OH自由基及其激光诱导荧光法探测

对OH自由基在大气中的作用以及激光诱导荧光法探测环境中OH作了综述。包括：激光诱导荧光法的原理及定标技术；激光诱导荧光法测OH中的技术难点及解决这些难点所采用的技术对策，即气体膨胀技术；高频低脉冲技术；确定背景信号技术。     

激光诱导荧光技术测量大气OH自由基的研究进展

大气氢氧自由基（ＯＨ）是对流层大气中最重要的氧化剂，对酸雨，平流层臭氧的损耗等有重要影响，激光诱导荧光技术是目前测定大气ＯＨ自由基中使用最多的测量方法。文章总结了２０多年来国内外的研究成果，论述了激光诱导荧光技术用于测定大气ＯＨ自由基的基本原理和研究进展，讨论了测量中不确定因素及其对策，并着重介绍了目前最常用的基于气体扩张的低压荧光技术。     

大气OH自由基浓度的测定

利用水杨酸浸渍膜捕集大气OH自由基,生成的主要荧产物2,5-二羟基苯甲酸由高效液相色谱法分离测定,推算得到大气OH自由基浓度,根据此原理建立了大气OH自由基测量方法,对北京市夏季晴朗条件下大气OH自由基浓度进行了测定,得到其浓度范围为0.4×10⁷～5.5×10⁷个/cm³,最大值为5.5×10⁷个/cm³,并讨论了污染大气中较高OH自由基浓度产生的原因.     

北京市大气OH自由基测量结果及其特征

利用2种基于高效液相色谱技术的大气OH测量方法测定了北京城市大气中OH自由基,得到了其浓度水平和日变化情况.测得夏季日间最大OH浓度为～8×10⁷ cm^-3,秋季日间最大浓度为2×10⁷～4×10⁷cm^-3,并根据同步测量光强和其它污染物的浓度,分析了OH浓度与这些条件的相关性.结果表明,OH浓度与UV-B相对强度、O₃和HNO₂的浓度具有一定的正相关性     

珠三角地区秋季HNO_2污染特性及其对OH自由基的影响

大气中HNO_2光解是OH自由基的重要来源,对大气光化学污染形成非常重要。该研究基于珠三角地区大气超级监测站2013年10月大气中HNO_2、NOx、O_3浓度、HNO_2光解速率常数及太阳辐射等相关参数的在线监测结果,分析了当地HNO_2变化规律与污染特性,并测算了通过HNO_2光解产生OH自由基的速率。观测期间,HNO_2小时浓度为0.48~9.92μg/m3,平均浓度为3.02μg/m3;HNO_2光解产生OH自由基的速率平均为1.53×107个/(cm~3·s)。HNO_2的日变化呈夜间高浓度、午后低浓度的特征,与其重要前体物NOx日变化规律类似。HNO_2浓度与NOx及颗粒物表面积浓度具有较好的正相关性;当相对湿度高于60%时,HNO_2与颗粒物表面积的线性相关性显著增加,意味着高湿度条件下颗粒物表面的非均相反应对HNO_2生成贡献显著。HNO_2光解速率常数主要受到太阳辐射的影响,其日变化规律与日照基本一致,在中午11时-13时出现高值;但随着太阳辐射增强,HNO_2光解速率常数增长速率有所减缓。HNO_2光解产生OH自由基的速率的平均日变化中,其日间高值持续时间较长,8时左右即开始出现,持续至下午臭氧高值时段。HNO_2日最大小时浓度、HNO_2光解产生OH自由基的日最大速率均与O_3日最大小时浓度具有一定的正相关关系,体现了HNO_2在光化学污染中的重要作用。     

OH自由基降解二英OCDD的反应机理及动力学研究

采用量子化学计算研究了OH自由基降解八氯代二苯并对-二英（OCDD）的微观反应机理,计算分析了微观反应进程,结果表明该反应存在两条途径：①α-氯取代：1,4,6,9位置氯取代,该路径反应活化能较高,反应难以进行,并以中间产物积聚,无法使OCDD的毒性消失;②β-氯取代：2,3,7,8位置氯取代,该路径的反应能相对较低,且能使OCDD的毒性消失,是有效降解OCDD的主要途径.结合过渡态理论,计算获得动力学参数：反应活化能为8.32 kJ·mol^-1（B3LYP/6-311G++（d,g）//B3LYP/6-31G（d））,阿仑尼乌斯表达式为k=1.29×10¹⁴exp（-1049.6/T）（cm³·mole^-1·s^-1）.这与文献实验结果取得了很好的吻合,说明本文对OH自由基降解OCDD的反应机理及动力学研究是合理且可靠的.本文的计算结果可为催化氧化降解二英的进一步研究提供理论参考.     

Atmospheric and kinetic studies of OH and HO2 by the FAGE technique

A new FAGE setup has recently been built at the University of Lille, France. It permits the quantification of OH and HO₂ in the atmosphere with a detection limit of 3×10⁵ molecules/(cm³·min) for OH and 1×10⁶ molecules/(cm⁵·min) for HO₂. Its coupling to a photolysis cell enables the measurement of the total reactivity of the hydroxyl radical in ambient air and kinetic studies in laboratory. Two configurations have been considered: one with the photolysis cell at 90° to the FAGE nozzle, the other on line with the FAGE nozzle. The two configurations have been tested and validated by measuring the well known rate constants of OH with CH₄, C₃H₈ and CO. The advantages and drawbacks of each configuration have been evaluated. The “on line” configuration limits losses and permits measurements over a larger reactivity range but is affected by OH formation from the laser beam striking the FAGE nozzle, thus limiting the ability to carry out energy dependence studies which can, in contrast, be successfully performed in the 90° configuration.     

杭州市道路空气中挥发性有机物及其大气化学反应活性研究

研究了夏季杭州市主要类型道路（隧道、快速道路、主干道和支路）空气中挥发性有机物的污染特征,以及2010年11月—2011年7月间快速道路空气中VOC的季节变化规律.分析结果表明,杭州市道路空气中VOC浓度显著大于风景区内VOC浓度,隧道浓度最高（828.4μg·m-3）,其它道路空气中VOC浓度随着车流量减少而降低.源解析结果发现道路空气中VOC的主要贡献者为机动车排放,但同时也受到溶剂挥发、煤或生物质燃烧的影响,风景区内VOC则受煤或生物质燃料燃烧的影响更大.快速道路空气中VOC浓度和反应活性由机动车排放、植物排放和气象条件共同决定,呈现夏〉秋〉冬〉春的季节变化特征.机动车排放的烯烃和芳香烃是道路空气中主导的活性VOC物种,说明机动车排放是杭州市大气反应活性的最大贡献者.此外,在夏、秋季节,植被排放的异戊二烯显著的增强了道路空气中VOC的反应活性.     

2015年南京市城区挥发性有机物组成特征及大气反应活性

采用GC-FID自动在线监测系统对南京市2015年环境大气中56种VOCs开展了为期1a的连续观测.结果表明,南京市城区大气VOCs小时平均体积分数为（17.49±11.35）×10^-9,其中4月最高（22.21×10^-9）,7月最低（12.39×10^-9）,日均体积分数变化特征不明显.烷烃、烯烃、芳香烃和乙炔占比分别为56.51%、11.06%、24.62%和7.81%,丙烷（15.26%）、乙烷（14.14%）、乙炔（7.81%）、甲苯（6.97%）、正丁烷（6.23%）、乙烯（5.23%）、异丁烷（4.34%）、丙烯（4.13%）、异戊烷（4.12%）和间/对-二甲苯（4.06%）是含量最丰富的VOCs物种.T/B（甲苯/苯）均值为2.02,表明南京市城区大气VOCs主要受机动车尤其是汽油车排放的影响.E/E（乙烷/乙炔）均值为2.24,表明观测站点区域大气老化程度较严重.利用·OH消耗速率（L^·OH）和臭氧生成潜势（OFP）评估了大气VOCs的反应活性.南京市城区大气VOCs冬春季大气反应活性较夏秋季强.芳香烃和烯烃的活性最高,对L^·OH和OFP的贡献依次为46.96%和41.58%、33.73%和39.86%,丙烯、乙烯和二甲苯等苯系物是活性最高的VOCs物种.     

沈阳市挥发性有机物污染特征及反应活性

2019年对沈阳市大气挥发性有机物(VOCs)开展了为期l a的观测,并对得到的53种物种进行浓度特征以及反应活性的研究.结果表明,观测期间沈阳市VOCs平均浓度为65.33 μg·m-3,烷烃、烯烃和芳香烃质量分数分别为62.44％、16.52％和19.32％.浓度排名前10的物种主要是C3～C5的烷烃、烯烃和部分芳香烃,累计占VOCs总浓度的64.13％.大气中烷烃、烯烃和芳香烃浓度均表现为双峰型的日变化特征,峰值分别出现在06:00～08:00和19:00～20:00,最低点出现在14:00～15:00;月变化上,该地ρ(VOCs)分别在12月和5月达到最高值(136.44μg.m-3)和最低值(35.61 μg·m-3);VOCs表现出明显的季节变化特征,即冬季＞秋季＞夏季＞春季,且烷烃、烯烃和芳香烃均随季节表现出增加趋势.通过特征值甲苯/苯(T/B)研究发现,沈阳春季VOCs主要来源于交通源和采暖源,夏季主要来源机动车尾气以及溶剂挥发,秋冬季主要受生物质燃烧和煤燃烧等排放源的影响.通过对反应活性分析,燃烧源是沈阳市控制臭氧污染的关键,丙烯、乙烯和1-己烯是沈阳市大气VOCs中反应活性最高的物种.     

2017年春季常州 HONO观测及对大气氧化能力影响的评估

本研究于2017年4月在江苏省常州市环境监测中心使用一套基于湿化学法的仪器对大气中的HONO进行了实时在线观测,HONO浓度范围在0.2～13.9μg·m^-3之间,平均值为(2.9±2.3)μg·m^-3;同时,对O₃、 HCHO、 VOCs、光解频率以及气象参数进行了同步监测.利用MCM箱体模式模拟得到白天·OH浓度最大值范围在1.0×10⁶～1.4×10⁷个·cm^-3之间.同时结合观测结果与模式模拟结果计算了HONO、 O₃、 HCHO和H₂O₂的光解以及烯烃臭氧化反应对·OH的生成速率,定量表征大气氧化性,揭示了这5种来源对大气氧化能力的影响:整体上O₃光解(46.4%)>HONO光解(41.1%)>烯烃臭氧化反应(10.9%)>HCHO光解(1.5%)>H₂O₂光解(0.1%);清晨时HONO光解...     

珠三角典型工业区挥发性有机物(VOCs)组成特征：含氧挥发性有机物的重要性

挥发性有机物(VOCs)是对流层大气的关键化学组分,其中工业排放是VOCs的重要来源之一.于2021年夏初在中国珠江三角洲的典型工业地区中开展了74种VOCs的在线观测.在整个观测期间,总挥发性有机物(TVOC)的体积分数平均值为(81.9±45.4)×10^-9.其中,含氧挥发性有机物(OVOCs)在TVOC中的占比最大,平均值为51.5%,并且其占比随TVOC体积分数的升高而逐渐增大.芳香烃在TVOC中的占比为19.4%.进一步分析发现,与工业活动相关的排放是工业区环境大气中芳香烃与OVOCs的主要来源.芳香烃和OVOCs对臭氧生成潜势(OFP)的贡献最为显著,在总OFP中的贡献率分别为56.4%和26.7%.此外,与烃类组分相比,OVOCs的大气化学活性同样较高,贡献了大气中总·OH反应活性的40.0%.二甲苯、甲苯、丙烯醛和乙酸乙酯对二次污染形成的贡献较大,在制定大气二次污染管控策略时应优先考虑.研究结果强调了工业地区中OVOCs对TVOC的重要贡献以及OVOCs在大气二次污染形成过程中的重要作用.     

氯氧铁非均相催化过氧化氢降解罗丹明B

传统芬顿(Fenton)法因反应pH值低、产生大量铁泥等限制其规模化应用.采用化学气相转变法制备氯氧铁(FeOCl)纳米片,选择罗丹明B为模型污染物,研究FeOCl作为类芬顿催化剂催化过氧化氢(H_2O_2)降解罗丹明B性能.通过扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射光谱(XRD)等表征结果显示,FeOCl晶型结构完整、呈现纳米片状,可充分暴露催化活性位点.罗丹明B降解实验结果表明,H_2O_2投量为1. 67 mmol·L~(-1)时,投加200 mg·L~(-1)FeOCl,可使得罗丹明B去除率由15. 5%提高至100%(15 min). FeOCl的催化性能随pH升高而降低,初始pH为3、5和7时,反应15 min后罗丹明B去除率分别为100%、100%和84. 0%,初始pH提升至9,去除率则显著降低至57. 6%.与传统Fenton法比较,FeOCl催化H_2O_2的pH值范围明显拓展,在弱酸性和中性条件下表现出优良的催化性能.自由基淬灭实验表明,FeOCl/H_2O_2体系催化降解罗丹明B起主要作用的是羟基自由基(·OH).电子自旋共振波谱仪测定(EPR)结果表明,单独H_2O_2体系未检测出明显的自由基信号,而投加FeOCl使得·OH信号显著增强,·OH是降解罗丹明B的主要氧化活性物种.     

宣威肺癌高发区燃煤排放颗粒物中铁的价态及其氧化性

云南宣威地区的高肺癌死亡率被认为是与居民室内燃烧烟煤有关.为探明宣威地区高肺癌死亡率的原因,在宣威4个不同区域采集了原煤样品并在室内利用一套自行设计的烟气采集装置对所采集的原煤样品模拟当地燃烧条件进行了燃烧,获取燃煤排放颗粒物样品.使用BCR连续提取法(community bureau of reference,BCR)获取原煤、底灰和燃煤排放颗粒物中铁的赋存形态及分布特征,用高效液相色谱(HPLC)检测燃煤颗粒物在替代肺液(surrogate lung fluid,SLF)中产生·OH水平的变化.结果显示,原煤中存在大量的可氧化态铁,经过燃烧后,飞灰颗粒物中生物可利用的铁(酸可提取态、可还原态、可氧化态)占了很大的比重(46%~78%);燃煤颗粒物24 h所产生·OH的量在不同粒径颗粒物之间存在一定差异,在细粒径段(1μm、1.1~2μm、2~3.3μm)和粗粒径段(3.3~7μm、7μm)均表现为·OH的量随粒径减小而增加;同时,燃煤颗粒物中可氧化态Fe的含量与产生·OH能力具有一定的线性相关性(R2=0.32).     

汽车工业区大气挥发性有机物(VOCs)变化特征及来源解析

挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)作为臭氧和细颗粒物的重要前体物已日益受到关注.鲜有针对汽车工业区大气VOCs 长期观测的报道.2019-01-01～2019-12-31 期间在上海某汽车工业园区边界,采用在线气相色谱仪对79 种VOCs 组分定量检测,分析大气VOCs 组成...