第二章 大气环境化学5.ppt

气溶胶化学 定义与含义
总悬浮颗粒物(total suspended particulates,TSP):用标准大容量颗粒采样器(~)在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量,是分散在大气中的各种粒子的总称。
是目前大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。其粒径大小,绝大多数在100 m以下,其中多数在10m以下。
总悬浮颗粒物可分为一次颗粒物和二次颗粒物。
一次颗粒物是由天然污染源和人为污染源释放到大气中直接造成污染的物质,如:风扬起的灰尘、燃烧和工业烟尘。
二次颗粒物是通过某些大气化学过程所产生的微粒,如:二氧化硫转化生成硫酸盐。
总悬浮颗粒物可按粒径大小和化学成分分类。
颗粒物沉积在呼吸道中的位置,取决于粒径大小;
在沉积位置上对组织的影响,取决于粒子的化学成分。
飘尘(suspended particulate matters,SPM):可在大气中长期漂浮的悬浮物称为飘尘,又称为悬浮颗粒物。其粒径主要是小于10m的微粒。由于飘尘粒径小,能被人直接吸入呼吸道造成危害,同时可以在大气中长期漂浮,易被污染物带到很远的地方,使污染范围扩大,还可以为化学反应提供反应床。因此,飘尘是最引人注目的研究对象之一。
降尘(dustfall)是指用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中一般直径大于30m的粒子,由于其自身的重力作用回很快沉降下来,所以将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度的指标之一。
可吸入粒子(inhalable particles,IP):国际标准化组织(ISO)建议,将可吸入呼吸道的粒径范围内(Dp≤10m)的粒子称为可吸入粒子。粒子附着在呼吸道上,甚至进入肺部沉积下来,直接影响人的呼吸,危害人体健康。因此IP是最引人瞩目的一类粒子。
根据气溶胶粒子的组成及来源随着粒径大小而明显不同的特点,也可将气溶胶粒子分为细粒子(fine particle, Dp<m或Dp<m)和粗粒子(coarse particle, Dp>m 或Dp>m)两大类。
细粒子主要来自人为源如燃烧过程的烟尘,也包括火山喷发和森林火灾产生的颗粒物,重金属毒物和有机致癌物、二次污染物等都集中在细粒子中。
粗粒子主要来自天然源,如扬尘、海洋浪花等。
从粒径大小来看,~10m大小之间的粒子危害最大。10m以上的粒子由于惯性作用,被鼻与呼吸道黏液排除;m的颗粒由于扩散作用和布朗运动被黏附在呼吸道表面,随痰而排出;~10m之间的粒子可以直接到达肺细胞而沉积、积累,并能进入血液循环。
气溶胶的来源
天然源
人为源
源强
气溶胶的粒径分布 气溶胶的粒径
大气颗粒物的大小或称粒径是粒子的最重要的性质。它反映了粒子来源的本质,并可影响光的散射性质和气候效应,许多重要的性质如体积、质量和沉降速度都和粒子大小有关。
粒子的大小一般用诸如当量直径或有效直径来表示,最常用的就是空气动力学直径(Dp)。Dp的定义是:与所研究粒子有相同终端降落速率的、密度为1的球体直径。目前大气化学文献中所用的粒径值,除特别说明外,都是空气动力学直径。
粒径分布函数表示方法
Junge于1963年首先提出数分布函数,是以“幂指数定律”来表示的,表达式为
其中 b为幂指数;r为粒子半径;C是常数。
上式表明粒子的数目(1cm3空气中的)随粒子半径的增加而急剧减少。
后来Junge等人又发现,对r>,相应于lgr的数分布可表示为:
~10mm范围内,用对数形式作图时得到其中间的一段与幂指数分布吻合得很好,直线方程为
对于表面积分布和体积分布来说,幂函数的模式不适用。
在Junge的工作基础上,Whitby及其同事根据粒子的来源、化学特征和去除过程与粒径的关系进一步确立了气溶胶的多模结构。用质量、表面积或体积分布表示时,典型城市气溶胶的重要特征显得更加明显。图中各曲线下的面积分别与相应的粒子数、粒子表面积和粒子体积成正比。这种方法使气溶胶粒子的多峰形模结构特征表现得更加明显。
DN,数密度,数目/cm3;DS,表面积密度,mm2/cm3;
DV(DM),体积密度,mm3/cm3;
峰性质:单峰、多峰、多峰
气溶胶粒径三模态分布
Whitby概括提出了气溶胶粒子的三模态模型。按照这种模型,气溶胶粒子可以表示为三种模结构:(Aitken nuclei mode),~2mm的粒子称为积聚模(accumulation m