气溶胶新生粒子的成核和生长动力学原位谱学监测

In order to investigate the aerosol nucleation and growth mechanism, we explore the square- wave RH technique. When a square-wave RH is higher than 100%, the aerosol nucleation and then growth will take place. By rapid-scan and step-scan FTIR technique, a dynamic process of the forming new atmospheric aerosol particles and subsequently growing will be studied with the time resolution from millisecond to nanosecond. From the FTIR spectra, some information on the components, structure and amount will be gained. When a single compound and many compounds are used as seeds to reach the aerosol nucleation, FTIR spectra are recorded and analysized. Then we could use these eigen frequencies of aerosols particles to extract kinetic parameters and gain the nucleation mechanism and rules. When a square-wave RH is lower than 100%, the aerosol particles will increase in the hygroscopicity process and FTIR spectra will be measured. From FTIR data, the correlation of hygroscopicity increasing rate to aerosol structure and components can be obtained. At last, the model of aerosol nucleation and growth will be built, which will be be applied to the PM2.5 pollutions to purify the air.

以挥发性无机物和有机物分子为气体蒸发源，建立相对湿度（RH）大于100%的周期性方波发生技术，结合快速扫描FTIR或步进扫描真空FTIR技术，收集在不同的时间分辨率（秒，毫秒，微秒，纳秒）气溶胶新生粒子成核和生长动态过程的红外光谱，获得新生粒子成核和生长动态过程的结构、组成、含量等信息，探讨单一气体蒸发源和多种气体蒸发源时气溶胶新生粒子的成核和生长参数的差异，理解成核组分之间的分子间作用对气溶胶新生粒子成核和生长过程中所起的作用，探讨气溶胶的动力学形成和生长机理。建立RH小于100%的相对湿度方波发生技术，运用快速扫描和步进扫描真空FTIR技术，探讨气溶胶吸湿性增长特征与气溶胶颗粒的组成、结构之间的相互关系，建立表面传质速率控制、气溶胶体相传质速率控制的气溶胶吸湿性增长速率方程。构建气溶胶新生粒子的成核、生长模型，延伸到PM2.5污染物的研究，为大气环境的治理和净化提供可靠的理化数据。

PM2.5爆发式增长对人体的健康和大气气候都有重要影响。气溶胶新生粒子的生成和生长，低挥发性有机物的气－粒分配问题，组成物的挥发性与颗粒物的吸湿性关系以及颗粒物相态与环境湿度的关系是关键的科学问题。红外光谱是研究颗粒物的组成，相态，分子间作用等各种信息的有效技术手段。本课题采用真空红外透射，全衰减反射-傅里叶变换红外以及显微红外等各种光谱方法，控制相对湿度发生不同速率、不同方式的变化，探讨了混合气溶胶颗粒发生定量计算了在忽然压缩水蒸气的条件下，水蒸汽在不同过饱和度时的均相成核速率。开展了气溶胶颗粒随相对湿度发生物理相变以及风化过程的动力学研究工作，结合气溶胶热力学模型，进一步研究了混合气溶胶颗粒发生液－固相变行为与传质过程的相关性。通过控制相对湿度发生脉动变化，首次得到了不同相对湿度条件下，气溶胶颗粒的部分风化比例。通过二次有机气溶胶SOA的在不同湿度条件下的气-液界面反应，研究了气溶胶颗粒物在大气中的老化动力学。本课题在四年研究期间，培养了四名硕士研究生，辅助培养博士生四名，硕士研究生三名。