《基於熱揮發性的氣溶膠化學組分分離和光學性質測量》是依託復旦大學，由楊新擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於熱揮發性的氣溶膠化學組分分離和光學性質測量
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊新
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氣溶膠顆粒通過散射和吸收太陽輻射對大氣能見度和全球氣候產生直接影響。氣溶膠的光學性質與其化學組分和混合狀態密切相關。準確測量氣溶膠的化學組分和光學性質並釐清兩者之間的關係是大氣科學領域的研究熱點。本項目擬採用熱解析技術，對不同熱揮發性的氣溶膠化學組分進行線上分離，並結合先進的線上氣溶膠化學和光學測量技術如：氣溶膠飛行時間質譜儀、線上氣溶膠及氣體組分分析儀、光腔衰盪光譜儀和濁度儀等對組分分離前後的氣溶膠顆粒的化學組成和光學性質的變化進行分析。研究工作將實現定性和部分定量地研究氣溶膠中不同化學組對混合態顆粒物的光學性質的影響，精確構建化學與光學性質間的對應關係。研究結果將為氣溶膠對中國城市地區太陽輻射、能見度及區域氣候的影響等方面的研究提供新數據。
結題摘要
本研究基於熱解析儀對顆粒物中不同揮發性的化學組分的分離，結合氣溶膠單顆粒質譜、單顆粒黑碳光度計、氣溶膠吸光與散射分析等技術，研究氣溶膠光學性質與其化學、微觀物理之間的關聯。對於上海的大氣顆粒物，當加熱到250°C時，1.0-2.0μm的顆粒物其組成主要是生物質燃燒顆粒物、礦塵和富金屬顆粒物，0.2-1.0μm的顆粒物主要是生物質燃燒顆粒物和元素碳顆粒物。為此我們對元素碳顆粒物和生物質燃燒顆粒物進行了深入的研究。 元素碳因其強吸光性又稱為黑碳，我們發現上海重度污染天氣下，內混態黑碳氣溶膠的粒徑呈現雙模態分布——凝結模態（~230nm）和液滴模態（~380nm）。凝結模態主要是交通排放的含黑碳顆粒物，呈現小核（60-80nm）薄包覆（50-130nm）形態。液滴模態包括生物質燃燒產生的和老化的交通排放的含黑碳顆粒物，前者呈現大核（80-130nm）厚包覆（110-300nm）形態，後者呈現了特殊的小核（60-80nm）厚包覆（130-300nm）形態。這類小核厚包覆的含黑碳顆粒物主要是由高濃度NO2環境下快遞老化過程產生，其生長速度達到20nm/h。 農業秸稈燃燒是中國生物質燃燒顆粒物的主要來源，我們在實驗室模擬燃燒水稻秸稈，產生新鮮生物質燃燒顆粒物，對其中50-400nm的顆粒物進行分析。結果發現50nm的顆粒物具有最小的有效密度（1.16g/cm3）和最低的單次散射反照率，因為該粒徑範圍的主要成分為積聚狀態的黑碳。粒徑越大，顆粒物的混合態更複雜。顆粒物經過加熱後，有效密度分布發生分離現象，證實了黑碳、鉀鹽和一些不易揮發有機物的存在。各粒徑的顆粒物都具有大於1.6的Ångström吸收指數，意味著吸光性有機物（棕碳）的存在。通過對顆粒物加熱前後的光學測量，計算了吸光增強係數，發現粒徑越大，吸光增強越明顯，說明大粒徑顆粒物有更厚的包裹層。顆粒物的吸收增強又與波長有關，再次證明了棕碳的存在。此外，結合外場實驗與實驗室實驗，我們發現秸稈燃燒顆粒物在加熱200°C以上其單顆粒質譜中會有相對峰面積＞0.21的[CN−]，暗示存在著極低揮發性的含氮有機物，以此為標識物，是一種簡便的篩選生物質燃燒顆粒物的有效方法。
