[科普中国]-大气颗粒物-

化学组成

大气颗粒物的化学成分包括：无机物、有机物和有生命物质。

一、无机物

用X一荧光光谱对PM2.5~10气溶胶样品进行元素分析，目前已发现的化学元素主要有铝(Al)、硅(Si)、钙(Ca)、磷(P)、钾(K)、钒Ⅳ)、钛(Ti)、铁(Fc)、锰(Mn)、钡(Ba)、砷(As)、镉(Cd)、钪(Sc)、铜(Cu)、氟(F)、钴(Co)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(zn)、锆(Zr)、硫(S)、氯(C1)、溴(Br)、硒(Se)、镓(Ga)、锗(GO、铷(Rb)、锶(Sr）、钇(Y)、钼(Mo)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、锡(Sn)、锑(Sb)、碲(Te)、碘(I)、铯(CS)、镧(La)、钨(W)、金(Au)、汞(H)、铬(Cr)、铀(U)、铪(H0、镱(Yb)、钍(Th)、铕(Ta)、铽(Tb)等。细颗粒物中还有各种化合物及离子、硫酸盐、硝酸盐等345。

研究表明，颗粒物的元素成分与其粒径有关。对Cl、Br、I等卤族元素，来自海盐的Cl主要在粗粒子中，而城市颗粒物的Br主要存在于在细粒子中。来自地壳的Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti和Sc等元素主要在粗粒子中，而Zn、Cd、Ni、Cu、Pb和S等元素大部分在细粒子中678。

颗粒物成分与其来源有关，可以根据污染物组分与颗粒物组分对比，来判断颗粒的来源9101112。例如土壤主要含有Si、砧、Fe、n等；海盐中含Na、Cl、K；水泥、石灰等建材含Ca和砧；冶金企业排放Fe、Mn和相应的金属元素以及S；汽车尾气中有Pb、Br和Ba：燃料油排放Ni、V、Pb和Na；煤和焦炭的灰粉中有地壳元素，及As、Se等；焚烧垃圾可排放Zn、Sb和Cd等。大气颗粒物中的可溶性无机盐类可来自不同的排放源，海洋大气气溶胶颗粒在低层以Na+、ClO为主，存在于粗粒子中；而高空则以S042-、NH4+为主，存在于细粒子与爱根核模颗粒中。粗粒子主要由海水飞沫蒸发而悬浮在大气中，其中也有少量的SO42-。和Ca2+。而细粒子中的SO42-和Ca2+，则是由海洋释放的二甲基硫(DMS)经大气氧化成S02最后生成硫酸和硫酸盐，经气体．粒子转化而生成的131415。

二、有机物及有生命物质成分

除一般的无机元素外，大气颗粒物中还有元素碳(EC)、有机碳(OC)、有机化合物(尤其是挥发性有机物(VOC)、多环芳烃(P：AH)和有毒物)、生物物质(细菌、病毒、霉菌等)。

含有机物的大气颗粒物粒径一般都比较小，多数在0．1"一51．tm范围内，多数有机颗粒是在燃烧过程中产生的。颗粒物中的有机物种类很多，其中烃类是主要成分，如烷烃、烯烃、芳香烃和多环芳烃，此外还有亚硝胺、氮杂环、环酮、醌类、酚类和酸类等。大气中的多环芳烃主要集中在细粒子段，高环的多环芳烃主要在飘尘范围内15。

表示方法粒度表示大气颗粒物的大小（粒径）与其性质密切相关，是大气颗粒污染物的采样与控制技术中主要考虑的特性之一。颗粒的粒径分为单颗粒粒径和颗粒群的平均粒径，单位一般用μm表示。

一、单颗粒粒径

大气颗粒物的形状多数是不规则的，根据不同定义得出的颗粒粒径值也不相同。确定粒径的方法有两种：

①直接测定法：根据颗粒的几何尺寸，借助显微镜或筛分等方法来确定颗粒粒径；

②间接测定法：根据颗粒的某种物理性质（如颗粒在空气中的沉降速度、密度等）来确定颗粒粒径。前者得到是颗粒的示性尺寸(代表性尺寸)，如投影径和筛分径；用后一种方法测得的颗粒粒径称为当量直径。

二、颗粒群的平均粒径

大气颗粒物是由不同粒径的颗粒所组成的颗粒群，在实际应用中，有时需要知道颗粒物的平均粒径。平均粒径的定义是：与实际的大气颗粒群某一物理性质相同的大小均匀的球形颗粒群直径16。

三、颗粒物的粒径分布

颗粒的粒径分布又称为颗粒的分散度，指其中各种不同粒径的颗粒组成比，可以以颗粒数、表面积或质量计。颗粒粒径分布的表示方法主要有图表法和分布函数法116。

浓度表示大气颗粒物的浓度通常有三种表示方法：

(1)数量浓度：以单位体积空气中含有的颗粒个数表示，记作“个，L"。

(2)质量浓度：以单位体积空气中含有的颗粒质量表示，记作“mg/m3”或“Lag/m3’’。

(3)沉降强度：以单位时间单位面积上自然沉降下来的颗粒数或者质量表示，记作“仰(cnl2·h)一或者“t/(kin2·月)力。

大气颗粒物的浓度变化很大，通常区分为瞬时浓度和平均浓度，最大值或最小值，或同时给出平均、最大和最小值。在平均浓度值里还应区分为1h平均、24h平均或月平均，时间越长的平均值应该越小；有时还注明连续平均的时间，如连续48h的lh平均值，或者白天8h的1h平均值等。最大、最小值也同样应指出其时间性即每日的最大(小)值。在大气污染控制中，通常采用质量浓度和降尘量，而数量浓度多用于空气的超洁净净化技术方面。

生成来源大气颗粒物的成分很复杂，主要取决于其来源。主要有自然源和人为源两种，后者危害较大。大气颗粒物在学术界的可分为一次颗粒物和二次颗粒物两种。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颗粒物，例如土壤粒子、海盐粒子、燃烧烟尘等等。二次颗粒物是由大气中某些污染气体组分（如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等）之间，或这些组分与大气中的正常组分（如氧气）之间通过光化学氧化反应、催化氧化反应或其他化学反应转化生成的颗粒物，例如二氧化硫转化生成硫酸盐。

Wl'dtby等人根据大气颗粒物表面积和粒径分布的关系，得出了三种不同类型的粒度模，并用来解释大气颗粒物的来源与归宿。按照颗粒物的空气动力学直径，可将大气颗粒物分为三种类型的粒度模：爱根核模(以