基于TEM-EDS对四川盆地大气单颗粒气溶胶的研究

为了解四川盆地大气中单颗粒气溶胶理化特征,分别在该区域典型城市（成都市）和背景地区（峨眉山）进行了大气单颗粒样品采集.基于带能谱的透射电子显微镜（TEM-EDS）对两地累计3923个单颗粒的化学组成、形貌特征及混合状态等进行了全面观测和分析,并对两地颗粒物差异性进行了对比分析.结果发现：两地气溶胶颗粒主要包括有机物、富硫、矿物、烟尘和飞灰/金属颗粒,除了以单独的外混形式存在外,大多数颗粒以两种及两种以上颗粒类型混合（即内混）形式存在.通过对成都市不同污染状况下单颗粒特征对比发现,"污染天"的内混颗粒占比高于"清洁天",分别为74.2%和68.6%;相比"清洁天","污染天"颗粒物粒径分布范围更广且峰值区间更大,表明污染过程中颗粒物的大气混合趋于更强.对比成都市与峨眉山分析结果得知,成都市以内混的有机物-硫颗粒为主导（占比为50.2%）,而峨眉山以外混的有机物颗粒为主导（占比为50.5%）;成都市含硫类颗粒物（如有机物-硫颗粒）贡献高于峨眉山,而峨眉山两种含碳类颗粒（如烟尘和有机物-烟尘颗粒）占比高于成都市;此外,成都市与峨眉山两地大气颗粒物粒径分布范围及峰值区间均存在一定差异,进一步体现了两地颗粒物来源和老化混合的差异.在峨眉山,与非降雨天相比,一些易溶于水的颗粒物（如含硫类颗粒）在降雨天占比明显降低,而源自当地燃烧过程、粒径较小且疏水性强的颗粒物（如烟尘和有机物-烟尘颗粒）占比相应升高.     

Morphology, composition, and sources of individual aerosol particles at a regional background site of the YRD, China

Aerosol samples were collected at Lin'an, a background site of Yangtze River Delta(YRD).Morphology, size, composition, and mixing state of individual aerosol particles were characterized by transmission electron microscopy(TEM) coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy(EDS), and the soluble ions of PM_(1.0) were studied by aerosol mass spectrometer(AMS). The daily average AMS mass concentrations of sulfate, nitrate, and ammonium were about 5.8, 8.6, and 5.6 μg/m~3, respectively. Individual aerosol particles were classified into seven types: S-rich, K-rich, organic matter(OM), soot, fly ash, metal, and mineral. S-rich particles were dominant in all size bins, and 51%(by number) of S-rich particles were internally mixed with other particles. The fraction of organic coating particles was 13.7% in morning, 25.2% in afternoon, and 11% in evening, suggesting that the strong photochemical process during afternoon produced more secondary organic aerosols(SOA) on the surface of inorganic particles. Fly ash and metal particles were abundant during the day, suggesting the influence of emissions from coal-fired power plants and steel plants. The results indicate that the intense industrial emissions in the YRD significantly transported to the background areas. PM_(2.5) concentration may be lower in background air than in urban air but complex mixing state of aerosol particles indicates that the long-range transported particles substantially influenced the background air quality.     

北极夏季大气气溶胶单颗粒研究

为研究北极地区大气气溶胶颗粒的物理化学特性,于2013年8月8~12日环Svalbard岛收集大气气溶胶样品,利用带能谱的透射电子显微镜(TEM-EDS)共分析2530个单颗粒,并获得颗粒物的形貌特征和化学组成.结果表明,北极地区颗粒物主要表现为5种类型,分别为海盐颗粒、富S颗粒、富Fe颗粒、含碳颗粒和矿物颗粒.后向气流轨迹显示,采样期间大气污染物主要来自于北极点周边的海洋上空和附近格陵兰岛地区.来自海洋上空的大气中主要包含海盐颗粒,所占数量比例为54.7%;经过陆地的大气样品中95.4%为矿物颗粒.利用时间密度因子法估算出北极地区PM2.5质量浓度范围为0.55~0.72mg/m3.     

民用燃煤排放细颗粒中金属元素排放特征及单颗粒分析

通过模拟民用煤炭燃烧,采集了5种不同成熟度的典型块煤燃烧排放的单颗粒和PM_2.5样品.利用带能谱仪的透射电镜研究了金属颗粒的单颗粒特征,运用电感耦合等离子体质谱仪和发射光谱仪获得了PM_2.5样品中14种金属元素（包括8种重金属）的浓度特征.结果显示,民用燃煤排放的含金属元素的颗粒物主要有矿物颗粒、部分碳质颗粒、富K颗粒、富S[K]颗粒、富Fe颗粒、富Zn颗粒和富Pb颗粒共7种.5种民用燃煤排放的14种金属元素占PM_2.5的1.29%~15.54%,其中Al、Ca和Na占金属元素总量的57%~80%,是民用燃煤排放的主要的金属元素;V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn和Pb这8种重金属元素占PM_2.5的0.09%~2.53%,其中Zn和Pb占重金属总量的54%~91%,在民用燃煤排放的重金属中占主导.单颗粒分析结果显示Zn和Pb元素主要富集在粒径小于1μm的富Zn和富Pb颗粒中,这些细颗粒能够直接进入人体,对人体健康造成威胁.因此,建议居民应通过使用精煤或天然气等清洁能源来减少重金属的排放.     

春季黄海边界层内海盐细粒子氯亏损及混合状态研究

为了解海盐气溶胶和亚洲出流污染物的相互影响,对2001年春季黄海边界层内观测的气溶胶细粒子可溶离子浓度(AGE-Asia中NCAR C-130飞机航测)进行了研究.所分析的6个航段(航段1～航段6)都位于黄海中部(124.0°E～125.1°E,34.3°N～36.4°N)的大气边界层内.离子摩尔比和相关分析表明,在所...     

爱尔兰海岸夏季空气颗粒物水溶性离子粒径分布研究

研究了爱尔兰西海岸国际海洋大气研究站夏季（2002年8月12～22日）大西洋气团颗粒物中水溶性无机离子的含量与其粒径关系.海盐成分（Cl^-、SO4^2-、Na^＋、Ca2＋、Mg^2＋、K^＋）含量在粗颗粒物中随粒径呈双峰分布（0.8～30 μm）,但Ca^2＋和K＋受陆域源影响,在亚微米颗粒区间出现另一分布峰（0.1～0.8 μm）.二次颗粒物成分在所有颗粒物中均有检出;NO^3-呈广域宽带分布,其中大部分出现在海盐主峰区（0.8～8 μm,存在Dp 1.4 μm和Dp 4.4 μm两种模态）;nss-SO4^2-（非海盐硫酸根）和NH^4＋呈相关三峰分布（Dp 0.44 μm、Dp 1.4 μm和Dp 4.4 μm）,CH3SO3-也呈相似三峰分布（Dp 0.44 μm、Dp 1.4 μm和Dp 8 μm）,三者在亚微米颗粒区间同位出现主峰.二次颗粒物成分Dp 1.4 μm模态在海岸空气颗粒物研究文献中尚少见报道.讨论了亚微米区间二次颗粒物盐类的化学形态.TSP中nss-SO4^2-、NO^3-、NH^4＋和CH3SO^3-的日均浓度分别为0.279、0.171、0.158和0.041 μg/m^3.     

酸性硫酸铵种子气溶胶对甲苯二次有机气溶胶形成和组分的影响研究

酸性硫酸铵是中国城市大气中常见的亚微米气溶胶颗粒,它在二次有机气溶胶（SOA）的形成中起着至关重要的作用.本文利用自制的烟雾腔系统开展了酸性硫酸铵种子气溶胶对甲苯SOA形成和化学组分的影响研究,采用PM_2.5粒子检测仪、高效液相色谱质谱仪和紫外-可见分光光度计测量反应产生的SOA粒子的浓度和组分.实验结果表明,酸性硫酸铵种子气溶胶能够显著促进甲苯SOA的形成.相比于没有种子气溶胶存在时,甲苯SOA中检测到的羧酸组分,甲苯光氧化产生的二醛化合物在酸性硫酸铵颗粒表面上发生非均相反应产生的咪唑类化合物是酸性硫酸铵种子气溶胶存在时甲苯SOA的主要组分.气相二醛化合物能在高浓度酸性硫酸铵种子气溶胶表面快速发生非均相酸催化反应产生咪唑类产物.这为研究高浓度酸性无机细粒子背景下,大气咪唑类含氮有机物棕色碳的形成机制研究提供了实验依据.     

海盐非均相反应对山东沿海大气O3浓度的影响

通过改进WRF-CMAQ模型中非均相反应模块,定量研究了2017年夏季和冬季海盐与含氮气体非均相反应对我国山东沿海地区大气O₃浓度的影响.模拟结果表明,考虑海盐气溶胶非均相反应后,山东沿海地区夏季O₃小时浓度增加了0.2×10^-9~6.6×10^-9（0.5%~15.5%）,冬季增加了0.8×10^-9~15.3×10^-9（1.7%~27.4%）,ClNO₂在夏季和冬季分别增加了100×10^-12~250×10^-12,300×10^-12~650×10^-12;夏季O₃浓度增加主要集中在山东东部,而冬季O₃的增加则覆盖了山东大部分地区,表明海盐非均相反应对冬季O₃的影响强度及范围均明显高于夏季.海盐非均相反应引起的O₃浓度增加主要发生在日间,特别是8：00~16：00.该反应对渤海及南黄海大气O₃浓度也有影响,且在这些海域生成的O₃可通过4条传输路径影响山东沿海地区,甚至可影响到济南、菏泽等山东中西部地区（距离山东东部海岸线~350km）;海洋大气中O₃的传输可造成山东东部沿海O₃浓度升高0.2×10^-9~15.3×10^-9,山东中西部O₃升高0.3×10^-9~6.2×10^-9.     

台风对沿海城市细粒子中海盐气溶胶的影响

台风作为发生、发展于海洋的天气系统,其对沿海城市海盐气溶胶的影响究竟如何值得探究.利用2011年第17号强台风"纳沙"影响深圳期间的深圳气象局竹子林大气成分站的MARGA(Monitoring Instrument for Aerosols and Gases)数据,研究了期间台风对深圳PM_(2.5)中海盐气溶胶(以下简称海盐气溶胶)的影响.结果发现,受台风外围下沉气流的影响,各气溶胶成分的浓度均有明显的增加.台风降水前的大风对各种气溶胶(含海盐、非海盐气溶胶)的清除作用非常显著,而台风降水期间PM_(2.5)中的海盐气溶胶浓度呈现快速上升趋势,最大浓度可达4.39μg·m~(-3).台风降水期间的海盐气溶胶也呈现出一定的老化状态,氯损耗平均值为32.20%,海盐气溶胶的老化程度低于台风降水前和台风降水后的老化程度.尽管台风降水时海盐气溶胶的贡献率有显著增加,气溶胶海洋属性加强,但总体而言海盐气溶胶对深圳地区PM_(2.5)化学组分的贡献非常低.     

半干旱区春季沙尘气溶胶谱分布的观测研究

为研究半干旱区沙尘细粒子的粒谱特征,利用WPS粒谱仪对内蒙古朱日和地区春季粒径为0.01~10.0mm的沙尘气溶胶进行了40多天的连续观测,得到不同天气条件下的气溶胶谱分布.研究表明,沙尘气溶胶有明显的日分布规律,不同天气背景下的沙尘气溶胶浓度变化特征不同,受气象要素影响较大.非沙尘日和沙尘日均有浓度变化较稳定的粒径段,沙尘日出现稳定粒径段的粒径小于非沙尘日,2种天气背景下的平均谱在0.07~0.20mm;非沙尘日、沙尘日和沙尘时段的气溶胶谱型在0.01~0.1mm、0.1~1.0mm和1.0~10mm 3个粒径段分布明显不同,分别符合对数正态分布、Lorentz分布和负指数分布.     

Characterization of atmospheric aerosol (PM10 and PM2.5) from a medium sized city in São Paulo state, Brazil

Air pollution causes deleterious effects on human health with aerosols being among the most polluting agents.The objective of this work is the characterization of the PM_(2.5) and PM_(10) aerosol mass in the atmosphere.The methods of analysis include WD-XRF and EDS.Data were correlated with meteorological information and air mass trajectories(model HYSPLIT)by multivariate analysis.A morphological structural analysis was also carried out to identify the probable sources of atmospheric aerosols in the city of Sao Jose do Rio Preto,Brazil.The mean mass concentration values obtained were 24.54 μg/m~3 for PM_(10),above the WHO annual standard value of 20 μg/m~3 and 10.88 μg/m~3 for PM_(2.5) whose WHO recommended limit is10 μg/m~3.WD-XRF analysis of the samples revealed Si and Al as major components of the coarse fraction.In the fine fraction,the major elements were Al and S.The SEM-FEG characterization allowed identifying the morphology of the particles in agglomerates,ellipsoids and filaments in the PM_(10),besides spherical in the PM_(2.5).The analysis by EDS corroborated WD-XRF results,identifying the crustal elements,aluminosilicates and elements of anthropogenic origin in the coarse fraction.For the fine fraction crustal elements were also identified;aluminosilicates,black carbon and spherical particles(C and O) originating from combustion processes were predominant.The use of multivariate analysis to correlate air mass trajectories with the results of the morpho-structural characterization of the particulate matter allowed confirmation of the complex composition of the particles resulting from the combination of both local and long-distance sources.     

南半球海洋大气气溶胶单颗粒的理化特性分析

运用透射电子显微镜-X射线能谱技术分析了中国第29次南极科考期间采集的大气气溶胶单颗粒样品,获得颗粒物的形貌特征、混合状态、成分组成及数量分布等信息.结果表明,航渡区域海洋上空的颗粒物主要表现为4类:海盐颗粒、矿物颗粒、富硫颗粒和含碳颗粒,其中海盐颗粒占主导,本研究将海盐颗粒又分为新鲜、部分老化及完全老化的海盐颗粒.部分和完全老化的海盐颗粒占海盐颗粒总数的86%,且部分老化的海盐颗粒表面及完全老化的海盐颗粒以长条状Na2SO4成分为主.同时,发现两处采样点(印度洋中东部和南极内陆)的样品中富硫颗粒较多,根据后向气团轨迹判断这些富硫颗粒主要来源于海洋地区,推测是由海洋表面浮游生物释放的二甲基硫(dimethyl sulfide,DMS)经过大气氧化形成.本研究表明,南半球海洋大气中海盐颗粒老化是由海洋表面释放的DMS控制,这不同于北半球海洋大气中人为源影响的海盐颗粒老化现象.     

北京市大气细粒态气溶胶的化学成分研究

2000年6月在北京北郊中国科学院大气物理所气象塔观测场采集了大气中细粒态气溶胶样品.用质子诱导X射线荧光分析法(PIXE)对样品进行了分析,得到Al、Si、P、S、Cl、K等19种元素的浓度及其谱分布并对当前北京市大气气溶胶的来源、化学元素成分的变化进行了研究.结果表明,这19种元素中的许多元素的浓度与过去相比有不同幅度的降低,说明北京市对大气污染的防治是有效果的.     

On the study of aerosol composition at the Great Wall Station, South Pole

The South pole aera offers one of the best locations on the Earth for studying the composition of the background aerosol. For this purpose, aerosol samples were collected in particle size fractions by 8 stages cascade impactors. Aerosol sampling was begun in Jan. and finished in Dec. 1986 at the St. Great Wall, South Pole. The samples were analysed by Proton Induced X-ray Emission (PIXE) method. In order to learn the enrichment factors of various elements all the results were separated into two groups: coarse (> 10μm) and fine (< 10μm) particles. The correlation coefficients of elements of both coarse and fine particles were discussed. The aerosol levels measured at St. Great Wall were compared to those recently measured at some other locations. It can be concluded the South Pole is a good background area on the Earth.     

Surface-enhanced Raman scattering for mixing state characterization of individual fine particles during a haze episode in Beijing, China

The nondestructive characterization of the mixing state of individual fine particles using the traditional single particle analysis technique remains a challenge. In this study, fine particles were collected during haze events under different pollution levels from September 5 to 11 2017 in Beijing, China. A nondestructive surface-enhanced Raman scattering (SERS) technique was employed to investigate the morphology, chemical composition, and mixing state of the multiple components in the individual fine particles. Optical image and SERS spectral analysis results show that soot existing in the form of opaque material was predominant during clear periods (PM_2.5 ≤ 75 µg/m³). During polluted periods (PM_2.5 > 75 µg/m³), opaque particles mixed with transparent particles (nitrates and sulfates) were generally observed. Direct classical least squares analysis further identified the relative abundances of the three major components of the single particles: soot (69.18%), nitrates (28.71%), and sulfates (2.11%). A negative correlation was observed between the abundance of soot and the mass concentration of PM_2.5. Furthermore, mapping analysis revealed that on hazy days, PM_2.5 existed as a core-shell structure with soot surrounded by nitrates and sulfates. This mixing state analysis method for individual PM_2.5 particles provides information regarding chemical composition and haze formation mechanisms, and has the potential to facilitate the formulation of haze prevention and control policies.     

气溶胶质谱仪在研究有机气溶胶环境微界面过程中的应用

有机气溶胶非均相和多相反应是复杂的微界面过程,它涉及气体的吸附、扩散、反应和解吸,传统的化学分析仪器不能提供完整实时的微界面过程的化学反应信息.气溶胶质谱仪是近年来发展起来用于实时分析颗粒物化学组分的重要仪器,它弥补了传统化学分析仪器,如GC/MS在实时分析上的不足,为研究有机气溶胶非均相化学反应的微界面过程提供了新的方法.本文旨在介绍气溶胶质谱仪的结构及其在研究有机气溶胶环境微界面过程中的应用.     

西安夏季大气亚微米颗粒物化学组成与来源的在线观测研究

西安作为汾渭平原地区最大的城市,大气颗粒物污染形势严峻.2017年夏季期间,在西安市浐灞生态园区运用气溶胶化学组分监测仪,对大气亚微米颗粒物中的非难挥发性组分(NR-PM1)进行了在线监测.观测期间NR-PM1的平均质量浓度为(30.1?±?15.4)μg???m?3.其中有机物含量最高,占NR-PM1总质量浓度的63...     

内蒙古乌达-乌斯太工业园环境单颗粒研究

2015年夏季在内蒙古乌达-乌斯太工业园布点采集了大气颗粒物核孔膜样品16件,采用扫描电镜（SEM-EDX）共表征了1600个单颗粒的形貌和化学组成,结果表明,研究区单颗粒主要为矿物颗粒、燃烧产生颗粒和含硫颗粒3大类,其中矿物颗粒不仅含有硅铝酸盐和碳酸盐这类常见颗粒,还有风化煤矸石和沙尘颗粒这两种特殊颗粒;燃烧产生颗粒不仅有通常的燃煤飞灰、烟尘集合体和絮状碳质颗粒,还有原煤尘颗粒.统计表明,烟尘聚合体、硅铝酸盐和沙尘这三者占颗粒物总数的64%,风化煤矸石尘和原煤尘主要呈现为可吸入颗粒（2.5~10μm）;烟尘聚合体和沙尘则主要为超细颗粒（<1.0μm）.总之,单颗粒分析揭示该典型煤炭工业园区大气颗粒物主要来源：园内燃煤排放和交通,上风向矿区煤炭生产和上风向沙漠自然活动.     

济南市秋季大气颗粒物中水溶性离子的粒径分布研究

为了解济南市大气颗粒物的粒径分布特征,于2009年10月利用多级撞击式颗粒物采样器(MOUDI)进行了大气颗粒物采集,采用离子色谱仪分析了其中水溶性离子浓度.结果表明,SO42-、NO3-、NH4+和Ca2+是主要的水溶性离子,浓度总和约占总水溶性离子浓度的92%.SO42-、NO3-、NH4+、K+和Cl-浓度随时间变化较为显著,浓度变化主要原因是受风速以及气流来源方向的影响.SO42-和NH4+主要集中在细粒子中,其浓度呈单模态分布,随着颗粒物中含量的升高其峰值从0.32~0.56 μm粒径段逐渐移动到1~1.8 μm粒径段.NO3-浓度呈双峰分布,细粒子中的NO3-随着浓度的升高峰值从0.56~1μm粒径段移动到1~1.8μm粒径段,粗粒子中的峰值出现在3.2~5.6μm粒径段. NH4+可以完全中和细粒子中的SO42-和NO3-,在细粒子中主要以(NH4)2SO4和NH4NO3的形式存在.     

深圳大气气溶胶中水溶性有机物粒径分布特征

建立了雾化器-气溶胶化学组分检测仪(ACSM)联用的分析方法,实现了对2013年春季深圳MOUDI多级采样膜(0.056~18μm)中WSOM与无机离子组分的同时测定.结果表明:所测得的水溶性颗粒物总质量浓度变化范围为(17.4±2.1)μg/m3,其中有机物和硫酸盐是最主要的两种化学组分;粗、细粒子中的WSOM主要以二次来源为主,且大部分粗粒子中的WSOM可能来源于非均相反应;不同粒径范围WSOM的氧化态(以O/C计)估计值在0.46~1.4范围内,平均为0.96,对应的有机物/有机碳比(OM/OC)估计值在1.8~2.9范围内,平均为2.4,粗粒子中WSOM的O/C比细粒子更高,暗示粗粒子中WSOM可能经历了更多的老化过程.