原位红外光谱法研究大气颗粒物表面非均相反应

大气污染物之间可能发生协同作用,造成严重的二次污染,产生次生环境问题.本实验通过原位红外光谱分析方法研究气态污染物和碳颗粒物之间的吸附过程,发现大气中CO2和NO极易在颗粒物表面发生吸附;CO2在颗粒物表面达到吸附平衡时间很短,NO的吸附平衡时间较长;CO2和SO2会影响NO在颗粒物表面的吸附,CO2在颗粒物表面的吸附几乎不受NO和SO2的影响.     

乙二醛在沙尘颗粒物表面吸附与转化的红外光谱研究

乙二醛是大气中一种重要挥发性有机物.它在大气中气相、水相及二次无机酸性颗粒物表面反应均可生成二次有机气溶胶(SOA).然而乙二醛与沙尘非均相反应研究却未见报道.本研究选取二氧化硅(SiO2)和三氧化二铝(α-Al2O3)颗粒作为实际沙尘模型,探讨了乙二醛与沙尘颗粒非均相吸附与转化机理.利用透射傅里叶变换红外光谱(T-FTIR)原位跟踪反应进程,再结合色谱和质谱分析了反应产物.结果发现,在无光照和无氧化剂参与条件下,乙二醛在以上两种沙尘组分颗粒表面吸附后均生成了低聚物,在α-Al2O3上还能生成有机酸；水汽能促进颗粒对乙二醛摄取,并有利于低聚物生成,但会抑制有机酸生成.这些发现对于认识大气乙二醛与沙尘非均相反应生成SOA具有重要意义.     

矿质氧化物表面过氧化氢的非均相过程研究

利用努森池反应器研究了过氧化氢与大气矿质氧化物的非均相过程,其初始摄取系数分别为(1.00±0.11)×10^-4 (σ-Al₂O₃)、(1.66±0.23)×10^-4 (MgO)、(5.22±0.9)×10^-5 (SiO₂)、(9.70±1.95)×1010^-5 (Fe₂O₃). 除SiO_{2相似文献}   

获取大气颗粒物消光系数的差分吸收光谱法研究

针对雾霾天气日益增多,大气污染气体向颗粒物的转化在加快,研究了一种大范围对其监测的差分吸收光谱方法。差分吸收光谱法可以实时、在线、准确同时获取颗粒物光学特性和大气痕量气体浓度。论文首先分析了双光路差分吸收光学遥感系统获取颗粒物绝对光强的原理,然后研究了基于单光路测量大气吸收谱,在干净天气状况下测量参考光谱,利用能见度数据,在550 nm波段处实现系统校准,计算校准参数,从而获得大气绝对吸收光强,然后解析出大气总的消光系数。再从总的大气消光系数中,去除瑞利散射以及大气痕量气体吸收对消光系数影响后,精确解析出颗粒物消光系数。同时基于差分思想获取大气痕量气体的浓度。最后把该方法应用于外场实验,获取大气颗粒物在350～700 nm波段范围内消光系数和大气中NO₂的浓度。研究结果表明颗粒物消光系数的随着波长的增加而减少,符合Angstrom公式。该研究为分析大气气相/粒子非均相化学反应提供有力的技术支持。     

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。     

ICP-AES测定大气颗粒物中金属元素

聚丙烯膜采集大气颗粒物中的铬、铜、铅、锰、锌、镍和铁 ,消解后用 ICP- AES法进行测定。该法消解方便 ,快速完全 ,滤膜空白值低 ,加标回收率、准确度和精密度均较高 ,结果令人满意。     

基于主动差分吸收光谱系统获取大气颗粒物光学特性研究

以主动差分吸收光谱遥感技术为基础,在干净大气环境条件下,结合参考光路设计技术,开展了获取近地面气溶胶颗粒物的光谱新方法研究.针对以宽带氙弧灯为光源的主动差分吸收光谱系统固有宽波段特性,建立了解析颗粒物光学厚度模型,获取了大气颗粒物光学特性.最后通过外场实验,获得测量期间气溶胶颗粒物光学厚度,然后采用对数线性回归获取Angstrom波长指数和混浊系数,以及大气能见度数据.主动差分吸收光谱系统用测量光程范围内的大气总的吸收特性,获得监测区域的颗粒物平均水平,更具有代表性和进一步应用价值.     

确定大气颗粒物平均滞留时间的新方法

从低层大气的基本属性出发,利用大气颗粒物中放射性核素的衰变特性与转移速率等相关信息, 建立了单位体积大气颗粒物中被吸附的放射性粒子数、衰变粒子数和转移粒子数的数学模型, 获得了确定低层大气颗粒物平均滞留时间的新方法.该方法解决了当前相关研究中出现的困惑, 说明了大气具有有限的自净功能,给出了大气颗粒物中同一衰变链上各核素达到活度平衡的条件 及降低平均滞留时间的途径,为大气环境的监测与治理提供了科学依据. 关键词： 大气颗粒物 平均滞留时间 氡子体 监测     

微孔滤膜采样-FAAS法测定大气颗粒物中的银

用0．22μm孔径的微孔滤膜采集大气颗粒中的银,并用火焰原子吸收法测定,该方法检出限为0．56μg,精密度1．2％－1．8％,样品加标回收率为99．0％－101％。     

大气颗粒物滞留时间的确定方法及初步实验验证

通过研究大气颗粒物中222Rn子体活度比与颗粒物平均寿命之间的关系,建立了基于活度比估算大气颗粒物滞留时间(residence time of atmospheric aerosol,RTAA)的方法,并在相对理想条件下进行了实验验证.当氡室浓度稳定为1.816kBq/m3时,由214Bi/214Pb活度比计算出的RTAA为112.17min,与氡室的平均换气时间(104.17min)相当,表明大气颗粒物中同一衰变链上的放射性核素活度比(如214Bi/214Pb,210Bi/210Pb或210Po/210Pb)可以用于估算RTAA.     

Application of Fourier Transform Infrared Spectroscopy in the Study of Atmospheric Heterogeneous Processes

Abstract

Atmospheric heterogeneous processes associated with the complex behavior of atmospheric particles may play a crucial role in atmospheric chemistry and global climate change. Many of these heterogeneous processes have been widely investigated in detail over the years, including heterogeneous reactions on the surface of aerosol particles, aerosol hygroscopicity, as well as aerosol chemical compositions. As a fast, sensitive, precise, nondestructive, in situ, and online experimental technique, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy has played a significant role in investigating atmospheric heterogeneous processes. On the basis of the mechanisms and characteristics of various FTIR techniques, this work presents a review of the applications of in situ FTIR spectroscopy in atmospheric heterogeneous processes study, and future development directions for FTIR spectroscopy are proposed considering current and future research needs for heterogeneous processes.     

w-十一烯酸表面改性纳米碳酸钙粒子反应机理的差示FTIR光谱研究

采用差示傅里叶变换红外光谱(FTIR)法对w十一烯酸表面改性的纳米碳酸钙粒子的组成进行了测试,结果发现:在其差谱上,波数位于1 572,1 542 cm-1附近出现了较明显的(RCC)2-Ca离子的特征吸收带,波数位于912,3 078 cm-1附近分别出现了端双键上C-H的面外弯曲(γCH)和伸缩振动(νCH)吸收带,波数位于1 746,1 703 cm-1附近分别出现了酯羰基和羧羰基的特征吸收带.由此推测,改性剂与纳米碳酸钙表面作用机理可能是:改性剂的端羧基与纳米碳酸钙表面的钙离子结合,形成(RCOO)2-Ca离子键,从而在纳米碳酸钙表面接枝上带有端双键的活性有机基团;同时,纳米碳酸钙表面利用氢键作用吸附微量有机基团.这些有机基团共同缠绕在纳米碳酸钙表面,提高了纳米碳酸钙在无水乙醇中的分散性.     

结节性甲状腺肿的傅里叶变换红外光谱体表测定

利用ATR探头和中红外光导纤维红外光谱法在体表测定34个正常甲状腺和20个结节性甲状腺肿的傅里叶变换红外光谱。并比较了二者之间13条谱带的27个指标的差异。结果表明: 结节性甲状腺肿的体表红外光谱中：(1)～2 925 cm-1 谱带(—CH₂的反对称伸缩振动)的峰位, ～1 250 cm-1(PO的伸缩振动)谱带的峰位均明显地向低波数方向移动(P＜0.05);(2)谱带的相对强度(谱峰高度)比值H_{1 740}/H_{1 460}, H_{1 160}/Ｈ_{1 460}和H_{1 160}/H_{1 120} 较正常甲状腺明显降低(P＜0.05);(3)H_{1 080}/H_{1 460}比值明显升高(P=0.008)。这些差异是利用体表红外光谱诊断结节性甲状腺肿的基础。     

基于中红外光谱技术检测茶叶中非法添加滑石粉的研究

研究傅里叶变化红外透射光谱(FTIR)结合化学计量学方法检测茶叶中非法添加滑石粉的可行性。首先获取掺杂量不同的滑石粉(0.00, 0.15, 0.25, 0.35, 0.50, 0.65, 0.75, 0.85, 1.00, 1.10, 1.25, 1.50 mg·g-1)210个茶叶样本光谱。为了突显出光谱中的细微变化,采用Savitzky-Golay(SG) 平滑、标准化和标准正态变量(SNV)三种方法对原始光谱进行预处理。其中,处理效果最好的是SNV方法。随后探究光谱与掺杂量之间的定量关系,采用反向间隔偏最小二乘法(biPLS)和连续投影算法(SPA)的结合进行特征波数的选择,最终选出来5个特征波数。并利用偏最小二乘回归算法(PLS)和最小二乘支持向量机算法(LS-SVM)建立基于这5个特征波数的回归模型。其中LS-SVM模型具有更高的相关系数(R_P=0.921)和更小的均方根误差(RMSEP=0.131),所以该模型具有更好的稳定性及更高的预测能力。综上所述,红外光谱技术可以定量地检测出茶叶中非法添加的滑石粉。     

利用真空FTIR比较研究油酸薄膜和油酸包覆粉煤灰分别与臭氧的非均相化学反应动力学

气溶胶老化是目前大气颗粒物物理化学领域的研究热点之一。通过真空型傅里叶红外光谱仪原位观测并对比了油酸(OA)薄膜和油酸包覆粉煤灰两种样品分别与臭氧发生的化学反应动力学,并评估了其中粉煤灰在非均相化学反应中所起到的作用。除了指纹区特征峰的不同,在反应前纯油酸薄膜和纯油酸包覆粉煤灰样品的主要红外特征吸收峰是相似的。当两种样品分别处于20 ppm 臭氧浓度、室温和干燥的反应环境中,=CH的特征吸收峰(3 050 cm-1)强度降低而—OH伸缩振动特征峰(3 430 cm-1)强度增加。此外,随着臭氧氧化反应的进行,处于1 710cm-1的羧酸C=O伸缩振动特征峰强度下降,反之,产物酯类物质的伸缩振动特征峰在1 740 cm-1出现并增强。通过红外光谱的变化趋势能够得到两组样品的OA成分在反应中逐步消耗并转化为含有羟基和酯类官能团的产物。通过位于1 740 cm-1处的C=O特征峰的变化能够得到准一级反应速率常数K_app和摄取系数γ。粉煤灰样品的准一级反应速率常数大体是油酸薄膜反应体系的两倍。对于比表面积,粉煤灰样品要大于油酸薄膜,而两种反应体系的臭氧浓度一致,油酸薄膜和油酸包覆粉煤灰的γ值分别为(2.70±0.11)×10-4和(3.70±0.13)×10-4。较大的催化表面积和较快的催化效率是导致粉煤灰样品较油酸薄膜反应快的原因。由此证明了当粉煤灰与不饱和有机酸结合并处在臭氧氧化环境中时会常易促进二次有机气溶胶的形成。     

三七炮制前后的红外光谱分析研究

采用红外光谱并结合二维相关红外光谱法对生三七和熟三七进行了研究,分析比较三七炮制前后化学成分的变化。在一维红外谱图上,生三七和熟三七在1 200~400cm-1波段内的相似度较高,不同的是熟三七在2 925,2 855,1 746,1 460,1 376,1 158cm-1出现了花生油的特征峰,这是由于采用煎炸法炮制三七所残留的花生油所引起的。两者药效组分的特征差异在二维相关红外谱图上显示得更为明显和直观,在1 400~1 700cm-1区域,生三七仅在1 650cm-1附近有一个强自动峰,而熟三七在1 469和1 640cm-1附近均有自动峰。在1 120~1 250cm-1区域,生三七和熟三七共有1 139(1 137),1 194(1 196),1 219(1 221)cm-1三个自动峰,不同的是各自动峰的相对强度发生了变化,生三七经炮制后1 139cm-1峰的增强,而1 194cm-1峰减弱。二维相关红外光谱的变化规律说明了三七药材在炮制的过程中发生的主要变化是黄酮、糖类、皂苷等成分的分解。该方法揭示了三七在炮制过程中所发生的物理化学变化过程,从红外光谱的角度解释了三七"生消熟补"的药理。     

褐煤颗粒表面官能团的分布特征

采用原位傅里叶红外光谱漫反射测试了北皂褐煤在粒度为40—60目、60—80目、80—100目、100—160目和160目—0.1mm的官能团分布特征,对比分析了不同粒度范围内的红外测试谱图。结果表明,粒度在40—60目以后,官能团区域可识别的特征吸收峰基本一致,可识别的官能团主要是醇羟基、多元醇及缔合羟基,甲基亚甲基,不饱和醛、脂肪烃链式饱和羧酸盐、烯烃,以及苯环取代;在160目—0.1mm的粒度范围内,指纹区验证更加准确,谱图峰型峰位以及峰面积更加准确,能够满足定量分析的要求。研究成果对研究煤不同粒度的宏观特性以及红外特征的定性分析具有重要的指导作用。