大气中悬浮颗粒物的形态和化学性质

在大气悬浮颗粒物的性质中，物理、化学方面的特征与其产生结构和生成过程有着紧密的联系。如图1.1.6所示，颗粒物可以分为3个粒径范围。最小的粒径称为爱根核模态，其生成过程分为两种：一是在排放源中，高温气体在排放后直接冷却，凝结生成；二是气态成分通过化学反应转化成低挥发性物质后凝结而成。

中间粒径的粒子为积聚模态。大气中的硫氧化物、氮氧化物和烃类化合物等通过化学反应转化成低挥发性物质后，可以通过自身的成核作用，或在已有粒子上的凝聚来完成气态向颗粒态的转化，并进而逐渐碰并生成更大的粒子。

粒子在这个粒径范围内的扩散系数很小，几乎不会受到扩散吸附作用的影响。同时，由于粒子质量也很小，几乎不会受到重力沉降的影响，所以降水冲刷是其在大气中的主要去除过程。因此，降水的有无对悬浮粒子存在的时间长短有很大影响，而悬浮粒子在大气中的滞留时间可能会长达数日到两周。在这一过程中，粒子在大气中不断聚积，称之为聚积区。那些粒径约为2μm以上的较大粒子，是通过海水浪花中的水分蒸发或是由土壤颗粒等块状体的破碎等物理作用生成的，这部分粒子被称为机械性生成粒子。一般情况下，伴随着高温蒸气的冷却或向低挥发性物质的转换，由过饱和蒸气压凝缩生成的微小粒子呈现球形。而粗大粒子中有一些会呈现类似海盐粒子那样的结晶状，也有一些会是类似土壤颗粒或金属磨耗粉末等表面凹凸不平的粒子。由于生成过程不同，粒子的大小、形态以及在大气中存在的时间长短也不同。通常，粒径越小，扩散系数就越大，所以越容易互相吸附，继而不断碰并变大。此外，表面积（S）和体积（V）的比（S/V）也会随着粒径的增大而减小，此时气态物质便很难沉积在粒子上。气态物质在凝缩作用下会形成球形的粒子，但另一方面，因海水的水分挥发而形成的结晶状粒子，以及块状物质破碎、磨损形成的微粒化土壤颗粒等矿物性粒子则并非球形，而大多是不定形。这些粒子的形状可以反映其各自的生成过程。

虽然由气体凝结生成的粒子通常都是球形，但如图1.1.7^13）所示，柴油燃烧生成的颗粒则是锁状的混合体，并且周围还吸附着有机化合物与硫酸盐。同时，从有机粒子到金属粒子，不同粒子密度的范围很广。因此，事实上空气中存在着各种各样的非球形粒子和密度不同的粒子。但是，为了表现颗粒物的特性，通常在理论上假定粒子为密度近似于1g/cm³的球形。(www.xing528.com)

图1.1.7 柴油机排放粒子的形态图（Wolff等人，1986）^13）