对源物质的组合制备，获得一系列目标含量候选物样品的方法。     

利用Landsat热红外数据研究1985年—2015年北京市冬季热场分布

由于北京城市中心区冬季供暖、汽车尾气、工业生产等因素的影响,以及冬季植被覆盖减少导致地表热惯量降低,致使北京市冬季地表热场与其他季节差异明显。冬季城市热场分布直接影响冬季大气颗粒物等污染物的扩散速度,因此,研究热场分布对了解城市热场在大气颗粒物污染中的贡献具有重要的意义。首先利用MODTRAN大气辐射传输模型计算大气透过率、大气上行辐射与大气下行辐射三个关键参数,通过构建查找表解算热红外波段辐射传输方程。使用数据模拟的手段评价了该方法的精度,结果表明,当比辐射率和水汽分别在±0.005和±0.6的误差范围内波动时,温度反演的误差分别小于0.348和2.117 K,表明该方法可达到较高的反演精度。选择长时间序列Landsat TM、ETM+数据,进行地表温度反演,得到1985年—2015年北京市的地表温度。基于反演的地表温度分析了北京市热场的时空分布。结果表明,北京冬季热场分布在空间上可分为四个层次：北京市二环内温度较高、二环到五环内低温环状特征明显、外围郊区温度高以及北京西部的山区温度最低;随着近30年来北京市的快速发展,热场分布在长时间序列中发生了明显的改变：随着北京城市的不断扩张,环状低温区域也不断扩大,从三环扩展到六环;城市二环以内热岛效应随时间推移而增强,且分布范围扩大。     

辽东湾海冰有色溶解有机物和颗粒物的光学特性

针对有色溶解有机物(CDOM)和颗粒物在短波波段的强吸收特性对海冰内部及下层海水生物的区大影响,研究了辽东湾海冰内部CDOM和颗粒物的吸收特性.海冰内部CDOM的吸收为下层海水CDOM吸收的1/5～1/2,海冰内部CDOM吸收的最大值一般出现于海冰的表层和底层.由于大气的沉降作用,海冰内部颗粒物吸收的最大值出现于海冰表...     

大气颗粒物重金属元素分析技术研究进展

大气颗粒物已经成为当前大气环境首要污染物,而其中重金属由于具有非降解性和滞后性,严重威胁人类生命和自然环境,已成为当前研究热点。对分析大气颗粒物中重金属元素所用原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、荧光光谱法、中子活化法、辉光放电原子发射光谱法、微波等离子体原子发射光谱法和激光诱导击穿光谱法进行了综述,并尝试对这些技术的不足之处提出一些改进建议：连续光源原子吸收光谱法同时测定多种元素,原子发射光谱法直接测定颗粒物,高分辨率激光剥蚀电感耦合等离子质谱法测定固体样品,低散射同步加速荧光法测定大气颗粒物和k₀中子活化法测定对流层发射性元素。大气颗粒物重金属元素的时空分布差异和人类对环境空气质量要求的提高以及现代仪器科学技术的高速发展促使大气颗粒物重金属元素分析技术朝着实时、快速、检出限低、直接测定和操作简便的方向发展。