2014年1月北京市大气重污染过程单颗粒物特征分析

利用在线单颗粒物气溶胶质谱仪(SPAMS)对2014年1月北京市典型大气重污染过程进行了连续监测,分析了具有正负离子质谱信息的颗粒物共2248225个.同时,利用ART-2a神经网络分类方法并结合Matlab统计分析,将具有质谱信息的颗粒物归为10类,分别为:矿尘类颗粒物(Dust)、元素碳颗粒物(EC)、有机碳颗粒物(OC)、元素碳和有机碳混合颗粒物(ECOC)、钠钾颗粒物(NaK)、富钾颗粒物(K)、含氮有机物(KCN)、高分子有机物(MOC,Macromolecular OC)、多环芳烃类颗粒物(PAHs)和重金属类颗粒物(Metal).结合PM_2.5质量浓度数据和HYSPLIT 4.0后向轨迹模型结果,将观测时间段划分为3个典型污染过程和1个清洁过程.结果显示,重污染期间OC、MOC和PAHs为最主要的颗粒物类型.最后,本文还比对分析了污染过程和清洁期间颗粒物的混合状态,结果表明,污染过程中硫酸盐和硝酸盐较清洁期间更容易与碳质颗粒物结合.     

利用单颗粒气溶胶质谱仪研究燃煤尘质谱特征

采用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)和再悬浮采样器联用的方式对燃煤电厂烟道气样品和下载灰样品的质谱特征进行测定,并使用颗粒物粒径分级采样仪ELPI测定其粒径分布特征.研究表明,SPAMS监测得到的粒径分布与ELPI结果差异较大,SPAMS对于500 nm以上粒径段检测效果较好;两个样品正谱图中有非常明显的锂、钙、钛、铝等金属组分信号和碳组分信号特征,负谱图中硅酸盐、硝酸盐和硫酸盐等信号比较明显,并且随着粒径的增加碳组分、硫酸盐和硝酸盐等组分对应的信号强度逐渐减弱,而硅酸盐、铝、钙和钛等组分对应的信号强度逐渐增强;对两个样品使用ART-2a聚类获得多个颗粒物类别,分析表明,它们均含有元素碳二次类(硫酸盐和硝酸盐缩写为二次Sec)、有机碳二次类、铝元素碳类、铝钙硅酸盐类和富硅酸盐类等颗粒物类别,并且随着粒径的增加金属硅酸盐颗粒出现频率增大,而含碳颗粒与硫酸盐出现频率降低.但烟道气样品和下载灰样品的质谱特征呈显著差异,下载灰样品更能代表燃煤源真实排放特征.建议在今后建立基于单颗粒质谱固定源成分谱时,应使用单颗粒气溶胶质谱仪在外场进行实测,并使用聚类的方法提取不同粒径段上的源质谱特征,可能会取得更好的效果.     

北京APEC期间不同颗粒物源解析方法的结果比较

2014年10月8日~11月25日,在北京城市点位采用颗粒物多组分在线监测技术与单颗粒气溶胶质谱（SPAMS）两种方法测定颗粒物化学组分.基于颗粒物在线多组分监测技术得到的受体数据,采用ME2模型进行解析（OC-ME2）;基于SPAMS的观测数据,采用ART-2a和ME2两种方法进行来源解析.SPAMS-ART2a方法解析得到6种颗粒物污染源,而SPAMS-ME2和OC-ME2均确定了5种来源.每种方法都识别出了扬尘源、机动车尾气、燃煤源、工艺过程源和二次源.结果表明：3种方法的解析结果均显示机动车尾气（25.43%~28.84%）和二次源（22.55%~33.50%）是颗粒物的主要来源,其次是燃煤源（20.16%~21.21%）和工艺过程源（12.01%~15.17%）;不同方法解析出的同种源在对颗粒物（PM）的分担率与贡献时间变化上存在较大的差异,这可能与采样方法、化学分析方法和数据分析方法等有关.对APEC会议期间主要污染源类特征进行研究,3种方法解析结果中的首要污染源均是机动车尾气（29.17%~44.18%）,其贡献均高于非会议期间（23.59%~28.79%）,表明在此期间机动车尾气对颗粒物的产生具有重要影响.     

碳质大气颗粒物的扫描质子微探针分析

碳质颗粒物是大气颗粒物的重要组成部分,对全球气候变化、环境质量、人类健康等有重要影响.本研究使用扫描质子微探针对上海两个典型环境监测点的大气颗粒物及7类污染排放源的单颗粒进行了分析.利用微束非卢瑟福弹性背散射谱micro-EBS(non-Rutherford elastic backscattering,EBS)分析了单颗粒中的C含量,发现燃煤烟尘、燃油烟尘、汽车尾气、柴油公交车尾气等污染源中碳质颗粒物占优,而水泥尘、钢铁工业尘、土壤尘中无机颗粒物占优;中心城区的碳质颗粒物占优,而工业区的无机颗粒物占优,单颗粒物的元素分布可以反映颗粒物发生大气化学反应的重要信息,利用微束质子激发X射线荧谱micro-PIXE(particle induced X-ray emission,PIXE)分析得到了大气颗粒物的S、Ca、Fe等元素分布,发现含Ca的碳质颗粒在大气中发生了硫化反应.     

植物释放挥发性有机物(BVOC)向二次有机气溶胶(SOA)转化机制研究

利用自制玻璃生态罩,研究植物挥发性有机物（BVOC）的释放机制.在紫外光诱导条件下,BVOC经历一系列的光氧化反应,最终产生了二次有机气溶胶（SOA）.运用固相微萃取（SPME）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术,对目标植物（驱蚊草）释放出的BVOC进行采样分析,共检测出7种主要化合物,其中主要为单萜类、倍半萜类、醇类和酮类物质.研究发现,在紫外光的照射下,这些BVOC可以发生光氧化反应转化为SOA.利用串联差分淌度分析仪（TDMA）测定SOA的粒径分布和SOA颗粒物的吸湿性.结果表明粒径范围大致是50～320 nm,吸湿性研究发现这些SOA具有吸湿性,生长因子可以从1.05增长到1.11.     

基于单颗粒气溶胶质谱技术的源解析新算法

针对现有单颗粒气溶胶质谱技术的颗粒物快速来源解析方法不能提供基于质量浓度单位源解析结果的问题,提出一种新型单颗粒快速源解析算法ArtPMF.选择淮河平原某能源工业城市2021年2～3月的单颗粒质谱监测数据对ArtPMF算法进行应用.结果表明监测期间二次源、工业源、机动车尾气源、燃煤源、扬尘源、生物质燃烧源和烟花燃放源对...     

汽车尾气中含铂颗粒物的表面特征分析

采用扫描电镜(SEM)和等离子质谱技术(ICP-MS)对配有三元催化转化器的汽车尾气中的颗粒物进行分析.结果表明,尾气颗粒物中含有大量的Si和Al,平均浓度分别为30.88%和23.71%;≤2μm的颗粒物占64%,颗粒物颜色为深褐色或黑色.扫描电镜下观察颗粒物形状不规则,表面较粗糙,呈多孔状.汽车尾气颗粒物中铂含量为280±1ng/g,大气颗粒物(人民广场)中铂含量为27±0.5ng/g.     

环境微界面过程的原位和在线研究方法

环境微界面过程是污染物在各环境要素中迁移转化的基本过程,也是研究污染控制方法的基础.发展原位和在线研究方法,对于揭示污染物在环境微界面的迁移转化规律和进行污染控制过程的研究具有重要意义.本文基于环境微界面过程的基本特征,在针对多相环境催化的原位研究方法基础上,分析了用于环境微界面过程的原位和在线研究方法所面临的挑战和相应对策,主要介绍了红外光谱、拉曼光谱和质谱等技术在气固环境微界面过程原位研究中的应用,提出了发展环境微界面过程原位和在线研究方法体系的构想.     

利用SPAMS研究西安市重污染天气细颗粒物污染特征及来源

为了对西安市冬季重污染过程中的细颗粒物进行动态源解析,于2016年12月5-22日,利用SPAMS（单颗粒气溶胶质谱仪）在西安市城市运动公园开展连续观测.将观测期分为4个阶段,结合气象条件对不同阶段细颗粒物的污染特征进行分析比较.依据质谱特征,将所采集到的颗粒分为EC（元素碳）、OC（有机碳）、ECOC（混合碳）、HM（重金属）、LEV（左旋葡聚糖）、SiO₃（矿尘）、K（钾）、Na（钠）、HOC（有机大分子）及Other（其他）类.结果表明:观测期间所采集到的OC类颗粒物数量最多,在重污染阶段OC、K和EC类颗粒物占颗粒总数的70%以上,是重污染天气的主要组成颗粒.在雾霾消散期,OC、LEV和SiO₃类颗粒是主要类型颗粒物.根据颗粒物的化学类型及离子特征,利用PMF（正交矩阵因子分解）模型法得到6种污染源贡献率分别为27.7%（燃煤源）、22.3%（二次污染源）、20.4%（交通源）、10.4%（生物质燃烧源）、9.7%（工艺过程源）、6.5%（扬尘源）及3.0%（其他未知源）.研究显示:在重污染阶段,燃煤源与交通源占比大幅上升,与二次污染源共同造成了此次重污染天气;在雾霾消散期,扬尘源及生物质燃烧源成为大气细颗粒物的主要污染源.      

基于质谱技术的在线大气颗粒物来源与污染过程解析研究——以江苏省淮安市为例

通过大气细颗粒物实时在线源解析技术(质谱直接测量法)采集录入淮安市市区部分特征污染源排放成分谱,对淮安市大气细颗粒物进行在线源解析,获取高时间分辨的颗粒物源解析结果,分析颗粒物来源、季度变化和重污染天气的污染过程,评估形成重污染过程的污染影响因子和影响程度,为区域大气污染综合整治提供重要目标指向,同时也为淮安环境空气PM2.5重度污染实时预警与监控、大气污染源减排方案评估、污染事件监控等提供有效的在线监测技术平台.     

我国典型细颗粒物排放源单颗粒质谱特征对比研究

针对现有污染源单颗粒质谱成分谱较少且缺乏对比总结的问题,本论文收集了工艺过程源、扬尘源、机动车尾气源、燃煤源和生物质燃烧源的单颗粒质谱图数据,使用聚类算法分析了各源类单颗粒物的主要化学组成特征的差异性.结果表明工艺过程源和燃煤源颗粒物均含有OC类、矿物质类、EC类、重金属类、富钾/左旋葡聚糖/硫酸盐硝酸盐类、OCEC类,但各颗粒类型的占比有明显差异,燃煤源中EC类占比明显高于工艺过程源而重金属类占比低于工艺过程源.生物质燃烧源主要由OC类、其他有机物类、富钾/左旋葡聚糖/硫酸盐硝酸盐类和OCEC类组成.扬尘颗粒的主要类型为矿物质类.从单颗粒化学组成上看,工艺过程源排放的有机颗粒中OC常与SO₄^2-内混,元素碳颗粒中EC与NO₃^-或SO₄^2-内混.燃煤源排放的碳质颗粒中EC、OC成分往往与NO₃^-和SO₄^2-或者单独与SO₄^2-...     

2015世界互联网大会期间嘉兴市大气细颗粒物污染特征及来源研究——以单颗粒气溶胶质谱技术为例

基于单颗粒气溶胶质谱技术,于2015年12月12—23日互联网大会期间开展了嘉兴市细颗粒物污染特征和来源研究.结果显示,观测期间共捕捉到5次不同的污染过程,分别为:管控期的区域输送(P1)-清洁天(P2)-本地排放(P3)过程,以及管控后的污染反弹(P4)-重污染程(P5)过程.污染期间(P1、P5),硝酸盐含量及比例均有显著增加,并且增加的主要是老化的硝酸盐颗粒,表明硝酸盐的二次转化对长三角地区高浓度细颗粒物形成具有重要影响.受管控措施和南下的强冷空气影响,会议期间,除有机碳和生物质燃烧组分外,PM_(2.5)质量浓度及其它各组分浓度均有不同程度的下降.管控措施解除后(P5),受区域输送和本地污染物积累共同作用,颗粒物浓度开始反弹并持续升高,硝酸盐和EC组分均有明显增加,并且呈现出早、晚高峰值.源解析结果显示,P5期间颗粒物浓度反弹与机动车尾气排放密切相关.研究表明,实施管控措施对降低机动车尾气排放和PM_(2.5)质量浓度、改善环境空气质量等效果显著.     

黄山秋季大气颗粒物理化特性

为了研究华东背景地区大气单颗粒的理化特性,利用单颗粒飞行时间质谱仪(SPAMS)于2012年9月5日至10月28日在黄山对大气颗粒物进行了观测,并结合Hysplit后向轨迹模式探究了不同气团对颗粒物性质的影响.结果表明,黄山地区颗粒物可分为老化碳(Aged-EC)、富钾(K)、元素碳-有机碳混合物(ECOC)、有机碳(OC)、钠-钾混合物(NaK)、元素碳(EC)、元素碳-重金属混合物(ECHM)、重金属(HM)、矿物质(Minerals)共9类,其中Aged-EC占比最高,K其次,且含碳颗粒物老化程度较为严重.含碳颗粒物Aged-EC、 ECOC和OC集中在积聚模态(0.2～1.4μm),HM、 NaK和Minerals则集中于粗粒子模态(1.4μm).除K、 ECHM和ECOC外,较高风速下不利于颗粒物的累积;相对湿度越高,含碳颗粒物的占比越大,而K、 OC、 Minerals和NaK的占比越小.聚类分析结果表明,采样时段内黄山地区主要受西北气团、海洋气团和局地气团影响.周边地区的工业排放、燃煤等活动是Aged-EC的首要贡献源.     

静态液相微萃取-气质联用测定烷基酚方法优化

采用静态液相微萃取前处理方法与气相色谱—质谱联用技术相结合对水样中烷基酚测定方法进行优化。     

液相微萃取-气质联用法测定扎龙水样中增塑剂

采用液相微萃取前处理方法与气相色谱—质谱联用技术相结合对扎龙水样中增塑剂进行测定。     

利用SPAMS研究南宁市四季细颗粒物的化学成分及污染来源

为研究南宁市四季大气颗粒物的化学成分及污染来源,利用单颗粒气溶胶质谱仪(single particle aerosol mass spectrometer,SPAMS)对南宁市2015年四季大气细颗粒物进行观测.SPAMS所测得4个观测阶段大气细颗粒物数浓度与细颗粒物质量浓度线性相关系数均在0.75以上,在一定程度上颗粒物数浓度可反映大气污染状况.南宁市四季大气细颗粒物平均质谱图体现出冬、春两季二次反应生成的污染物质较多.利用自适应共振神经网络分类方法对细颗粒物化学成分进行分类,南宁市细颗粒物各化学成分数浓度占比和污染来源在四季均有差异,且化学成分能体现污染来源.冬季元素碳最高,对应较高的燃煤源;秋季有机碳最高,对应较高的机动车尾气源;夏季富钾颗粒、左旋葡聚糖和矿物质较高,对应较高的生物质燃烧源和扬尘源;春季富钠颗粒和重金属略高.在污染升高过程,生物质燃烧源和燃煤源等贡献较大.     

沈阳市冬季一次典型大气污染过程特征和成因分析

2013年11月18日~25日沈阳地区出现一次典型空气污染过程。采用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS),并结合气象条件分析了该次污染的成因和细颗粒物的污染特征。结果表明,不利于污染物扩散的气象条件是重污染发生的主要原因,低空排放的积累可能是造成这次污染的又一重要原因。从细颗粒物成分上看,污染过程中有机碳颗粒占比明显增加,有机物污染较为严重,颗粒物间混合加剧;从来源上看,机动车尾气、工业排放和燃煤的占比较高。     

2015年石家庄市采暖期一次重污染过程细颗粒物在线来源解析

近年来,我国北方采暖期的大气污染问题备受关注.以2015年11月24日至12月4日石家庄地区一次重污染过程为例,采用大气细颗粒物实时在线源解析技术,对不同时段细颗粒物来源解析结果和各类源粒径分布、重污染期间各类源的质谱特征,结合气象条件进行综合分析.结果表明：重污染期间主要污染物来源为燃煤、工业工艺、机动车尾气和二次无机源;低压、静稳条件和低空传输共同作用下,以燃煤及工业工艺源排放颗粒物为主的细颗粒物严重累积,二次转化加剧,导致此次重污染的发生;来自燃煤源的颗粒物以混合碳为主,工业工艺源以金属为主,机动车尾气源以元素碳和金属锰为主,纯二次无机源以二次无机离子为主,来自扬尘源的颗粒物以铝、钙、铁和硅酸盐为主,生物质燃烧源以左旋葡聚糖LEV为主,餐饮源以有机酸为特征信号;与重污染前后不同,八类源于重污染发生期间在整个粒径段呈现均匀分布状态.     

蚊香烟气气溶胶单粒子的粒径和质谱测量

在自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪上,对两种蚊香烟气气溶胶单粒子的粒径和质谱进行了实时在线测量。通过分析蚊香烟气气溶胶的统计粒径数据和大量单粒子质谱图,发现其粒径主要分布在小粒径的纳米区间,且粒子中可能包含K+、Na+、碳氢化合物离子、重金属元素离子以及多环芳香烃化合物离子如苊、芴和苊烯的分子离子峰C12H10+、C13H10+和C12H8+等物质。并总结出微烟蚊香和有烟蚊香在粒径分布和化学成分等方面的异同点。金彩虹微烟蚊香烟气中包含的Mo+可以作为其区别于雷达有烟蚊香的特征标志。     

金属有机化合物的质谱研究

目前，常用于MOCVD技术的高纯金属有机化合物品种较多，由于这类化合物的性质非常活泼，遇微量水或氧可能使化合物的结构改变，而且这类化合物的毒性极大，对环境的影响是不可低估的。本文就采用质谱技术对这类化合物的结构进行了研究。经研究，采用情性有机溶剂在情性气流箱中配制样品溶液，按常规方法取样直接进行质谱测定。实验证明：操作简便、结果可靠。根据这些金属有机化合物的碎片离子及相对丰度对其质谱的裂解规律进行了探讨。另一重要方面是：从这些化合物的质谱的同位素峰发现了文献所没有报导过的三甲基镓的二聚、三聚的含氧化合物，三乙基镓的二聚的含氧化合物的存在．