当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第五章 颗粒污染物控制技术基础 > 5-3 化学组成和光学性质 > Video
同学们好! 今天这一讲
我们一起学习颗粒物的化学组成与光学特性
颗粒物是有着复杂化学组成的混合物
其中包括水溶性离子、有机物、元素碳、其它矿物质等
直接排放的一次颗粒物
其化学组成取决于排放源中发生的物理化学反应
例如，小麦秸秆露天焚烧排放的一次颗粒物主要是有机物
其次是氯离子、钾离子和元素碳
此外还有少量的硫酸盐、铵盐和硝酸盐
而安装了除尘脱硫设备的燃煤电厂排放的一次颗粒物
主要成分是硫酸盐和由矿质氧化物组成的飞灰
有机物的主要成分是有机碳，即OC
包括脂肪族化合物、芳香族化合物、有机酸等
元素碳，即EC，主要是含碳燃料在不完全燃烧过程中由
碳氢化合物热解而生成的产物，含有纯碳、石墨碳及焦炭等
不同颗粒物的化学组成影响其导电性和吸水性
从而影响到除尘装置的选择
大气中颗粒物同时受到不同的人为源和自然源排放的影响
因而其化学成分更为复杂
这里给出的是北京市环保局
2012-2013年测出的PM2.5的化学组成
可以看出，有机物占26%
硫酸盐、硝酸盐、铵盐分别占了16%、17%和11%
地壳物质占12%，微量元素占5%，元素碳占3%
与一次排放的颗粒物不同
大气颗粒物中的硫酸盐、硝酸盐和铵盐合称为SNA
主要来自于气态前体物向颗粒物的转化，简称气粒转化
SNA的浓度与相应的气态前体物SO2
Nox和NH3的浓度及气粒转化率有关
并受温度和湿度的影响
此外，大气颗粒物中还含有一定的地壳物质和痕量元素
已经发现的元素超过70种
这些元素多来自一次颗粒物的排放
颗粒物的化学组成也与其粒径密切相关
粗颗粒物的主要成分为无机物
与产生它的矿物、土壤等成分相近
PM2.5则主要由硫酸盐、硝酸盐、铵盐、元素碳、有机物
地壳物质、微量元素及微生物等组成
其中含有数量可观的有毒有害化学成分
这张图给出了不同化学成分的粒径分布
从图中可以看出
钠离子和氯离子主要存在于大于1微米的颗粒物上
主要来源于海水飞沫的挥发
铵盐、硫酸盐和硝酸盐在0.1至1微米处有两个峰
分别对应着冷凝生长和吸湿增长两种机理
硫酸盐、硝酸盐和铵盐的粒径分布
不仅受前体物浓度及气象条件的影响
彼此间还相互作用
它们与水一起构成了复杂的无机气溶胶体系
那么我们如何获得颗粒物的化学组成信息呢
传统的颗粒物化学组分的测量，主要采用离线方法
首先将颗粒物捕集在滤膜上，然后从滤膜上提取颗粒物
再使用离子色谱、OC-EC分析仪等仪器进行分析
得到一段时间内样品颗粒物中
某些化学组分的平均总质量或者质量百分比
近年来，大气颗粒物化学组分的实时在线监测技术
逐渐发展起来，如气溶胶质谱仪、气溶胶飞行时间质谱仪
气溶胶化学组分在线监测仪器等
这些方法的优点是时间分辨率高
可以动态跟踪大气污染状况变化的过程
现在我们来看颗粒物的光学特性
大气颗粒物对光的影响有两种不同的机理：散射和吸收
吸收指的是颗粒物将入射光的一部分能量转化为内能
使光能损耗、光强降低
而散射则是指由于颗粒物的存在
导致入射光方向改变的现象，并不会造成能量损失
从这张图中可以看出
颗粒物的散射包括反射、折射和衍射三种效应
其中影响最大的过程是衍射和双重折射
因此，颗粒物不只向前方散射光线
也可以向侧向和反向散射光线
大气颗粒物的消光作用可以用消光系数来描述
根据朗勃-比尔定律，穿过颗粒物层的光强I
与入射光强I0的比值呈指数递减的关系
其中指数项中的sigma_ext就是颗粒物的消光系数
而sigma_ext再乘以颗粒物的厚度就是吸光度
在气溶胶领域常根据习惯称为光学厚度
颗粒物的消光系数可以由折射系数计算得到
折射系数m是一个复数，实部为散射项，虚部为吸收项
当颗粒物不吸收该波长下的光时，虚部为0
这张图给出了根据Mie散射理论计算得到
的球形颗粒物理论的消光系数
从图中可以看出
颗粒物的消光特性与折射系数和粒径密切相关
除粒径外，颗粒物对光的吸收和散射还受到化学组成
混合状态以及形貌特征的影响
例如，气溶胶对可见光谱的吸收绝大部分是由
黑碳或含有黑碳的成分引起的
从这张图中可以看出，尽管颗粒物整体上降低辐射强迫
抑制全球变暖，但BC的吸光作用却削减了这种趋势
关于颗粒物的化学组成和光学特性的内容就介绍到这里
谢谢大家
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
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-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
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-6-2 旋风除尘器--作业
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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