气溶胶化学
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第七节 气溶胶化学
一、气溶胶概述
大气污染物按物理状态可分为气态和气溶胶(aerosol)颗 粒态两种形式 气溶胶：是指液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的 相对稳定的悬浮体系。
通常将液体或固体微粒称为颗粒物或粒子，是指空气动力 学直径为0.003～100μm的液滴或固态粒子，其中粒径范 围的下限来自目前能测出的最小尺度，上限则相应于在空 气中不能长时间悬浮而较快降落的尺度。
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第七节
分类
气溶胶化学
（一）按颗粒物成因
• 分散性气溶胶：是固态或液态物质经粉碎、喷射， 形成微小粒子，分散在大气中形成 的气溶胶。
• 凝聚性气溶胶：则是由气体或蒸汽(其中包括固态物 升华而成的蒸汽)遇冷凝聚成液态或固态微粒，而形 成的气溶胶。
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第七节 气溶胶化学
（二）按颗粒物的物理状态 • 固态气溶胶 -- --烟 和尘； • 液态气溶胶 -- -- 雾； • 固液混合态气溶 -- --烟雾 (smog)
因此，大气气溶胶的危害和影响与其粒子的大小和化学组成密 切相关。
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第七节 气溶胶化学
二 气溶胶的粒径分布
气溶胶的粒子总数虽然也大体上能代表空气污染 的程度，但仅仅知道粒子总数是不够的，还必须 知道气溶胶粒子按粒径大小的分布情况，以反映 出气溶胶粒子的大小与其来源或形成过程之间的 关系。
粒径分布指所含颗粒物的浓度按粒子大小的分布情 况。
PM10是指粒径Dp≤10 μm颗粒物的质量浓度
• 粗粒子 2.5μm<Dp≤10 μm
• 细粒子或PM2.5 Dp ≤ 2.5μm • PM2.5是指粒径Dp≤2.5 μm颗粒物的质量浓度
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第七节 气溶胶化学
(四）按形成机制
一次颗粒物：直接由污染源排放出的颗粒物 二次颗粒物：在大气中发生反应而产生的颗粒物
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第七节 气溶胶化学
（三）按气溶胶粒径大小 •总悬浮颗粒物 用标准大容量采样器（流量在1.1～1.7m3 /min）在滤 膜上所收集到的颗粒物总质量，是分散在大气中的各种 粒子的总称，也是大气质量评价中一个通用的重要污染 指标。
TSP <100μm •飘尘 可在大气中长期飘浮的悬浮物，是最受人们关注的研究 对象之一。
气溶胶粒子进入人体后在沉积的部位上对组织发生作用或影响是根据其
化学组成或其所携带吸附的有毒物质所决定的，如石棉、氧化铍微粒、
硫酸雾滴以及颗粒表面吸附的BaP及其它多环芳烃、SO2等均可因其毒
性而引起人体健康的损害，甚至造成a组织癌变。
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第七节 气溶胶化学
大气中常见的H2SO4雾滴进入人体后，能附着在肺泡上刺激肺 泡，增加气流阻力使呼吸困难，引起肺水肿和肺硬化，严重的 将导致死亡，故硫酸雾的毒性要比气体SO2毒性高10倍以上。 此外，细粒子危害较大不仅表现在可吸入性上，还在于其有毒 污染物在细粒子中的含量大大高于粗粒子。北京市大气颗粒物 成分监测分析结果表明，多环芳烃的90%集中在3μm以下的颗 粒物中。
此外，在日常生活中或根据各种学科的需要，人们还定 义了专门的名称，如粉尘、烟、灰、雾等等。
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第七节 气溶胶化学 气溶胶粒子对人体的危害
气溶胶粒子的状态、大小、组成及运动方式等均与人们的生活、健 康密切相关，飘浮在空气中的气溶胶小粒子很容易被人吸入并沉积在支 气管和肺部。
粒径大于10μm的颗粒，大部分滞留在鼻腔或咽喉部位； 粒径为2μm的颗粒可通过鼻腔进入上呼吸道，而更小的颗 粒物则可深达肺部，并长期停留。
• 为大气中的化学反应提供良好的反应床，甚至气溶胶中的 某些化学成分（如微量金属）还能对化学反应起到催化作 用；
• 此外，大气中许多气态污染物的最终归宿是形成气溶胶粒 子，危害人体健康
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第七节 气溶胶化学
大气气溶胶研究动向
• 大气气溶胶的表征研究 • 气溶胶的大气化学过程研究 • 气溶胶与气候变化的研究 • 气溶胶与健康效应的研究
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第七节 气溶胶化学
人们重点关心和研究的是大气气溶胶体系中 各种粒子的来源、组成、迁移变化规律以 及其最后的归宿与对生物的影响和危害。
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第七节 气溶胶化学
• 气溶胶直接参与大气中云的形成和湿沉降（雨、雪、冰和 雾等）过程；
• 能够散射或吸收太阳光，降低大气能见度，削弱太阳辐射， 进而改变环境温度和植物的生长速率；
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第七节 气溶胶化学
形貌
形状 球状 不规则形状 立方体 板状 羽毛状 紧绒团状
大气中微粒的形状
例 烟、花粉、飞灰 矿物 煤渣 矿物 植物纤维 碳粒、烟、雾
形状 松绒团状 片状 短圆柱状 针状 链条状
例 氧化镁 云母 石棉 滑石 碳黑、烟
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5Hale Waihona Puke Baidu
第七节 气溶胶化学
粒径
大气气溶胶颗粒物的大小（又称粒径）是颗粒物最重要的性质之一。它反映了颗粒物 的来源，影响光的散射性质和气候效应，大气颗粒物许多重要的性质（如体积、质量 和沉降速率等）都与粒子大小有关。粒径通常指颗粒物的直径，用Dp，d或dp表示， 单位为μm或nm。
飘尘 <10 μm •降尘 用降尘罐采集到的大气颗粒物，单位面积的降尘量可作 为评价大气污染程度的指标之一
降尘 >30 μm
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第七节 气溶胶化学
• 可吸入颗粒物（IP）或 PM10
美国环保局（EPA）1978年把粒径Dp≤15μm的粒子称为可吸入粒子， 国际标准化组织（ISO）建议将IP定义为Dp≤10μm的粒子。美国环保 局于1985年在国家环境空气质量标准增加了PM10，我国也在1996年 颁布的《环境空气质量标准》中规定了PM10的标准，并统一在空气质 量日报中采用PM10指标
目前多用空气动力学直径(Dp)来表示。 空气动力学直径(Dp)：与所研究粒子有相同降落速度的密度为1 g/cm3的球体直径。
DpDgK p/0
Dg ——几何直径， K ——形状系数，当粒子为球形时，K = 1.0.
ρp ——忽略了浮力效应的粒密度， ρ0 ——参考密度(1g/cm3) 从上式可以看出，对于球状粒子，ρp对Dp是有影响的。当ρp较大时，Dp会比Dg大。由 于大多数大气粒子满足ρp≤10，因此Dp和Dg的差值因子必定小于3。
颗粒物的浓度: 数浓度N、表面积浓度S、粒 子的总 体积浓度V 、总质量浓度M
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一、气溶胶概述
大气污染物按物理状态可分为气态和气溶胶(aerosol)颗 粒态两种形式 气溶胶：是指液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的 相对稳定的悬浮体系。
通常将液体或固体微粒称为颗粒物或粒子，是指空气动力 学直径为0.003～100μm的液滴或固态粒子，其中粒径范 围的下限来自目前能测出的最小尺度，上限则相应于在空 气中不能长时间悬浮而较快降落的尺度。
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第七节
分类
气溶胶化学
（一）按颗粒物成因
• 分散性气溶胶：是固态或液态物质经粉碎、喷射， 形成微小粒子，分散在大气中形成 的气溶胶。
• 凝聚性气溶胶：则是由气体或蒸汽(其中包括固态物 升华而成的蒸汽)遇冷凝聚成液态或固态微粒，而形 成的气溶胶。
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第七节 气溶胶化学
（二）按颗粒物的物理状态 • 固态气溶胶 -- --烟 和尘； • 液态气溶胶 -- -- 雾； • 固液混合态气溶 -- --烟雾 (smog)
因此，大气气溶胶的危害和影响与其粒子的大小和化学组成密 切相关。
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第七节 气溶胶化学
二 气溶胶的粒径分布
气溶胶的粒子总数虽然也大体上能代表空气污染 的程度，但仅仅知道粒子总数是不够的，还必须 知道气溶胶粒子按粒径大小的分布情况，以反映 出气溶胶粒子的大小与其来源或形成过程之间的 关系。
粒径分布指所含颗粒物的浓度按粒子大小的分布情 况。
PM10是指粒径Dp≤10 μm颗粒物的质量浓度
• 粗粒子 2.5μm<Dp≤10 μm
• 细粒子或PM2.5 Dp ≤ 2.5μm • PM2.5是指粒径Dp≤2.5 μm颗粒物的质量浓度
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(四）按形成机制
一次颗粒物：直接由污染源排放出的颗粒物 二次颗粒物：在大气中发生反应而产生的颗粒物
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第七节 气溶胶化学
（三）按气溶胶粒径大小 •总悬浮颗粒物 用标准大容量采样器（流量在1.1～1.7m3 /min）在滤 膜上所收集到的颗粒物总质量，是分散在大气中的各种 粒子的总称，也是大气质量评价中一个通用的重要污染 指标。
TSP <100μm •飘尘 可在大气中长期飘浮的悬浮物，是最受人们关注的研究 对象之一。
气溶胶粒子进入人体后在沉积的部位上对组织发生作用或影响是根据其
化学组成或其所携带吸附的有毒物质所决定的，如石棉、氧化铍微粒、
硫酸雾滴以及颗粒表面吸附的BaP及其它多环芳烃、SO2等均可因其毒
性而引起人体健康的损害，甚至造成a组织癌变。
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第七节 气溶胶化学
大气中常见的H2SO4雾滴进入人体后，能附着在肺泡上刺激肺 泡，增加气流阻力使呼吸困难，引起肺水肿和肺硬化，严重的 将导致死亡，故硫酸雾的毒性要比气体SO2毒性高10倍以上。 此外，细粒子危害较大不仅表现在可吸入性上，还在于其有毒 污染物在细粒子中的含量大大高于粗粒子。北京市大气颗粒物 成分监测分析结果表明，多环芳烃的90%集中在3μm以下的颗 粒物中。
此外，在日常生活中或根据各种学科的需要，人们还定 义了专门的名称，如粉尘、烟、灰、雾等等。
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第七节 气溶胶化学 气溶胶粒子对人体的危害
气溶胶粒子的状态、大小、组成及运动方式等均与人们的生活、健 康密切相关，飘浮在空气中的气溶胶小粒子很容易被人吸入并沉积在支 气管和肺部。
粒径大于10μm的颗粒，大部分滞留在鼻腔或咽喉部位； 粒径为2μm的颗粒可通过鼻腔进入上呼吸道，而更小的颗 粒物则可深达肺部，并长期停留。
• 为大气中的化学反应提供良好的反应床，甚至气溶胶中的 某些化学成分（如微量金属）还能对化学反应起到催化作 用；
• 此外，大气中许多气态污染物的最终归宿是形成气溶胶粒 子，危害人体健康
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大气气溶胶研究动向
• 大气气溶胶的表征研究 • 气溶胶的大气化学过程研究 • 气溶胶与气候变化的研究 • 气溶胶与健康效应的研究
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第七节 气溶胶化学
人们重点关心和研究的是大气气溶胶体系中 各种粒子的来源、组成、迁移变化规律以 及其最后的归宿与对生物的影响和危害。
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第七节 气溶胶化学
• 气溶胶直接参与大气中云的形成和湿沉降（雨、雪、冰和 雾等）过程；
• 能够散射或吸收太阳光，降低大气能见度，削弱太阳辐射， 进而改变环境温度和植物的生长速率；
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第七节 气溶胶化学
形貌
形状 球状 不规则形状 立方体 板状 羽毛状 紧绒团状
大气中微粒的形状
例 烟、花粉、飞灰 矿物 煤渣 矿物 植物纤维 碳粒、烟、雾
形状 松绒团状 片状 短圆柱状 针状 链条状
例 氧化镁 云母 石棉 滑石 碳黑、烟
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第七节 气溶胶化学
粒径
大气气溶胶颗粒物的大小（又称粒径）是颗粒物最重要的性质之一。它反映了颗粒物 的来源，影响光的散射性质和气候效应，大气颗粒物许多重要的性质（如体积、质量 和沉降速率等）都与粒子大小有关。粒径通常指颗粒物的直径，用Dp，d或dp表示， 单位为μm或nm。
飘尘 <10 μm •降尘 用降尘罐采集到的大气颗粒物，单位面积的降尘量可作 为评价大气污染程度的指标之一
降尘 >30 μm
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第七节 气溶胶化学
• 可吸入颗粒物（IP）或 PM10
美国环保局（EPA）1978年把粒径Dp≤15μm的粒子称为可吸入粒子， 国际标准化组织（ISO）建议将IP定义为Dp≤10μm的粒子。美国环保 局于1985年在国家环境空气质量标准增加了PM10，我国也在1996年 颁布的《环境空气质量标准》中规定了PM10的标准，并统一在空气质 量日报中采用PM10指标
目前多用空气动力学直径(Dp)来表示。 空气动力学直径(Dp)：与所研究粒子有相同降落速度的密度为1 g/cm3的球体直径。
DpDgK p/0
Dg ——几何直径， K ——形状系数，当粒子为球形时，K = 1.0.
ρp ——忽略了浮力效应的粒密度， ρ0 ——参考密度(1g/cm3) 从上式可以看出，对于球状粒子，ρp对Dp是有影响的。当ρp较大时，Dp会比Dg大。由 于大多数大气粒子满足ρp≤10，因此Dp和Dg的差值因子必定小于3。
颗粒物的浓度: 数浓度N、表面积浓度S、粒 子的总 体积浓度V 、总质量浓度M
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