实验室模拟研究硫酸铵和甘氨酸对乙醇醛与胺反应体系生成棕碳的影响

二次有机气溶胶是有机气溶胶的重要组成部分。大气中羰基化合物与胺/铵反应可以产生吸光性有机气溶胶（如棕碳）,对大气辐射和全球气候产生深刻影响。本文模拟研究了大气中硫酸铵和甘氨酸对乙醇醛与胺（如甲胺、甘氨酸）反应生成棕碳的影响。通过对反应溶液紫外—可见吸收光谱和反应动力学分析,发现硫酸铵对反应体系棕碳的生成起抑制作用,而甘氨酸和甲胺的混合可以协同促进棕碳生成;通过对产物进行质谱分析,发现反应机理主要为半缩醛/缩醛反应以及含氮化合物的亲核加成;通过对产物有机碳进行分析,发现当硫酸铵参与反应时,有利于大分子二次有机碳生成。这些发现对棕碳在大气中的形成途径、乙醇醛在化学模型中对棕碳形成的贡献以及对大气中其他羰基行为的预测具有重要意义。     

实验室发生纳米气溶胶吸湿性表征

气溶胶吸湿特性对于灰霾的形成、气溶胶对气候变化的影响及人体健康效应具有重要意义. 采用加湿迁移差分分析(HTDMA)法,对实验室发生的8种纳米级无机和有机气溶胶进行吸湿特性定量表征,从而判定影响气溶胶吸湿特性的主要因素. 结果表明,NaCl和(NH₄)₂SO₄气溶胶的潮解点为相对湿度(RH)75%±2%,与理论计算结果相接近,说明测试系统具有一定的可靠性. 对以往研究较少的NaNO₃,CaCl₂,CaSO₄,合成海盐,乙二酸和己二酸气溶胶的测试表明,NaNO₃,CaCl₂以及合成海盐气溶胶随RH的升高粒径逐渐增大;合成海盐气溶胶在RH为86%时吸湿性生长因子(Gf)达到1.80;CaSO₄,乙二酸和己二酸气溶胶随着RH增大未见明显吸湿增长. 通过扫描电镜分析了8种化合物气溶液在不同RH下的形态特征,为掌握各种化学组分对气溶胶吸湿特性的影响提供了微观形态分析的依据.      

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.     

青岛地区气溶胶的酸碱特性

应用实验和酸碱平衡计算的方法,研究青岛地区气溶胶的酸碱特性,测定气溶胶中硫酸的含量,推断气溶胶中的Ca2+,Mg2+的存在形式与SO2-₄,NO-₃的来源以及IP和TSP对降水酸性的贡献?发现IP气溶胶对降水总的影响是起中和作用,中和能力以碳酸盐计相当于它所含的钙?镁盐的(22±20)%?      

硫酸铵气溶胶对甲苯-NOx-空气体系光化学反应的影响

利用大气模拟烟雾箱,研究了硫酸铵气溶胶对甲苯-NOx-空气体系光化学反应的影响.结果表明,硫酸铵作为气溶胶种子,其存在可以加快反应过程中颗粒物(particle matter,PM)的生成速度,并提高甲苯的气溶胶产率.在高浓度的硫酸铵气溶胶种子条件下,其初始浓度对反应过程中NOx、NO和O3的浓度变化没有明显的影响,但对二次有机气溶胶(secondary organic aemsol,SOA)的生成有显著影响.在硫酸铵气溶胶种子浓度小于160 μg·m-3时,SOA的产率随初始气溶胶种子浓度的增大而增大,从最小7.2%到最大11.7%,其增幅超过60%.     

黄山夏季气溶胶吸湿性及与化学组分闭合

大气气溶胶的吸湿性对其光学性质、云凝结核的活性以及人体健康都有重要影响.利用2014年7月在黄山光明顶观测获得的气溶胶的吸湿增长因子(GF)和多尺度气溶胶离子化学成分的观测数据,进行气溶胶吸湿性与化学组分的闭合研究.结果表明,黄山夏季气溶胶(在70~230 nm范围内)中硫酸铵、有机物(OC)、不可溶的物质含量最多,硝酸铵含量次之,硫酸氢铵含量最少,其中主要无机成分含量随着粒径的增加而逐渐增加;气溶胶在白天的吸湿性强于夜间,并且气溶胶粒子的吸湿性随粒径增加有逐渐增强的趋势;根据所有粒径的气溶胶粒子化学组分计算出的吸湿性参数κ值与κ观测值呈现大致相同的波动变化趋势,并且较接近观测值,决定系数r~2达到0.60.     

用S/N值确定大气中酸性硫酸盐的存在

一般都认为,城市和郊区大气气溶胶中的主要物质是硫酸及其铵盐.但是由于硫酸铵[(NH_4)_2SO_4]和酸性硫酸镇(NH_4HSO_4)很难区分,并且在采样和分析过程中难免发生化学反应而引起组成变化,所以直接测定硫酸盐气溶胶的化学成分非常困难. 美国科研人员在1977年7月,于圣路易斯进行了为期六天的连续监测.他们通过测定大气气溶胶中硫     

珠江三角洲新垦大气核化速率研究

计算了珠江三角洲新垦地区的大气核化速率,对核化机制及核化速率计算的影响因素进行了分析. 基于PRIDE-PRD2004观测实验期间新垦站点的气溶胶数浓度谱分布观测数据,计算出3 nm粒子的表观形成速率. 根据表观形成速率与核化速率之间的关系式,分析了1 nm粒径临界核的大气核化速率. 结果表明,新粒子事件期间3 nm粒子的表观形成速率为7.2～9.4 cm^-3·s^-1,1 nm临界核的大气核化速率为7.65×10²～1.14×10⁵ cm^-3,与前体物硫酸蒸气浓度比较一致,气态硫酸应是主要的核化前体物. 新垦地区背景气溶胶中积聚模态对碰并汇贡献较大,事件期间气溶胶数浓度变化对核化速率计算结果影响不大. 本研究获取了新垦核化速率信息,有助于进一步了解核化机制. 由于成核临界粒径的不确定性对核化速率计算结果影响很大,确定成核临界粒径对核化速率计算十分重要.     

硫酸铵气溶胶对甲苯-NOx-空气体系光化学反应的影响

利用大气模拟烟雾箱,研究了硫酸铵气溶胶对甲苯-NO_x-空气体系光化学反应的影响.结果表明,硫酸铵作为气溶胶种子,其存在可以加快反应过程中颗粒物（particle matter, PM）的生成速度,并提高甲苯的气溶胶产率.在高浓度的硫酸铵气溶胶种子条件下,其初始浓度对反应过程中NO_x、NO和O₃的浓度变化没有明显的影响,但对二次有机气溶胶（secondary organic aerosol, SOA）的生成有显著影响.在硫酸铵气溶胶种子浓度小于160 μg·m^-3时,SOA的产率随初始气溶胶种子浓度的增大而增大,从最小7.2％到最大11.7％,其增幅超过60％.     

利用SPAMS研究上海秋季气溶胶污染过程中颗粒物的老化与混合状态

利用单颗粒气溶胶飞行时间质谱(SPAMS)于2011年11月11～18日在上海测量了气溶胶高污染过程中200 nm～2.0μm气溶胶的粒径谱及其化学组成.对气溶胶粒子的分类结果发现,灰霾天期间大气中主要存在OCEC、METAL、EC、SECONDARY和K-Na等5种气溶胶粒子,其粒子数分别占总数的27.4%、3.4%、7.3%、45.6%和5.4%,二次污染显著.观测得到的5类气溶胶颗粒中都包含18NH4+、80SO3-、96SO4-、97HSO4-、46NO2-、62NO3-、125H(NO3)2-等二次组分,说明灰霾天期间这些颗粒都经历了不同的二次过程或与二次组分进行了不同程度的混合,且随着灰霾的生成和发展,气溶胶不断老化,二次气溶胶粒子的信号迅速增强.OCEC粒子中97HSO4-的信号较强,说明SO2可能在气溶胶表面发生多相反应,同时因有机物的存在对气态硫酸参与气溶胶成核和增长起了重要作用,尤其是在严重污染的条件下,气态硫酸和有机蒸气相互作用可能加速了硫酸-有机颗粒物的形成.从气溶胶类型的谱分布可以发现,新鲜的EC气溶胶粒子排入大气后,其表面会不断附着18NH+4、80SO3-、96SO4-、97HSO4-、46NO2-、62NO3-、125H(NO3)2-等二次组分,EC颗粒在老化的过程中其类型逐步由EC气溶胶演变成二次气溶胶粒子.来自海洋的暖湿气流除了形成降水对气溶胶形成冲刷作用,使得二次气溶胶粒子和OCEC气溶胶粒子数明显降低以外,也将有机胺带入内陆,在清洁天气溶胶粒子中形成Amine粒子.     

Aerosols and environmental pollution

The number of publications on atmospheric aerosols has dramatically increased in recent years. This review, predominantly from a European perspective, summarizes the current state of knowledge of the role played by aerosols in environmental pollution and, in addition, highlights gaps in our current knowledge. Aerosol particles are ubiquitous in the Earth’s atmosphere and are central to many environmental issues; ranging from the Earth’s radiative budget to human health. Aerosol size distribution and chemical composition are crucial parameters that determine their dynamics in the atmosphere. Sources of aerosols are both anthropogenic and natural ranging from vehicular emissions to dust resuspension. Ambient concentrations of aerosols are elevated in urban areas with lower values at rural sites. A comprehensive understanding of aerosol ambient characteristics requires a combination of measurements and modeling tools. Legislation for ambient aerosols has been introduced at national and international levels aiming to protect human health and the environment.     

大气气溶胶的检测方法研究

较为全面地介绍了大气气溶胶的环境污染和检测方法的研究工作。比较具体地概述了有关气溶胶粒子大小和化学成分的分析测量方法,对国外的实时气溶胶单粒子质谱研究进行了总结。     

硝酸铵气溶胶挥发动力学

研究了单分散ＮＨ４ＮＯ３干气溶胶在流动反应器内的挥发动力学,结果表明,挥发反应符合零级反应,凝聚反应符合二级反应,ＮＨ４ＮＯ３气溶胶计算粒径为０．６５μｍ,计算数浓度为８０－１２０个／ｃｍ＾３时,     

气溶胶水相反应生成二次有机气溶胶研究进展

液态水(云滴、雾滴和气溶胶水)在大气中无处不在,为大气水相化学反应提供了重要的场所.气态前体物(主要是VOCs)或它的气相初级氧化产物(包括中/半挥发性有机物,I/SVOCs)在大气凝聚相(水相)中发生反应,形成低挥发性高氧化性有机物(如有机硫和有机氮等),水分蒸发后留在颗粒相,即为水相二次有机气溶胶(aqueous-phase secondary organic aerosol,aq SOA).因其对OA具有重要的贡献和显著的环境、气候和人体健康影响,近年来成为大气化学研究的热点.尽管aq SOA的研究已取得了一些进展,但由于aq SOA形成机制复杂,对aq SOA的认知还比较匮乏.本文重点关注气溶胶水中反应生成的二次有机气溶胶(aqueous aerosol SOA,aa SOA)相关的研究进展,包括气态前体物、形成机制、实验室模拟、外场观测及有关aa SOA产率及贡献的相关研究成果.同时,对aa SOA的来源、生成机制等研究的发展方向进行了展望,包括:未知aa SOA前体物及示踪物鉴别、有机光敏剂诱发的自由基化学、有机硫和有机氮的形成机制、实际气溶胶水溶性组分和外场观测研究、模式模型研究等.     

重庆主城区大气总悬浮颗粒中有机碳和元素碳污染特征分析

在四个季节采样分析的基础上，本文报道了重庆市主城区江北区(商住区)和缙云山(清洁对照点)两个监测点总悬浮颗粒物质量浓度的空间分布和季节变化特征，同时利用热分解示差热导法元素分析仪测定了TSP中的OC和EC浓度，探讨了OC和EC含量并与北京相应功能区的TSP质量浓度及其OC和EC浓度进行了比较。结果表明：重庆市商住区和对照点TSP年均质量浓度均小于北京市商住区和对照点；重庆市商住区OC和EC年均质量浓度高于北京市商住区，北京市对照点OC和EC年均质量浓度高于重庆市对照点。两个城市的四个监测点OC／EC年均值均大于2．0，说明两城市城区二次污染比较严重。     

澳门大气气溶胶中多环芳烃研究

通过1995年和1998年澳门大气气溶胶中多环芳烃分析表明,1998年的有机污染程度是1995年的1.36～4.36倍,大气气溶胶中多环芳烃白天高于夜间,说明主要污染物为居民的工作、生活、商业、交通所排放。澳门商业交通功能区有机毒害污染较为严重,苯并(a)芘和苯并(a)蒽分别为1.56～8.10ng/m3和0.85～4.68ng/m3。      

气溶胶中不同类型碳组分粒径分布特征

了解气溶胶碳组分粒径分布特征对于研究区域气溶胶生成转化机制、辐射特性等非常重要,但北京地区针对气溶胶碳组分粒径分布特征的相关研究非常少.本研究利用MOUDI-120采样器在北京地区3个季节开展气溶胶分级样品的采集,并分析其中不同类型的碳组分的含量,进而系统研究不同季节及污染状况下,各碳组分的粒径分布特征、来源及相互关系.结果表明,碳组分主要富集在细粒子中,秋冬季细粒子中碳组分的比重高于夏季.碳组分主要分布在两个模态,即积聚模态和粗模态. OC1和OC2主要分布在积聚模态,在0. 056～0. 56μm范围内有较高比例,OC3+OC4在粗模态的分布较为明显.Soot-EC浓度较低,没有明显的粒径分布特征,在0. 10～0. 18μm粒径段浓度较高,表明高温燃烧排放的EC主要分布在超细粒径段. Char-EC浓度远高于Soot-EC,在EC中占绝大部分比重.各主要碳组分在白天和夜晚的分布形态基本一致.夏季和冬季较有利于SOC的形成,OC/EC比值明显高于秋季. OC/EC值在不同粒径区间中差异很大,由于水溶性有机物(WSOC)主要分布在0. 056～0. 10μm,OC/EC值明显高于其他粒径段.白天及高温有利于气态有机物氧化生成SOC,致使夏季白天的OC/EC比值明显高于夜晚.各碳组分之间,EC1和OC1相关性最强,此外EC1和K+也有很强的相关性.     

广州地区大气棕色碳气溶胶光吸收特性

2014年冬季在广州番禺站利用校正后的7波段黑碳仪数据,计算棕色碳(BrC)在不同波长的光吸收特性,并结合气溶胶及气体成分在线监测仪(MARGA)和在线OCEC分析仪同步观测数据,分析了BrC的来源.结果表明:BrC在370、470、520、590和660 nm处对光吸收的贡献随波长增大而变小,不同波段的贡献分别为25. 9%、19. 7%、14. 1%、11. 6%和7. 7%; BrC光吸收系数、水溶性钾离子(K~+)和有机碳(OC)浓度大致呈现日间低,夜间高的趋势,说明生物质燃烧产物对BrC的光吸收系数贡献很大,傍晚附近农村地区逐渐活跃的秸秆燃烧活动和夜间稳定的边界层也有利于污染物累积; BrC光吸收系数与OC的比值在午后出现低值,说明二次有机气溶胶和老化的气溶胶的吸光能力较弱.相关性分析表明,BrC光吸收系数与K+离子和OC浓度的相关性最高,BrC光吸收系数与硝酸根(NO_3~-)和铵根(NH_4~+)离子也具有较高的相关性.