作為構(gòu)成地球大氣的重要組成部分,大氣中的懸浮顆粒物或氣溶膠對空氣質(zhì)量、區(qū)域、全球氣候變化,人類健康都有很深遠的影響。在自然大氣環(huán)境中,由于來源不同,演變進化和混合狀態(tài)的復(fù)雜性,使得對大氣顆粒物的理化性質(zhì)、來源和形成機制的分析研究頗具難度。高濃度的排放量以及與多種污染的交叉相互作用,使得我國城市大氣中二次氣溶膠的形成轉(zhuǎn)化機制更為復(fù)雜,顆粒物的混合狀態(tài)更加多樣化和不可預(yù)測。這些復(fù)雜混合態(tài)的形成很大程度上改變了氣溶膠顆粒的粒徑、化學(xué)成分、吸濕性,吸收和反射輻射的能力等物理化學(xué)性質(zhì),從而顯著改變大氣化學(xué)組成甚至導(dǎo)致氣候變化。因此,單顆粒物混合態(tài)的研究是近年來大氣氣溶膠研究的重點領(lǐng)域和前沿課題。單顆粒氣溶膠飛行時間質(zhì)譜(aerosol time-of-flight mass spectrometer, ATOFMS)的誕生為顆粒物粒徑和化學(xué)成份的實時在線測量分析提供了強大的手段。利用此技術(shù),我們對過去幾年內(nèi),上海城區(qū)單顆粒物種類、混合狀態(tài)、老化過程、二次氣溶膠形成機制,源解析等內(nèi)容進行了廣泛的分析研究。單顆粒氣溶膠在線分析方法為以上研究的實現(xiàn)提供良好的技術(shù)支持和大量實驗數(shù)據(jù)的積累。 本論文主要包括以下四部分工作： (1)顆粒物分類方法及數(shù)據(jù)分析探討。由于ATOFMS數(shù)據(jù)采集量龐大,我們需要強大、有效的數(shù)據(jù)分析方法對其進行分析整理。通過對大量實際觀測數(shù)據(jù)的分析整理表明：示蹤離子(Marker)方法和自適應(yīng)共振理論計算(Art-2a)方法均可以合理的運用于ATOFMS的數(shù)據(jù)處理中。目前運用Marker方法,借鑒前人的研究經(jīng)驗,我們將顆粒物分為一次氣溶膠包括：礦塵顆粒氣溶膠(Dust)、海鹽氣溶膠(Sodium)、含碳?xì)馊苣z(Carbon)和生物質(zhì)燃燒氣溶膠(Biomass burning)。除此之外,余下的以含硫酸鹽、硝酸鹽及有機化合物為主的氣溶膠歸為二次氣溶膠(Secondary)。對比Marker分類方法,根據(jù)Art-2a分類方法得到的質(zhì)譜特征,可清晰的分辨出以上幾類主要一次氣溶膠,二次氣溶膠,并能得到一些特殊質(zhì)譜特征的顆粒物分類,例如含重金屬顆粒物。 (2)典型一次組分顆粒物的質(zhì)譜特征分析。從以上對一次氣溶膠的分類中可以看出,在中國,生物質(zhì)燃燒顆粒物,尤其是農(nóng)作物秸稈燃燒排放,在一次源顆粒物占有舉足輕重的地位。通過對中國農(nóng)作物秸稈燃燒實驗室模擬實驗,結(jié)果表明：利用鉀[K]+及鉀的化合物簇團[K2C1, K2Cl]+, [K2SO4]+,左旋葡聚糖的幾類代表離子[CHO2]-、[C2H3O2]-、[C3H5O2]-和有機氮示蹤峰[CN]-的優(yōu)化排列組合,可以很準(zhǔn)確的從自然大氣顆粒物中區(qū)分出中國農(nóng)作物秸稈燃燒排放的典型生物質(zhì)氣溶膠,結(jié)果表明,水稻秸稈燃燒與玉米秸稈燃燒顆粒物的質(zhì)譜特征沒有本質(zhì)區(qū)別。在本實驗中,示蹤離子分類方法和Art-2a分類方法的結(jié)果一致,用此方法找到的典型生物質(zhì)燃燒顆粒物占總模擬實驗得到顆粒物總數(shù)的88%。 (3)重要二次組分顆粒物形成機制研究。在了解了一次源氣溶膠分類和典型一次源質(zhì)譜特征的基礎(chǔ)上,本研究著重探討典型二次組分有機顆粒物-含草酸顆粒的形成機制以及與一次源顆粒的混合狀態(tài)。通過對2007年夏季上海地區(qū)含草酸顆粒物的單顆粒質(zhì)譜分析表明：超過20%的含草酸顆粒物都來自生物質(zhì)燃燒排放,說明上海地區(qū)夏季含草酸顆粒物的主要一次源為生物質(zhì)燃燒排放。對于含草酸顆粒的二次源研究,我們通過對含草酸顆粒物與含硫酸顆粒物的相關(guān)性以及它們平均數(shù)濃度的日變化分析得出,云霧過程是二次含草酸顆粒物的重要形成機制。此外,根據(jù)含草酸顆粒物在礦塵氣溶膠與海鹽氣溶膠中的富集,以及它們平均數(shù)濃度日變化圖與夜間濕度峰值一致的情況,推斷出氣溶膠的表面非均相化學(xué)反應(yīng)也是含草酸顆粒物的重要二次來源。 (4)顆粒物混合狀態(tài)及其環(huán)境影響。基于前三部分的研究工作,本章將全面探討氣溶膠混合狀態(tài)和演變過程對環(huán)境的影響,主要考察對能見度的影響。通過對2008年冬季典型灰霾天氣條件下顆粒物混合狀態(tài)的分析研究,結(jié)果表明,含碳顆粒物較之其他顆粒物在總顆粒物中所占比例最高。對于灰霾天氣和非灰霾天氣條件下,無論顆粒數(shù)濃度,還是每一類顆粒在總顆粒數(shù)中所占的比例都沒有顯著變化。然而對于含碳顆粒物,其粒徑分布和顆粒物混合狀態(tài)在兩種不同的天氣條件下卻有很大的不同。在重度灰霾時段內(nèi),單顆粒質(zhì)譜中碳峰與硝酸鹽(主要是硝酸銨)峰相伴而生,這意味著在高相對濕度條件下,這些可溶性化合物很容易與疏水的碳混合。這些二次可溶性化合物與含碳顆粒物的混合結(jié)構(gòu)不但提高了可溶性化合物的光散射特性,同時也提高了黑碳本身的光吸收效應(yīng),從而大幅度提高了整個氣溶膠的消光特性。
【學(xué)位單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：X513
【部分圖文】：

SPectromcter)就是為滿足這種需要發(fā)展而成。Prather等人在20世紀(jì)九十年代的初期發(fā)明并逐步完善了ATOFMS[’12]。AToFMs可以同時在線檢測氣溶膠單顆粒的空氣動力學(xué)直徑和化學(xué)組分。它由以下三部分組成(見圖2一l):l)顆粒采樣區(qū);2)顆粒粒徑檢測區(qū);和3)飛行時間質(zhì)譜區(qū)(質(zhì)譜分析部分)。顆顆粒物采樣部分分 ， ， 2Tofrrr粒粒徑測量部分 分 ...10占 Torrrr質(zhì)質(zhì)譜分析部分 分· ·10書 Torrrr電離激光(266耐圖2一1單顆粒氣溶膠飛行時間質(zhì)譜基本原理圖

這個特點非常適用于單顆粒質(zhì)譜，因為單顆粒的電離通常只能一次完成，如果一次電離后沒有檢測到所有質(zhì)荷比的離子，那么單顆粒的化學(xué)組分信息就無法全部獲得。飛行時間質(zhì)譜的工作原理簡圖2一3如下: MASSSPECTROMETRYREGIONPartiCleBeaml Flight初be(Fie匡d一Free限gion)DesorPtio可10niZation由b0.。Lasera由+V-V一~一一從~一~—一~一一一一—‘黑IOnDe協(xié)Ctor IonTime一of一「Iight MassSPeetrum Note:T!leflighttube15sh洲 ninalineareonfig- urationforsimPlieity TheAl.OFMSUsesa ref!ectroneonfigLI舊ton.!"!!，、!，碳:;充}Mass一to一 chargemlz(Da)趁淤孤‘~~“~積觸~仍囑另弓盜別加又凌姍斌做笨筋撒~洲劃~之介女哪艘場汾斗藝歡不%州一、~圖2一3飛行時間質(zhì)譜工作原理簡圖

表5一1總結(jié)了每一類別在總顆粒物以及含草酸顆粒物中的比例。當(dāng)二次污染物的峰強度較大時(按，硝酸鹽，硫酸鹽Aiea>1000)或硝酸的信號比硫酸的信號更強烈時，我們便將這一類型的譜圖定義為:老化即，z31。圖5一4a顯示礦塵顆粒物的平均質(zhì)譜峰，在正譜圖中主要的元素有:Li十(腳眾=7)，Na+勃流=23)，M獷+(砒一24)，AI，+(砒一27)，K+(m，z一39)
【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李磊;單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀的性能表征及應(yīng)用研究[D];上海大學(xué);2011年

2 沈利娟;NO_2在黑碳表面的非均相反應(yīng)及碳—硝酸內(nèi)混合顆粒物的外場觀測[D];南京信息工程大學(xué);2013年

本文編號：2868043