气溶胶中有机碳及元素碳分析方法进展

大气气溶胶中的有机碳、元素碳因其独特的环境、气候效应以及对人类健康的影响而成为世界各国环境科学家共同关注的热点。其检测方法有很多,各种检测方法因实验原理不同所以实验结果也相差很大,即使是实验原理完全相同的光热法,两台不同厂家的仪器所测的元素碳结果也相差很大,差别可达 70%～80％。本文介绍了现阶段气溶胶有机碳和元素碳的各种检测方法,将其大体分为光学法和热学法(光热法)两类,分析了各种方法的优缺点并提出自己的观点,最后展望了气溶胶有机碳、元素碳的研究前景。     

PM2.5中有机碳和元素碳的研究概况

PM2.5是一种区域性复合型的大气污染物,其重要组成部分有机碳(OC)和元素碳(EC),因其独特的环境、气候效应以及对人类健康的影响而成为世界各国共同关注的热点;综述了国内外PM2.5中OC和EC的四大特征(组成及来源、粒径分布、人体健康和环境影响、样品采集与测定)的研究进展,并对OC和EC研究发展前景进行展望;考虑区域复合型污染特征,认为含碳气溶胶与其他气溶胶之间相互作用、实地观测与卫星反演预测综合研究,将是OC和EC研究的重要发展方向。     

兰州远郊区春季碳气溶胶的质量浓度特征

 为探讨春季沙尘(暴)期间兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)碳气溶胶的变化特征, 2012 年5 月17-26 日于SACOL 站采用石英膜收集PM₁₀样品, 利用DRI-2001A 热/光碳分析仪测量元素碳(EC)和有机碳(OC)的质量浓度。结果显示, 沙尘(暴)是导致OC、EC 质量浓度增大的主要因素。采样期间EC、OC 和总碳(TC)的平均质量浓度分别为2.71、11.26 和13.97 μg/m³。进一步分析显示, 沙尘(暴)期间兰州城区碳气溶胶污染逐渐加重主要受本地源的影响。PM₁₀中OC 和EC 的相关系数达到0.94, 揭示SACOL 站OC、EC 的来源相对一致。OC/EC 的均值为5.05, 表明春季SACOL 站PM₁₀中碳气溶胶存在二次污染。二次有机碳(SOC)的质量浓度为3.37 μg/m³, 为OC 的29.9%。结合考察周边环境, 分析表明SACOL 站春季碳气溶胶的主要来源是直接污染源, 来自周边环境中的燃煤以及机动车尾气排放。对碳气溶胶8 种组分的因子分析结果也表明, 周边环境的燃煤和机动车尾气排放是春季SACOL 站碳气溶胶的主要贡献源。     

万州城区PM2.5中有机碳与元素碳污染特征

为了解重庆万州区PM2.5中碳质气溶胶的污染特征，于2012—2013年分4个季节采集了 PM2.5样品，并分析了其中有机碳（OC）和元素碳（EC）的浓度。结果显示，在采样期间，万州区 PM2.5中 OC 和 EC 的年平均质量浓度分别为 29.72 μg·m-3和 8.42μg·m-3，OC和 EC浓度之和占到 PM2.5中 27.25%。OC浓度的季节变化趋势由高到低分别为冬季、秋季、春季和夏季，EC在冬季浓度最高，其他季节浓度变化不大。OC和 EC在 4个季节都有较好的相关性（r为 0.67~0.84），其中，冬季相关性最高（r=0.84），秋季相关性(r=0.67)最差，这与污染物来源复杂有关。应用 OC/EC比值法对二次有机碳（SOC）进行估算，SOC年平均浓度为 13.79 μg·m-3，占 OC含量的 46.72%，冬季 SOC的浓度远高于其他季节，冬季较高的 OC排放及较低的大气扩散能力利于碳气溶胶中 SOC 的生成。
     

中国碳气溶胶时空分布与辐射强迫的数值模拟

为了更好地了解我国区域碳气溶胶,利用意大利国际理论物理中心ICTP(International Center forTheoretical Physics)的气溶胶资料和区域气候模式R egCM 3对2000年我国碳气溶胶时空分布与辐射强迫进行了数值模拟。结果表明:我国碳气溶胶主要分布在黄河以南、青藏高原以东的广大区域,且柱含量分布具有明显的季节性。春季最大,冬季次之,夏季最小;除东部沿海等少数地区外,碳气溶胶大气顶辐射强迫在全国绝大部分地区符号均为正,而地表辐射强迫符号为负。各单种气溶胶之间存在复杂的相互作用,研究综合气溶胶分布和气候效应时,不能简单地将各单种气溶胶的作用进行叠加。     

简单烷基碳负离子稳定性讨论

本文根据核磁共振谱测定结果和一些实验事实，并结合影响碳负离子稳定性的因素分析表明，简单烷基碳负离子的稳定性顺序不是：Ｃ↑－Ｈ３〉ＣＨ３Ｃ↑－Ｈ２〉（ＣＨ３）２Ｃ↑－Ｈ〉（ＣＨ３）３Ｃ↑－而是：（ＣＨ３）３Ｃ↑－〉（ＣＨ３）２Ｃ↑－Ｈ〉ＣＨ３Ｃ↑－Ｈ２〉Ｃ↑－Ｈ３。     

2003年秋冬季西安大气中有机碳和元素碳的理化特征及其来源解析

2003年9月至2004年2月在西安站点开展了大气PM2.5和PM10中碳气溶胶的连续观测,并采集了三类主要污染来源样品(燃煤,机动车尾气和生物质燃烧)进行对比分析,采用IMPROVE-TOR方法准确地测量了样品的有机碳(OC),元素碳(EC)及其中的8个碳组分含量.西安秋季和冬季大气PM2.5中OC的平均含量ρOC分别为(34.1±18.0),(61.9±33.2)μg·m-3,EC的平均含量ρEC为(11.3±6.9),(12.3±5.3)μg·m-3.OC和EC均主要赋存于PM2.5粒级中.秋季OC和EC的相关性好(R2＞0.90),冬季一般(R2=0.66).总碳气溶胶在秋季PM2.5中占(48.8±10.1)%,在冬季也达到了(45.9±7.5)%.所有观测日的ρOC/ρEC比值均大于2.0,秋季PM2.5中ρOC/ρEC平均为3.3,冬季为5.1,这可能主要与直接排放来源有关.由碳气溶胶的8个碳组分数据,采用绝对主分量分析获得了主要排放来源对总碳的贡献份额,即秋季汽油车尾气占73%,柴油车尾气占23%,生物质燃烧占4%,而冬季燃煤占了44%,汽油车尾气占44%,生物质燃烧占9%,柴油车占3%.     

南黄海胶体有机碳和溶解有机碳的分布

利用切向超滤技术对胶体有机碳（ＣＯＣ）进行了有效分离,利用紫外／过硫酸钾法分别测定南黄海溶解有机碳（ＤＯＣ）和ＣＯＣ的浓度。测定结果：南黄海表层水ＤＯＣ的平均含量为３４０．０μｍｏｌ／Ｌ;ＣＯＣ的浓度变化为３０．２－１２５．０μｍｏｌ／Ｌ,在ＤＯＣ中所占的比例平均为３０．９％,最高可达５６．６％,结果表明,ＣＯＣ在有机碳的生物地球化学循环中起着重要作用;真溶解态有机碳（ＵＯＣ）和ＣＯＣ之间的非相关     

碳陶瓷复合材料抗氧化性能研究

将ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ等碳化物陶瓷粉末与碳粉混合，采用热压烧结工艺制备碳陶瓷复合材料。对碳质量分数ｗＣ分别为０．１，０．２，０．３，０．４，０．５的５种碳陶瓷复合材料，在８００℃、１０００℃和１３００℃高温空气中的氧化性能进行了研究。结果表明，碳陶瓷复合材料在ｗＣ＜０．２时，抗氧化性很好；在ｗＣ＞０．３时，氧化速率加快。氧化后试样表面的ＸＲＤ谱和ＳＥＭ下的微观结构研究表明，氧化过程中碳陶瓷复合材料晶粒表面形成了ＳｉＯ２和Ｂ２Ｏ３固溶体薄膜，阻止了材料的进一步氧化。     

C60碳笼分子的结构和性质

本文介绍了新近发现的Ｃｎ碳原子簇分子中的Ｃ６０碳笼分子，讨论了它的结构，性质和反应。     

C60及碳原子团簇的晶体结构

阐述了Ｃ６０的价键结构、晶体结构和对称性，Ｃ６０碳原子团簇固体的晶体结构以及布基管与布基球的关系。     

碳分子和布基球的结构和结合能

本文根据碳原子系统的经验性模型势，通过优化总能量，系统地计算了碳小分子Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５的结构，结合能，键长和基频，并和其它模型势结果及可靠的文献值进行比较，明确了各模型势的适用范围．同时本文还计算了各种单层布基球Ｃ６０，Ｃ２４０，Ｃ５４０，Ｃ９６０，以及多层布基球Ｃ６０＠Ｃ２４０，Ｃ６０＠Ｃ２４０＠Ｃ５４０的结构和结合能，总结了其键长的变化规律，结果表明：单层布基球的单键（长键）随其尺寸的增大而减小，而其双键则随尺寸的增大而增大；单键和双键均随尺寸的增大而光滑连续地趋于相应的单层石墨的键长。而对于多层布基球，外层原子的键长相对于孤立情形基本保持不变，而内部各层的键长则相对于孤立情形有显著的增加。     

配体行为与四面体碳烷的稳定性

对典型的多面体碳烷系列体系Ｃ＿４Ｈ＿４、Ｃ＿６Ｈ＿６、Ｃ＿８Ｈ＿８、Ｃ＿（１０）Ｈ＿（１０）、Ｃ＿（２０）Ｈ＿（２０）、Ｃ＿４（ＣＨ＿３）４、Ｃ＿８（ＣＨ＿３）８、Ｃ＿（１０）（ＣＨ＿３）＿（１０）和四面体碳烷系列体系Ｃ＿４Ｈ＿４、Ｃ＿４Ｌｉ＿４、Ｃ＿４Ｎａ４、Ｃ＿４Ｃｌ＿４、Ｃ４Ｆ＿４、Ｃ＿４（ＣＨ＿３）、Ｃ＿４（ｐＨ＿３）＿４、Ｃ＿４（ＰＣｌ＿３）＿４、Ｃ＿４（ＰＦ＿３）＿４，本文用量子化学中的ＣＮＤＯ／２计算方法，进行了相对的电子结构研究和比较。结果表明，具有“给体行为和”受体行为的配体，有助于级解四面体碳骨架特有的紧凑张力，从而提高相应的四面体碳烷分子的稳定性。     

碳团簇的制备与分析

采用石墨电极放弧法，制备了金属掺要的富勒烯样品，提出了放弧阳极阳棒ＧＩＣ处理方法，并对样品进行了飞行时间质谱的测量，结果表明，在ＺｎＯ＾＃样品可能存在的ＺｎＣ３０，且含量较高Ｚｎ元素在放弧过程中对Ｃ２ｎ系列团簇的产生有较强的催化作用，元素的化学态对催化作用有一定的影响。     

Cr5Mo钢管异种接头中碳迁移的研究

研究了Ｃｒ５Ｍｏ异种钢焊接接头在５００℃温度下长期运行后接头中各微区的组织变化、碳迁移后增碳层的变化规律。试验结果表明，焊态下无增碳层，运行后出现增碳层并依运行寿命的延长，增碳层中碳化物数量逐渐增多，碳化物颗粒变化大，并分布在含有较多位错线的板条铁素体基体上，对基中的Ｃｒ，Ｃ元素的分丰及含量进行了测定。接头的强度、硬度随碳迁移的增多无明显的变化。对接头微区的电极电位测量后，认为对接头的寿命无大影响     

射频溅射制备碳氮薄膜及其结构分析

报道了用射频等离子体溅射的方法在高阻单昌硅衬底上制备碳氮非晶薄膜，并利用拉曼光谱和红外吸收谱对其进行的结构分析研究。分析结果表明该膜中氮主要以Ｃ≡Ｎ，Ｃ＝Ｎ键形式与碳结合。     

可同化有机碳测定方法探讨

研究了以３种不同接种方法测定水中可同化有机碳（ＡＯＣ）,结果显示,混合接种法所测结果较接近实际值,分别接种法结果明显高于实际值,依次接种法可能存在Ｐ１７（荧光假单胞菌,Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｆｌｔｏｒｅｓｃｅｎｓ）溶解、释放细胞中有机物所至的ＡＯＣ偏高问题。依次接种法有时存在巴氏消毒不能完全杀灭Ｐ１７,从而干扰ＡＯＣ－ＮＯＸ的测定;混合接种法缩短了实验时间,简化了操作步骤,当１个平皿中Ｐ１７和Ｎ     

全碳分子C60电弧法合成工艺及其机理

对电弧法合成全碳分子Ｃ６０（简称Ｃ６０）的工艺及机理进行了研究通过实验，发现气体种类、压力等因素对Ｃ６０产率有明显影响．给出了获得高Ｃ６０产率的氢气压力区域为１０×１０４～１３×１０４Ｐａ在电弧法合成Ｃ６０的机理方面讨论了电弧中电子及气体原于在形成Ｃ６０分子过程中的作用．     

重油和沥青中芳香碳的定量估计

采用＾１Ｈ－ＮＭＲ和＾Ｓ１３Ｃ－ＮＭＲ谱，结果元素分析等数据，估计了重油和沥青中各种类型芳香碳，建立了较完整的表征方法。在模型混合物核磁共振谱基础上，指定＾１３Ｃ－ＮＭＲ谱中１２９．５～１５０（ｐｐｍ）＋１２３．５～１２６（ＰＰｍ）／３谱带作为非质子芳碳。模型混合物较核表明，用本方法估计的桥头芳碳和环烷并芳碳与实际值吻合良好；估计的四种Ａｌｂｅｒｔａ沥青样品的各种类型芳碳，其结果与Ｓｔｒａｕｓｚ化     

富勒——Cn碳笼分子命名的词源

Ｃｎ碳笼分子又称巴基米斯特富勒烯、富勒烯等，是根据这类分子结构与美国建筑师、工程师理查德．巴基米斯特．富勒设计的穹顶建筑结构相似，由该建筑师的名字演变而来。