何为气溶胶 科普：何为二次无机气溶胶？

据中科院有关人士介绍，中科院大气物理研究所研究员张与同行合作，研究了北京大气中PM2.5化学成分的季节变化和来源分析。发现北京市可吸入颗粒物(PM2.5)有六个重要来源，即土壤粉尘。燃煤、生物质燃烧、汽车尾气和垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶。这些来源的平均贡献分别为15%、18%、12%、4%和25%

据介绍，研究人员对2009-2010年不同季节采集的121对聚四氟乙烯和应时膜的PM2.5样品进行了分析，获得了北京四季PM2.5质量浓度、29种元素、9种离子和8种有机碳和无机碳组分的数据，并探讨了北京不同季节PM2.5的主要贡献来源。

研究表明，春季沙尘天气往往对气溶胶有重要影响，秋冬季节，建筑工地的浮尘和街道的重悬尘是土壤粉尘的主要来源。煤燃烧源的贡献在冬季最大，而生物质燃烧源的贡献春季和秋季较高，冬季和夏季较低。工业污染源贡献夏季和秋季较高。由硫酸盐和硝酸盐组成的次生无机气溶胶在夏季和春季贡献最大。

研究表明，北京南部是硫酸盐、硝酸盐和铵盐等6种主要成分来源可能性最高的地区。来自北京南部的气流往往携带高浓度的二次无机气溶胶和碳质气溶胶，而西北气团则含有较多的土壤粉尘和碳质气溶胶。北京发生雾霾时，由于偏南气流，二次无机气溶胶浓度会变得很高，这可能与高湿云中强烈的非均质反应和光化学反应有关。

研究人员认为，如果将煤炭燃烧、工业污染和二次无机气溶胶三种来源结合起来，化石燃料燃烧的排放将成为北京市PM2.5污染的主要来源。北京周边省份工业生产的快速发展，会带来跨境传播的污染。要控制北京本地空空气污染，不仅要改善能源结构，还要在区域内共同防治。

这一成果已发表在国际期刊《大气化学与物理》上。参与研究的还有中国环境科学研究院、环境保护部、中国科学院地球环境研究所、北京大学和Xi交通大学。

气溶胶是液体或固体颗粒在空气体中的悬浮体系。它们可以作为水滴和冰晶的凝结核，太阳辐射的吸收体和散射体，参与各种化学循环，是大气的重要组成部分。雾、烟、霾、轻雾、尘、烟都是自然或人为原因造成的大气气溶胶。

气溶胶按来源可分为一次气溶胶和二次有机气溶胶。它们可以来自自然来源，如风扬起的细尘和尘埃、海水飞溅蒸发的盐粒、火山喷发造成的散落物、森林燃烧产生的烟尘等。它们也可以来自人工来源，如燃烧化石和非化石燃料、运输以及各种行业的烟尘。

天然气溶胶

天然气溶胶:云、雾、霾、烟、海盐等。

生物气溶胶:含有微生物或生物大分子等生物物质的粒子称为生物气溶胶，含有微生物的粒子称为微生物气溶胶。

人类产生的气溶胶

工业气溶胶:杀虫剂，消毒剂和卫生消毒剂，洗涤剂和清洁剂，蜡，油漆和发胶。

食用气雾剂:生奶油。

用来描述气溶胶粒子大小的常用术语是当量直径，它是粒子直径的可测量指标。不规则颗粒的当量直径是物理性质相同的球形颗粒的直径。

一般有空空气动力当量直径、机动性当量直径、质量当量直径、表面当量直径、扩散当量直径等。例如，空空气动力直径是与不规则颗粒具有相同单位密度的球形颗粒的直径。一般来说，半径小于1微米的颗粒大多是由气体向颗粒成核、凝聚、团聚而产生的；较大的颗粒是由固体和液体破裂等机械过程形成的。它们的结构可以是均匀的，也可以是多相的。

产生的气溶胶仍可能参与大气中的化学反应或物理过程。液体气溶胶粒子一般为球形，固体粒子形状不规则，半径为0.001 ~ 100微米。粒径范围为10-1至101微米的气溶胶在大气光学、大气辐射、大气化学、空气污染和云物理学中发挥着重要作用。小粒径气溶胶浓度受凝结限制，大粒径气溶胶浓度受沉降限制。在大气中沉降颗粒的过程中，当阻力和重力平衡时，各种颗粒的沉降速度是不同的。

青蛙陨石

所谓二次有机气溶胶，是指排放到大气中的气态或颗粒状污染物发生化学反应，形成新的大气颗粒物。换句话说，二次有机气溶胶实际上是一种独立于排放源的新产生的大气颗粒物。因此，在源分析中，二次有机气溶胶通常被单独作为污染源来研究。

二次有机气溶胶产生的光化学反应非常复杂，许多大气污染物可以参与光化学反应，反应可分为气态污染物之间的反应和大气颗粒物界面污染物之间的反应。正是因为这种复杂性，“二次有机气溶胶”才可以被视为污染物来源分析的“篮子”，任何来源的污染物最终都有可能被归入“二次有机气溶胶”的篮子。这也是为什么之前热起来的“汽车尾气”没有出现在张任剑老师的这篇论文里的原因。

根据张文的数据，二次有机气溶胶主要反映硫酸盐、硝酸盐和铵盐的贡献，也就是说，这些二次有机气溶胶可能主要是由SO2、NOx和NH4反应产生的。这三种污染物的来源众所周知，主要是燃煤和汽车尾气。因此，实际上二次有机气溶胶间接来源于煤炭燃烧、工业生产和汽车尾气，汽车尾气的贡献超过4%。

另外，多说一句，相比年初王月思老师发布的源解析数据，这一次张老师的数据缺乏有机物的解析，有些有机物往往是指示汽车尾气排放的良好“分子标记”。没有这些指标，张灿老师只是将汽车尾气贡献的一部分笼统地归为“二次有机气溶胶”。同样，被热起来的“做菜”的贡献，也无法在张老师的出处分析结果中体现出来。

其实这里要说的是，所谓的气溶胶源分析，使用指标的不同，分析方法的不同，都能在结果上造成很大的差异。所以任何关于PM2.5来源的所谓“明确”的新闻报道都是片面的，没有一个科学研究者敢说他的结果“明确”了来源。只要知道一个大概的结果，详细排放行为的贡献是不确定的，不要过度解读。更何况，本文研究的是2009-2010年初的情况，不一定和2011-2013年PM2.5被媒体热议的情况一样，这些结果就不用说了。

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所谓的二次有机气溶胶。首先是“次要”。什么是「次要」？在本文空空气颗粒物污染源分类体系中，土壤粉尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气和垃圾焚烧、工业污染作为空未经过复杂转化的空气颗粒物污染物作为“初级气溶胶”。所谓二次有机气溶胶，实际上是指发生了复杂的转化和物理化学反应，很难明确界定空气体颗粒污染物的初始来源，它实际上是由以前的“一次气溶胶”或同一来源的非颗粒污染物通过光化学反应或其他复杂方式转化而来的新的空气体颗粒污染物。

然后是“气溶胶”，颗粒小于一定尺寸，通常为100微米。液体粒子和固体粒子都会在空气体中稳定悬停，形成以空气体为分散剂的胶体状态。比如雾是由小水滴形成的近地H2O气溶胶，浮尘天气是由无机沙粒和来自土壤的灰尘形成的近地气溶胶，以二氧化硅为主要悬浮粒子。霾是由复杂污染物形成的近地面气溶胶。而云是远地表的H2O气溶胶。

在二次有机气溶胶的产生过程中，汽车尾气中的氮氧化物和煤燃烧产生的二氧化硫是参与这些复杂变化并产生二次有机气溶胶的最重要的物质来源。含硫煤和汽油、柴油燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物等气态污染物，往往会在空气体中继续氧化转化为硫酸盐和硝酸盐，成为颗粒污染物，但这些颗粒污染物不会停止转化，会吸附空气体中的水蒸气，成为小液滴，但转化仍不会停止。酸性小液滴会继续吸附其他一次和二次污染物，然后继续下去，结果燃煤、汽车和生物质燃烧产生的污染物转化为所谓的“二次有机气溶胶”。

PM2.5可形成气溶胶。然而，气溶胶不必超过PM2.5标准。气溶胶产生包括一次气溶胶和二次有机气溶胶，两者都是由液体或固体细颗粒悬浮在空气体中引起的，可以直接以气溶胶的形式产生，也可以只在后期变化时产生，而PM2.5是粒径的测量标准，小于2.5微米的都在这个标准范围内。从这个意义上说，气溶胶的产生是可能的，但从形成机理上说，粒径只是形成气溶胶。在气溶胶形成之前还需要其他因素，但PM2.5往往以气溶胶的形式出现。其实气溶胶的产生并不是单一的，总是和大量的粒子有关。从这个意义上来说，PM2.5和气溶胶并没有直接的关系，但它们往往是一起产生和出现的。

这个结论信息量很大。关于如何将“复合污染”的分析分配到各个贡献源，有很多假设性的理论，一般人可能不是很懂。但是这些数据将来很可能会改变。比如“二次无机气溶胶”的成因？还有多少来源转化为二次污染物？汽车尾气和垃圾焚烧的4%是包括全部排放，还是仅指剩余部分的转化？“一次污染物”如何产生二次有机气溶胶等许多问题都很复杂。空气污染物很多，除了一些特别稳定的化合物，在环境中基本不发生化学反应。现在的研究是在不同尺度的烟箱中进行的，成分条件可控，还远没有搞清楚。