颗粒物中硫、铝、硅和钙的形态解析

图19-3和图19-4分别展示了沙尘暴当天最强时段的气溶胶样品和沙尘暴减弱后当天夜里的样品中S的XPS谱图及对应的计算机拟合谱。S2p的电子结合能在170 e V附近。逐一对5个样品中S的XPS谱进行拟合分峰后，再对照XPS谱峰手册，得到每个样品颗粒物表面S的不同存在形态及其相应的相对组成。表19-2详细列出了S在不同类型颗粒物样品表面的含量、不同存在形态及相对组成。表19-2清楚地显示了各类型颗粒物表面S的存在形态主要为各种硫酸盐，如19.2中所述的有Fe2（SO 4）3、FeSO 4和（NH 4）2 SO4，此外还有Na2 SO4、MgSO4或Al2（SO4）3等。

图19-3　2002年3月20日15∶00—18∶00 TSP气溶胶样品中S的XPS谱和计算机拟合谱

图19-4　2002年3月20日23∶00—02∶00 TSP气溶胶样品中S的XPS谱和计算机拟合谱(www.xing528.com)

表19-2　S在不同类型颗粒物样品表面的不同存在形态及组成

由表19-2可见，在北京常日非沙尘暴颗粒物表面的S含量为1.0%，而在3月20日北京沙尘暴当天夜间的颗粒物表面S含量，比常日还要高，为1.3%。内蒙古地区常日气溶胶表面S含量为0.4%，比北京沙尘暴样品和常日样品都要低得多。内蒙古地区受污染较小，所以表面含S比较低，北京常日非沙尘暴颗粒物表面可能更多地为污染物所覆盖，所以S含量比较高。在北京沙尘暴颗粒物表面上，存在着比常日颗粒物更大量的S，可见远距离传输来的矿物气溶胶的碱性表面，更大程度地吸附了本地污染气团中的含硫化合物（如SO 2气体等），并促进其在颗粒物表面转化生成硫酸盐。沙尘暴颗粒物表面的S，大多存在于硫酸盐中，这一事实有力地支持了沙尘暴颗粒物表面发生了含硫化合物的气-固转化反应和高价铁与低价硫之间的复相反应的理论假设。

按类似方法可以处理其他有关的元素。受篇幅的限制，本章只展示上述具典型意义的谱图，略去以下所述的相关谱图。Al的电子结合能大体上位于80 e V，所采集的各类样品表面的Al大多以Al2 O3的形式存在。Ca的结合能位于350～360 eV。Ca有2个峰，分别是2p 3／2和2p 1／2，结合能高的那个峰是2p 1／2，手册上Ca的2p3／2和2p1／2峰间差值是3.6 e V，正好和两峰差值相吻合。校正后的CaO是346.7 e V左右，CaCO 3是346.9 eV，Ca（NO3）2是348.7 e V，CaSO4是348 eV，CaSiO 4是347 e V。根据拟合谱图，Ca在这些颗粒物表面的主要存在形态是Ca O、CaCO 3、CaSO 4、Ca（NO 3）2等。Si主要以单一的SiO 2形式存在，在北京沙尘暴当日的颗粒物表面含量高达4.7%，夜里高达6.2%；而在常日颗粒物样品表面的含量要低得多，北京为1.9%，内蒙古为1.8%。显然，因为在沙尘暴期间大风席卷来大量的矿物气溶胶，造成Si在表面的含量大大高于常日样品。