基于太赫兹光谱-统计分析的大气PM2.5监测研究

应用太赫兹技术对大气中动力学直径小于2.5 μm(PM_2.5)的细颗粒物进行了定量研究。PM_2.5质量和太赫兹吸光度之间存在线性关系,相关系数为0.86。应用主成分分析的方法,可证明随着PM_2.5质量的增加,与吸收系数存在相似的趋势。为了提高预测精度,采用偏最小二乘,支持向量机和反向传播人工神经网络对PM_2.5进行定量研究。与单一的线性模型相比,统计模型具有较大的预测相关性和较小的误差。对于神经网络模型,训练集与预测集的相关系数和均方根误差分别达到0.999和0.016 mg,0.912和0.207 mg。因此,THz技术和统计学方法的结合可提供较高精度的预测,作为一种监测PM_2.5的有效手段。     

电感耦合等离子体质谱法研究烟花爆竹PM2.5中重金属的污染特征及生态健康风险

燃放烟花爆竹造成大气中PM_2.5浓度急剧上升,从而引起空气严重污染。全球大多数国家在重要时刻均有燃放烟花爆竹的习惯。但是,迄今为止烟花爆竹产生的PM_2.5中重金属的污染特征及生态健康风险研究仍不多见。利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)结合地累积指数、潜在生态危害指数和健康风险模型等方法评价了北京烟花爆竹PM_2.5中重金属的污染程度、潜在生态危害和健康风险。样品首先使用纯化硝酸溶液在120℃下消解2 h;然后用超纯水稀释定容;最后使用ICP-MS进行测试。ICP-MS测试的元素包括As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, V和Zn。测试时样品中加入Rh作为内标元素,控制仪器信号漂移和信号衰减。研究结果表明：烟花燃放期烟花爆竹产生的PM_2.5浓度为(93±117)μg·m^-3,超过国家标准二级浓度限值;燃放烟花爆竹对Cu, Cr, Ba, Pb, Zn和As等6种重金属的浓度影响更为显著,它们的浓度分别是研究背景值的17.8, 16.6,...     

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。     

边界层低空急流激光雷达观测及其对PM2.5的影响

大气边界层低空急流是一种重要的边界层物理过程,与污染传输、航空安全、风能开发利用等存在密切联系。相干多普勒测风激光雷达自2020年9月21日至2021年5月8日布设于辽宁葫芦岛市开展风场观测实验,使用激光雷达垂直风场观测资料对该区域大气边界层低空急流展开观测研究,并结合ERA5再分析资料与环境监测站PM2.5质量浓度数据分析。研究时段内,低空急流出现频率为0.11,平均急流风速为13.2 m·s^-1,急流风向主要集中在东北向与西南向,急流高度主要在500 m以下,在200～300 m频率最高;低空急流风向在冬季与春季存在明显差异,冬季主要集中在东北向,春季主要集中在西南向。分析表明,该区域边界层低空急流的风向主要受到大尺度天气环流背景以及海岸线走势的影响;在沿海区域,海陆热力性质差异引起的温度梯度会根据不同背景风场为急流形成提供有利或不利条件,进而影响不同风向情况下的急流发生频率。夜间边界层低空急流通过增强近地层大气垂直扩散能力,加速PM_2.5质量浓度的降低或削弱其增长速度。     

ICP-MS用于北京市PM2.5中铅及其同位素的形态分析

对2005年9月至2006年5月所采集的24份北京市PM2.5样品进行序列连续提取,分别得到水溶态、脂溶态和不溶态3个分量的铅;在最佳仪器工作条件下,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定上述各分量中铅的浓度及同位素比值.采用GBW09133考察铅浓度测定的准确度,并用SRM 981标准铅试剂校正质量歧视效应和仪器漂移.结果表明,采用ICP-MS分析大气PM2.5中不同形态铅浓度及同位素比值的测定数据准确可靠.北京市大气PM2.5样品中水溶态、脂溶态和不溶态3个分量铅的平均百分含量分别为20.69%,0.32%和78.99%;相应的铅同位素比值206Pb/207Pb的均值分别为1.1526,1.1374和1.2193;其中水溶态和不溶态铅的同位素比值具有统计学差异(P＜0.01).同位素比值的比对结果提示,北京市成人血铅可能源于北京市大气PM2.5中水溶态铅而非不溶态铅,故大气细颗粒物中水溶态铅对人体健康的威胁更值得注意.     

太原市城区大气PM2.5中元素污染特征及其来源解析

为了解2017年-2018年非采暖季、采暖季PM_2.5污染较轻时期和采暖季PM_2.5污染较重时期太原市城区大气PM_2.5及其附着的15种金属及类金属元素（铝、砷、钙、镉、铬、铜、铁、钾、镁、锰、钠、镍、铅、钒和锌）的分布特征及主要来源,在太原市城区的尖草坪区解放北路、迎泽区新建南路和双塔寺街三个监测点使用中流量颗粒物采样器连续采集6 d且每天不少于20 h的大气PM_2.5滤膜样品。PM_2.5滤膜样品用微波消解法进行前处理后,使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）检测其中15种金属及类金属元素的含量。通过描述性统计方法分析和比较三个监测点大气PM_2.5及其附着的15种金属及类金属元素日均浓度在时间和空间上分布的差异,进一步采用富集因子法和主成分分析法分析其聚集特征和主要来源。结果发现各采样点大气PM_2.5及其附着的15种金属及类金属元素的日均浓度在整体上呈现的趋势为：采暖季污染较重时期＞采暖季污染较轻时期＞非采暖季;各监测期大气中PM_2.5及其附着的大多数金属及类金属元素的日均浓度在3个监测点间无显著性差异（p＜0.01）;PM_2.5上附着的15种金属及类金属元素的主要来源在非采暖季是土壤扬尘、建筑扬尘和冶金工业,其贡献率分别为32.03%,30.52%和18.26%,在采暖期污染较轻时,主要来源是建筑、土壤和冶金工业的混合源、建筑和生物质燃烧混合源以及土壤,其贡献率分别为37.98%,37.05%和16.55%,在采暖期污染较重时,主要来源是建筑和生物质燃烧混合源,建筑、土壤和冶金工业的混合源以及土壤,其贡献率分别为40.62%,35.52%和13.96%。与往年的相关研究结果相比,虽然近年来太原市对PM_2.5的污染源如冶金工业、机动车和燃煤等的污染物排放控制有所成效,但还应进一步加强对生物质燃烧、土壤扬尘、建筑扬尘和冶金工业污染源的管控措施。     

一种基于差值指数的颗粒物PM2.5浓度反演新方法

从分析对颗粒物PM_2.5敏感的光谱特性入手,提出了一种基于差值指数的颗粒物PM_2.5浓度反演新方法。使用Avafield-1光谱仪(测量范围300～1 100 nm)测量了典型地物植被、土壤在不同的颗粒物PM_2.5污染条件下的光谱曲线,发现颗粒物使得植被和裸土的光谱曲线在红光波段反射率增加,在近红外波段反射率下降,且其变化量较为稳定,因此使用对颗粒物敏感的红光波段和近红外波段,构建差值指数(difference index,DI)以表征颗粒物PM_2.5的浓度变化。以北京市为研究区,选择TM影像,求取差值指数,结合北京市及周边地区地面空气质量监测站提供的PM_2.5逐时数据,反演了北京市的颗粒物PM_2.5的浓度。结果表明,2016年3月1日(监测站PM_2.5浓度均值为105.8)预测模型相关系数r为0.796,精度表现良好,12月14日(监测站PM_2.5均值为15.8)预测模型相关系数r为0.628,即颗粒物污染程度较低情况下,差值指数模型预测精度低于颗粒物污染程度较高的情况,分析原因是颗粒物浓度较低时,由颗粒物引起的地物光谱特征变化比较不明显,造成差值指数模型精度较低。由于空气质量为重度及严重污染时,获取的遥感影像质量较差,影响颗粒物浓度反演,因此该方法适合轻度、中度污染情况下的颗粒物PM_2.5浓度反演。该方法获取污染数据简单,反演结果空间分辨率较高(30m),且可根据需要选取包含敏感波段数据的遥感影像用以获取不同时间、空间分辨率的颗粒物PM_2.5浓度分布,具有广泛的应用前景。     

光学散射法测量大气中PM2.5的浓度

PM2.5是对人们健康构成威胁的空气污染物之一,要做到针对PM2.5的有效治理,就要先进行有效的监测,以确定污染物的浓度情况。本论文根据光的米散射原理,设计并组装了基于激光散射原理对空气中PM2.5浓度进行测量的装置,测量了大气PM2.5的浓度,应用开源开发平台对系统进来数据处理,并对系统测量准确性进行了评估。     

不同产地几种中药材中重金属含量测定及砷的形态分析

通过对不同产地几种中药材中砷、铅、镉、铜以及无机砷、三价砷含量的分析测定,得出样品中砷、铅、镉、铜以及无机砷、无机三价砷的测定RSD〈3%,加标回收率在91.32%—109.7%之间。11个样品的总砷含量在0.047—1.681μg/g之间,均低于2μg/g;无机砷含量为0.023—1.294μg/g;无机三价砷含量为0.019—0.918μg/g;铅含量两份样品未检出,其余样品为0.007—0.786μg/g,均低于5μg/g;镉的测定,两份样品未检出,其余样品含量为0.007—2.129μg/g,其中两份样品大于0.3μg/g;铜含量为4.441—14.07μg/g,均低于20μg/g。研究发现同种药材不同产地的重金属含量差异较大,部分产地金银花中镉含量超标严重,无机砷和三价砷含量相对较高,需引起重视。     

Si100P2.5（GaP）1.5中随机孔洞对热电性能的影响

纯硅由于原材料来源广、熔点高,是潜在的太阳能热发电用热电材料.它的热电绩效因子ZT很小,室温只有0.01.本研究小组通过掺杂和结构纳米化制备了Si₁₀₀P_2.5（GaP）_1.5,获得813℃时的ZT为0.47.本文在此基础上,通过引入一种新的机制——随机孔洞——来进一步提高纯硅基材料Si₁₀₀P_2.5（GaP）_1.5的ZT.结果表明:由于孔洞增加了对低能载流子的过滤,Seebeck系数得到了提高;又由于孔洞对主要携带热量的声子的散射,晶格热导率大大降低,结果Si₁₀₀P_2.5（GaP）_1.5的ZT提高了32%.研究结果表明引入随机孔洞是增加纯硅基体系ZT的有效途径.     

利用PM10和PM2．5反演大气能见度

为了研究PM10和PM2.5与能见度的关系,提出了利用PM10和PM2.5来计算能见度的方法。该方法利用PM10和PM2.5与粒子谱分布的关系对能见度进行了计算。采用2004年8月在北京的测量数据对其进行了验证,证明了该方法是可行的。     

仿生技术在转基因大豆中镍形态分析和生物可给性评价中的应用

转基因的食品安全问题一直是科学家和公众关注的焦点,其微量元素的生物可给性研究可为转基因食品的安全评价提供参考。以“胃肠仿生消化、肠道微生物代谢、脂质体仿生物膜亲合吸附”构建胃肠功能模型,用于大豆(转基因大豆和普通大豆)的样品前处理,以脂质体亲合态、水溶态界定消化食糜中镍化合物的形态, 以人体可吸收部分的脂质体亲合态评价大豆中镍的生物可给性。经胃肠消化和微生物代谢,大豆食糜中镍配合物以水溶态为主;胃肠消化、肠道微生物代谢均对镍配合物的生物可给性起促进作用;转基因大豆和普通大豆中镍的生物可给性分别为4.1%和3.3%,即大豆转基因后镍生物可给性提高24%;但转基因大豆中脂质体结合态镍含量122.3 ng·g-1,仅为普通大豆的36%。     

PM2.5大气污染对自由空间量子通信性能的影响

近年来, PM2.5大气污染日益严重, 不仅影响空气质量与大气能见度, 而且还会对自由空间量子光信号的传输造成影响. 然而, 有关PM2.5与自由空间量子通信信道参数关系的研究, 迄今尚未展开. 本文根据PM2.5粒度谱分布函数及其化学成分的消光份额, 提出了PM2.5指数、大气湿度与自由空间量子信道衰减的关系; 针对幅值阻尼信道和退极化信道, 分别建立了PM2.5污染程度与信道容量、信道平均保真度、信道误码率的定量关系. 仿真结果表明, 当大气湿度为30%, PM2.5指数分别为50和300时, 自由空间量子通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率分别依次为0.83和0.21, 0.91和0.56, 0.0048和0.0192. 由此可见, PM2.5污染程度对自由空间量子通信性能有显著的影响. 因此, 为了提高自由空间量子通信的可靠性, 应根据PM2.5大气污染状况, 自适应调整系统的各项参数.     

Stochastic and Self-Organisation Patterns in a 17-Year PM10 Time Series in Athens,Greece

This paper utilises statistical and entropy methods for the investigation of a 17-year PM₁₀ time series recorded from five stations in Athens, Greece, in order to delineate existing stochastic and self-organisation trends. Stochastic patterns are analysed via lumping and sliding, in windows of various lengths. Decreasing trends are found between Windows 1 and 3500–4000, for all stations. Self-organisation is studied through Boltzmann and Tsallis entropy via sliding and symbolic dynamics in selected parts. Several values are below −2 (Boltzmann entropy) and 1.18 (Tsallis entropy) over the Boltzmann constant. A published method is utilised to locate areas for which the PM₁₀ system is out of stochastic behaviour and, simultaneously, exhibits critical self-organised tendencies. Sixty-six two-month windows are found for various dates. From these, nine are common to at least three different stations. Combining previous publications, two areas are non-stochastic and exhibit, simultaneously, fractal, long-memory and self-organisation patterns through a combination of 15 different fractal and SOC analysis techniques. In these areas, block-entropy (range 0.650–2.924) is significantly lower compared to the remaining areas of non-stochastic but self-organisation trends. It is the first time to utilise entropy analysis for PM₁₀ series and, importantly, in combination with results from previously published fractal methods.Data Set License: license under which the dataset is made available (CC0, CC-BY, CC-BY-SA, CC-BY-NC, etc.)     

在单细胞水平上基于拉曼光谱和原子力显微镜研究不同地区PM2.5的毒理效应

PM2.5作为一种重要的空气污染物,研究不同地区PM2.5对人体细胞的损伤异同具有重要意义。本实验以人肺癌细胞为研究对象,分别经过3个不同地区PM2.5日均量暴露2 h,采用拉曼光谱仪和原子力显微镜对活性单细胞的光谱、形貌和生物力学指标进行检测,通过酶联免疫反应检测细胞产生的发炎因子浓度。统计分析表明：PM2.5暴露后细胞拉曼峰1 002.97,1 127.29,1 172.83和1 338.1 cm-1强度变大;细胞伪足收缩或残缺,细胞核区变高;苏州地区PM2.5暴露后细胞黏滞功变小,弹性能变大;细胞产生发炎响应。发现经不同地区PM2.5暴露后,单细胞光学和力学信息发生了各异的改变,因此单细胞水平上研究不同地区PM2.5的毒理效应,为空气污染治理、肺部疾病防控提供数据支撑。