气溶胶测量01_精品文档.ppt

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气溶胶测量气溶胶测量原理、技术及应用原理、技术及应用南开大学环境科学与工程学院2008年9月25日课程组nn白志鹏教授nn吴建会讲师nn联系方式：

nn公共邮箱：

目目录录第一部分第一部分基本理论基本理论1气溶胶测量的历史回顾气溶胶测量的历史回顾2桥联科学及其在气溶胶测量中的应用桥联科学及其在气溶胶测量中的应用:

工具使用入门工具使用入门23气溶胶基本理论气溶胶基本理论24气体与粒子运动气体与粒子运动25粒子的物理化学变化粒子的物理化学变化6气溶胶的粒度分布特征气溶胶的粒度分布特征7气溶胶测量方法气溶胶测量方法4目目录录第二部分第二部分技术技术8气溶胶的采样与输送气溶胶的采样与输送9过滤收集过滤收集10惯性、重力、离心和热收集技术惯性、重力、离心和热收集技术211大气气溶胶组分的化学分析方法大气气溶胶组分的化学分析方法12单粒子分析单粒子分析13实时单粒子分析实时单粒子分析214动力学质量和表面积测量动力学质量和表面积测量15光学直读技术：

光强度系统光学直读技术：

光强度系统16光学直读技术：

原位传感光学直读技术：

原位传感217利用粒子运动和光学检测的直读技术利用粒子运动和光学检测的直读技术18电技术电技术19凝结检测和扩散粒度分离技术凝结检测和扩散粒度分离技术220粒子的电动悬浮粒子的电动悬浮21仪器校准仪器校准22粒度分布的数据分析和表达方法粒度分布的数据分析和表达方法2目目录录第三部分第三部分应用应用23非球形粒子的测量方法：

形状因子、分形分析以及纤维非球形粒子的测量方法：

形状因子、分形分析以及纤维24生物粒子采样生物粒子采样25工作场所气溶胶检测工作场所气溶胶检测26矿井气溶胶检测矿井气溶胶检测227环境空气采样环境空气采样28短时粉尘的排放短时粉尘的排放29室内气溶胶和暴露评价室内气溶胶和暴露评价230利用飞行器测量气溶胶利用飞行器测量气溶胶31高浓度、高温度下的气溶胶测量高浓度、高温度下的气溶胶测量32通过气溶胶过程生产材料通过气溶胶过程生产材料233无尘室中气溶胶的测量无尘室中气溶胶的测量34放射性气溶胶放射性气溶胶35氡及其短期衰变产物气溶胶氡及其短期衰变产物气溶胶236药用气溶胶和诊断用气溶胶的测量药用气溶胶和诊断用气溶胶的测量37呼吸毒理学：

控制大气暴露的采样策略呼吸毒理学：

控制大气暴露的采样策略2第一部分第一部分基本理论基本理论气溶胶概论nn气溶胶是指长时间悬浮在气体环境中、能观察或测量到的液体或固体粒子的集合。

nn气溶胶气溶胶的颗粒粒径范围0.001500m，这些颗粒物粒径比气态分子大，比降尘粒径小。

nn大气气溶胶的环境作用，已酿成全球性环境问题，引起了全世界的重视。

此外，气溶胶对气候、人体健康、生物效应也有其特有的作用大大气气悬悬浮浮颗颗粒粒物物粒粒径径划划分分示示意意图图D=2.5um（PM2.5）D=10um（PM10）D=100um总悬浮颗粒物总悬浮颗粒物（TSP）D：

空气动力学空气动力学直径，与粒子密直径，与粒子密度和形状有关度和形状有关Science307:

1857-1861,NewsFocus,March2005不同粒径粒子的停留时间不同粒径粒子的停留时间不同粒径粒子的停留时间不同粒径粒子的停留时间停留时间停留时间（天数）（天数）停留时间（小时）停留时间（小时）停停留留在在空空中中的的百百分分比比气溶胶与气候变化nn气溶胶粒子增加的直接效应是影响大气水循环和气溶胶粒子增加的直接效应是影响大气水循环和辐射平衡，这两种过程都会引起气候变化辐射平衡，这两种过程都会引起气候变化气溶胶颗粒具有各种粒度，决定了它对光的气溶胶颗粒具有各种粒度，决定了它对光的不同效应，如吸收、散射或反射作用，从而对气不同效应，如吸收、散射或反射作用，从而对气候产生直接或间接的效应。

其直接效应是吸收或候产生直接或间接的效应。

其直接效应是吸收或反射太阳的辐射，使地球的热平衡受到影响；其反射太阳的辐射，使地球的热平衡受到影响；其间接效应是对云的成核作用，使云的凝聚核增多，间接效应是对云的成核作用，使云的凝聚核增多，而增强云的反射而增强云的反射nn特殊天气现象：

沙尘暴、灰霾特殊天气现象：

沙尘暴、灰霾沙尘暴沙尘暴天气的危害nn生态环境恶化nn生产生活受影响nn生命财产损失nn交通安全（飞机、汽车等交通事故）不同观点沙尘气溶胶对中国北方酸雨的中和作用，对硫酸盐气溶胶的形成及其分布，对海洋中微量成分循环过程的影响气溶胶与灰霾天气nn灰霾是悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒的集合体，使空气浑浊，水平能见度减低到10公里以下的一种天气现象nn我国的部分区域存在着个明显的大气棕色云区，即灰霾严重地区：

北部的黄、淮、海地区；东部的长江三角洲；四川盆地；珠江三角洲广东省气象局设在番禺区的气溶胶移动观测站广东省气象局设在番禺区的气溶胶移动观测站气溶胶与健康效应nn气溶胶气溶胶气溶胶气溶胶体系其组成十分复杂，某些体系其组成十分复杂，某些气溶胶气溶胶气溶胶气溶胶含有含有40405050种元素。

种元素。

气溶胶气溶胶气溶胶气溶胶的化学成分有无机物、有机的化学成分有无机物、有机物、微量元素及微生物物、微量元素及微生物nn空气污染的加重，是由于气溶胶与气态污染物的空气污染的加重，是由于气溶胶与气态污染物的联合作用，使呼吸道病患者增多、心肺病死亡日联合作用，使呼吸道病患者增多、心肺病死亡日增的主要原因，细颗粒具有更大的环境活性，其增的主要原因，细颗粒具有更大的环境活性，其中最多的组分是有机碳。

（中最多的组分是有机碳。

（PAHsPAHs，重金属），重金属）nn炊事、家具、建筑装饰等释出室内空气污染炊事、家具、建筑装饰等释出室内空气污染，生，生物气溶胶（孢子、霉菌、细菌、螨虫、过敏原等）物气溶胶（孢子、霉菌、细菌、螨虫、过敏原等）可对一些特定职业产生危害可对一些特定职业产生危害灰渣水泥颗粒物形态和成分颗粒物形态和成分物理性质物理性质尺寸尺寸粗粒子，细粒子，超细粒子粗粒子，细粒子，超细粒子表面表面表面积表面积/质量，物理质量，物理vs.vs.功能表面积，生功能表面积，生物吸附性物吸附性形态形态球形，聚集态，纤维态球形，聚集态，纤维态质量浓度质量浓度总质量，粒径分布相关的质量，空气颗粒总质量，粒径分布相关的质量，空气颗粒物质量物质量-通过滤膜采集到颗粒物的质量通过滤膜采集到颗粒物的质量数量浓度数量浓度电荷电荷物理化学性质物理化学性质吸湿性、亲脂吸湿性、亲脂性、亲水性性、亲水性生物可利用性生物可利用性在生物介质中的溶解、穿透、和分在生物介质中的溶解、穿透、和分布布酸性酸性氧化性氧化性表面和核化学表面和核化学表面反应，吸附的材料表面反应，吸附的材料电荷电荷与人体健康相关的颗粒物化学成分（NRC,2004）与人体健康相关的颗粒物化学成分（NRC,2004）化学成分化学成分金属金属过渡态过渡态vs.vs.其他化合态其他化合态碳碳元素碳，有机碳（半挥发性有机物，吸附的挥元素碳，有机碳（半挥发性有机物，吸附的挥发性有机物），按照温度分离的不同类种类和发性有机物），按照温度分离的不同类种类和物种碳物种碳生物组分生物组分抗原，微生物，毒素（内毒素及其他），动植抗原，微生物，毒素（内毒素及其他），动植物残余物物残余物二次无机气溶二次无机气溶胶胶硫酸盐，硝酸盐硫酸盐，硝酸盐特定来源成分特定来源成分/颗粒物颗粒物地壳元素（晶态），道路尘地壳元素（晶态），道路尘待发现和认识待发现和认识0204060801000.010.1110100颗粒物空气动力学直径颗粒物空气动力学直径（微米微米）沉积百分比（沉积百分比（%）鼻腔鼻腔肺肺气管气管口腔口腔正常呼吸状态下不同粒径的颗粒物正常呼吸状态下不同粒径的颗粒物在人体呼吸系统的沉积状况在人体呼吸系统的沉积状况纵观气溶胶研究的发展，可以看出其趋势，已纵观气溶胶研究的发展，可以看出其趋势，已从人为源逐渐向天然源、生物地球化学源发展；从从人为源逐渐向天然源、生物地球化学源发展；从总体颗粒物的表征向单个颗粒物；由微米级向亚微总体颗粒物的表征向单个颗粒物；由微米级向亚微米，甚至纳米级的粒度发展；从一般无机元素组分米，甚至纳米级的粒度发展；从一般无机元素组分向元素碳、有机碳、酸硷性基团、有机分子发展；向元素碳、有机碳、酸硷性基团、有机分子发展；从室外环境向室内环境、区域环境、全球环境发展；从室外环境向室内环境、区域环境、全球环境发展；从平流层向对流层发展；并将气溶胶的特性与环境从平流层向对流层发展；并将气溶胶的特性与环境效应（如气候效应）、生态效应（如健康效应）以效应（如气候效应）、生态效应（如健康效应）以及大气化学过程密切结合起来，向更深的层次和更及大气化学过程密切结合起来，向更深的层次和更广的范围开拓。

因而，现今国际上大气气溶胶研究广的范围开拓。

因而，现今国际上大气气溶胶研究的目的性更明确，其应用性更强，研究的内容更为的目的性更明确，其应用性更强，研究的内容更为综合，应用的手段更为多样综合，应用的手段更为多样气溶胶测量的历史回顾气溶胶测量的历史回顾发展时期发展时期时间跨度时间跨度早期早期古代古代1919世纪后半叶中期世纪后半叶中期经典前期经典前期2020世纪之前世纪之前经典时期经典时期2020世纪世纪2020年代早期到年代早期到2020世纪世纪6060年代年代当代当代2020世纪世纪6060年代之后年代之后早期nn古罗马时期的罗马人抱怨恶臭的空气nn1273，由于严重的大气粒子污染，伦敦禁止燃煤，1306年，爱德华一世颁布了皇家禁令。

nn1661年，JohnEvelyn向查理斯二世提交了第一本关于大气粒子污染的重要手册，他写的Fumifugium（防烟）生动描述了伦敦城中的大气粒子污染（Lodge，1969）经典期之前的气溶胶测量nn18411841年，年，J.P.EspyJ.P.Espy造出了造出了“测云器测云器（nephelescopenephelescope）”nn18471847年，年，H.BecquerelH.Becquerel提出空气中存在细微粒子，提出空气中存在细微粒子，即现在所称的凝结核即现在所称的凝结核nn2020世纪世纪3030年后，年后，CoulierCoulier通过实验证实了这些凝结通过实验证实了这些凝结核的存在核的存在，发明了第一个凝结核检测器，发明了第一个凝结核检测器nnJohnJohnAitkenAitken在在18751875年开始研究凝结，他发明并使年开始研究凝结，他发明并使用了第一台计量粒子数目的便携式设备用了第一台计量粒子数目的便携式设备P.JCoulier检测粉尘粒子凝结时所用的仪器CoulierCoulier发明了第发明了第一个凝结核检测一个凝结核检测器。

该仪器由一器。

该仪器由一个透明细颈瓶个透明细颈瓶（AA）和能够将）和能够将空气压进细颈瓶空气压进细颈瓶的橡皮球（的橡皮球（DD）组成。

打开阀门组成。

打开阀门空气膨胀，并在空气膨胀，并在气溶胶粒子上发气溶胶粒子上发生凝结。

生凝结。

便携式便携式“粉尘计数器粉尘计数器”的最初示意图的最初示意图nnAitkenAitken发明并使用了发明并使用了第一台计量粒子数第一台计量粒子数目的便携式设备，目的便携式设备，待测气体从管待测气体从管AA进入进入储气瓶储气瓶RR中，并与一中，并与一定量的洁净空气混定量的洁净空气混合，然后用水饱和，合，然后用水饱和，随后随后RR中的空气在泵中的空气在泵的作用下膨胀，产的作用下膨胀，产生一阵小雨，这样生一阵小雨，这样就可得到降落在计就可得到降落在计数区的液滴数数区的液滴数经典期之前的气溶胶测量nnTydallTydall扩展了方法来检测气溶胶，并第一次应用该方法检扩展了方法来检测气溶胶，并第一次应用该方法检测了室内空气粒子污染测了室内空气粒子污染,TydallTyda