利用气溶胶激光飞行时间质谱仪激光解吸电离技术开展了苯水相二次有机气溶胶在线测量研究。实验结果表明, 苯水相光氧化反应形成的二次有机气溶胶粒子粒径小于1.0μm, 激光解吸电离质谱中存在醛类m/z 29(CHO+)、57(CHOCO+), 羧酸m/z 44(COO+), 苯环m/z 77(C6H+5)、65(C5H+5)和酚类化合物m/z 93(C6H5O+)特征裂解碎片峰。醛类、羧酸和酚类化合物是苯水相SOA粒子的化学组分,各类型组分含量大小关系为: 醛类化合＞羧酸＞酚类化合物。气溶胶激光飞行时间质谱仪激光解吸电离技术能够用于水相SOA粒子化学组分的在线测量, 可用于水相SOA形成机理和过程的研究。

含碘气溶胶对全球气候与环境变化有着深远的影响。已有的研究表明含碘气溶胶的形成和生长源于含碘前体物(碘及碘化物)的 氧化和后续聚合过程,含碘前体物的初步氧化会形成IO、OIO等具有高度反应活性的初级碘氧化物,进一步的氧化反应产生更 稳定的碘氧化物IxOy,再经过后续聚合反应形成碘氧粒子(iodine oxide particles, IOPs)。IOPs的形成机制决定了 含碘气溶胶的物化特性,最终决定了环境与气候效应。然而,现有的模型研究与大气观测结果之间,甚至是不同模型研究之间, 常常存在分歧,这些分歧又进而导致人们在评估含碘气溶胶对全球环境和气候变化影响效应上的不确定性。详细介绍了 近年来大气碘化学与含碘气溶胶形成机制的研究进展,并指出了亟待解决的问题和面临的挑战。

利用自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪(aerosol time-of-flight mass spectrometer, ATOFMS)对气溶胶粒子的折射率进行测量。 首先利用ATOFMS对气溶胶粒子的粒径和光散射强度进行测量,然后由Mie散射理论结合ATOFMS光散射区域的几何结构,推算出光电倍 增管接收的理论光通量与气溶胶粒子的大小和折射率之间的函数关系。通过比较实验测量的气溶胶粒子光散射平均强度与Mie散射 理论值,对粒子的折射率进行反演。与实际样品数据参数对比的结果表明该方法是可行的。

离子诱导成核是大气气溶胶形成的重要路径之一。大气中团簇离子的形成,主要由宇宙射线电离空气产生的初级离子 与H2 O、H2 SO4 、HNO3 、NH3 、有机物等物质发生的离子-分子反应而产生。成核是团簇离子生长和蒸发相互竞争的一个过程,团簇离子生 长到临界核尺寸时,便可自发生长。研究表明临界核大小约1.6 nm,对应粒子的质量数在5000 amu以上。离子诱导生成的气溶胶粒子对气候的影响以 及离子诱导成核在大气成核事件中是否占主要作用还存在很大争议,这需要进行进一步的外场观察、理论模拟、实验室研究来充分弄清离子诱导成核机理。

烯烃臭氧化反应是大气对流层中发生的极为重要的反应。Criegee中间体作为 烯烃臭氧化过程的关键中间体,其化学反应是大气OH自由基、有机酸、硫酸以及硝酸盐等物质的重要来源,因而受到充分的关注。因Criegee中间体 寿命短暂,其检测方法很少。目前如何检测该物质是颇为热门的难题。总结了最近几年Criegee中间体测量方面的研 究成果,包括各种检测方法及其特点。简单地将这些方法分为直接检测和间接检测两大类。最后比较了这些检测方 法并对未来的研究方向作了展望。

使用粒径测量的方法,对气溶胶颗粒密度进行探索研究。利用静电分级器(DMA)选出不同迁 移粒径的单分散气溶胶颗粒;将所得的颗粒通入气溶胶飞行时间质谱仪(ATOFMS), 根据双光束粒径测量区的 飞行时间测定单颗粒对应的空气动力学粒径；由迁移粒径和空气动力学粒径间的定量关系得到球形 颗粒密度或者非球形颗粒的有效密度。在对已知化学成分和密度的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)气溶胶颗 粒进行标定实验后,运用该方法对非球形的硫酸铵、氯化钠、硝酸铵颗粒进行测量,有效密度测量结果分别为1.211 g/cm3、 1.333 g/cm3、1.039 g/cm3; 球形的橄榄油颗粒密度测量结果为0.914 g/cm3。

腔增强/衰荡吸收光谱技术,是目前应用最广泛的气溶胶光学特性原位测量方法之一,由于其原位、 实时特性,测量过程中气溶胶状态不会发生改变,测量具有代表性,近些年来已经开始作为各种仪器综合 比对实验中使用的参考标准。在经过近30年的发展后,相关技术发展日益成熟。对腔增强/衰荡吸 收光谱技术的发展及其在气溶胶光学特性测量方面的应用研究做了简要的回顾。

搭建了一台基于蓝光LED的非相干宽带腔增强吸收光谱系统, 并将其应用于NO2分子的高灵敏度痕量探测研究。在3 s采样时间下, 系统探测灵敏度为3.2×10-9 cm-1(1 σ), 对应NO2的探测极限约为187 pmol/mol。利用Allan方差对系统最佳采样时间及系统稳定性进行分析, 当采样时间延长至30 s时, 系统的探测极限可提高至44 pmol/mol。将该系统应用于实际大气中NO2的连续测量, 其测量结果与商业化NOx分析仪(Thermo 42i)进行了比对测试。

利用烟雾箱反应装置, 开展了OH自由基启动的异戊二烯光氧化生 成二次有机气溶胶(SOA)反应的研究。 用质子转移质谱仪(PTR-MS)监测反应物异戊二烯浓度、气相产物异丁烯醛和甲基乙烯酮(m/z=70)浓度随反应时间的变化; 用扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)监测二次有机气溶胶产生和生长过程;用同步辐射光电离质谱仪(SRPIMS)检 测不同反应时刻的光氧化气相产物的质谱。实验数据显示随着反应时间的增长, 异戊二烯浓度逐渐减少, 主要气相产物的浓度逐渐增加, SOA逐渐产生和增长;当异戊二烯快要消耗完时, SOA仍然继续增长。 它表明由于有机气溶胶粒子的产生, 主要的气相产物表面上发生的后续反应或者非均相反应产物对SOA的生长具有促进作用。

将Chernin型多通吸收光谱系统与光化学模拟烟雾箱系统相结合，用于烟雾箱内痕量气体的探测，系统的准确性及可靠性通过NO2的测量进行验证，NO2的探测结果与Thermo 42i型NO-NO2-NOx分析仪的测量结果呈较好的线性关系。对烟雾箱内β蒎烯/O3/SO2体系化学反应过程中SO2的摩尔分数做了在线测量，在36 m的吸收光程内，SO2的探测极限为22.2×10-9。研究结果表明，该Chernin型多通吸收光谱系统具有定量测量能力，能够用于烟雾箱内光化学反应过程中痕量成分的实时在线测量。