燃煤颗粒物三模态的有效识别

为有效识别燃煤颗粒物模态, 提出了一种新的基于Al元素粒径分布的识别方法, 结果证明燃煤颗粒物实际上呈三模态分布, 而非传统的双模态分布. 分析表明超细模态产生于无机物的气化-凝结过程, 粗模态主要由熔融矿物的聚合形成, 而中间模态主要由气态组分在细小残灰颗粒上的异相冷凝/反应生成. 对S元素粒径分布的研究进一步证明了Al元素粒径分布在燃煤颗粒物三模态识别中的合理性和有效性. 研究表明利用Al元素粒径分布不仅能有效识别颗粒物三模态, 而且能准确地定义各模态的分界粒径, 比常用的质量或体积等粒径分布具有更大的优越性, 为深入揭示颗粒物的形成机理及其物化特性表征提供了新的研究思路.     

上海市灰霾天大气颗粒物浓度及富集元素的粒径分布

利用电称低压冲击仪(electric low pressure impactor,ELPI)在线监测上海市灰霾天和非灰霾天大气颗粒物浓度的粒径分布,并收集0.03～4.4μm粒径段的大气颗粒物.用同步辐射X荧光分析其中K,Ca,Ti,Mn,Cr,Ni,Cu,S,Cl,Zn,As,Pb和Fe等13种元素的粒径分布特征;以Fe为参比元素,根据富集因子定性确定各元素在灰霾天和非灰霾天的污染特征.结果显示,大气颗粒物的质量浓度在灰霾天显双模态结构,在非灰霾天显单模态结构;灰霾天大气颗粒物的粒子数浓度在0.07～0.3μm粒径段内出现明显的峰值.K,Ca,Ti,Cl,Mn,Cr,Zn,As,Pb在非灰霾天显单模态结构,在灰霾天除了K仍显单模态结构外,其余均显双模态结构;Ni,Cu和S在非灰霾天显双模态结构,在灰霾天除Ni出现三模态结构外,仍显双模态结构,但3个元素峰值在非灰霾天和灰霾天变化明显.K,Ca,Ti的富集因子在非灰霾天和灰霾天均为1左右,Mn,Cr的富集因子也小于10,表明K,Ca,Ti,Mn和Cr来自自然源;Cl,Pb,As,Ni,Cu,S,Zn的富集因子在非灰霾天和灰霾天均远大于10,且Ni,Cu,S,Zn的富集因子在灰霾天明显大于在非灰霾天的值.     

微量元素在植物中的生理作用及其在农業实踐上的意义

引言植物在正常生命活动中需要許多元素。早在1851年Salm-Horstman已經采用沙基培养的方法,証明燕麦需要N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Si、Mn等元素才能生长正常。1860年Sachs及Knop又分别用溶液培养的方法研究了植物需要的元素,他們的結     

沙尘暴颗粒物表面的元素存在形态和组成

对北京沙尘暴期间和北京及沙尘暴源区内蒙古多伦地区常日气溶胶颗粒物进行了X射线光电子能谱(XPS)表面元素化学形态表征. 颗粒物表面铁主要以氧化物、硫酸盐、硅酸盐、FeOOH的形式存在, 还有部分附着、粘附在SiO2, Al2O3颗粒上. 颗粒物表面的硫主要以硫酸盐存在. Al, Si主要以Al2O3, SiO2的形态存在. 最重要的发现是在沙尘暴高峰过后的当天夜里和第二天, 颗粒物表面以二价铁形式存在的FeS和FeSO4高达44.3%和45.6%, 而以三价铁形式存在的Fe2(SO4)3由沙尘暴高峰期间的67.1%降为49.5%和48.0%. S和Fe在颗粒物表面都相对富集. 沙尘暴颗粒物整体样品中的Fe(Ⅱ)占总铁的1.3%~5.3%. 这些数据提供了气溶胶长距离传输中铁-硫耦合机制的重要证据, 进一步证实了沙尘暴对全球环境变化可能的重要影响.     

2002年北京特大沙尘暴的理化特性及其组分来源分析

2002年3月北京发生了有历史记录以来最大的沙尘暴, 总颗粒物浓度高达10.9 mg·m^-3, 高出国家颗粒物污染标准54倍. 主要地壳源元素Ca, Al, Fe, Mg, Na, Ti等高达平日的30~58倍. 污染元素Zn, Cu, Pb, As, Cd, S比平时高出几倍至近十倍. 其中Pb, As, Cd, S在PM2.5中富集系数分别高达12.7, 29.6, 43.5, 28.4, 这些污染物部分来自于沙尘暴长距离传输过程中矿物气溶胶与沿途污染源排放的污染气溶胶的混合. 污染物增加的另一原因是沙尘暴入侵气团和北京当地污染气团之间的交汇叠加. 沙尘暴中PM2.5细粒子占TSP的30%左右, 污染物在PM2.5细粒子中的浓度占TSP总浓度的45%~69%. 各种污染物在沙尘暴过后普遍增加, 证明了沙尘暴带来的大量矿物气溶胶尤其是其中的细粒子有利于污染物的转化和积聚. 在此次特大沙尘暴中再次检测出高浓度Fe(Ⅱ), 为大气和海洋体系中的铁硫耦合反馈机制提供了新证据. 污染物组分的成倍增加和Fe(Ⅱ)的增加, 都说明了沙尘暴是影响全球生态环境变化的重要因素.     

低硫柴油直喷燃烧超细颗粒排放特性研究

对比研究了燃用普通柴油和低硫柴油其排气超细颗粒数量浓度分布及化学成分特征. 结果表明, 相对于燃用普通柴油, 燃用低硫柴油其排气总颗粒质量浓度略有降低, 而数量浓度显著降低, 且降幅随负荷和转速增大. 燃用普通柴油和低硫柴油其排气微粒数浓度粒径分布曲线形状基本相似, 同一测试工况下, 相对于燃用普通柴油, 燃用低硫柴油其排气积聚模态微粒数量浓度变化较小, 而核模态微粒排放显著降低. 发动机排气微粒主要由C, O, Cl, S, Si, Ca, Na, Al, K元素组成, 燃用普通柴油和低硫柴油其排气微粒元素组成基本相似, 但燃用低硫柴油排气微粒中没有发现S元素. 排气微粒中挥发性有机物(SOF)主要成分有饱和烷烃(碳原子数为C15~C26)、有机酸酯和多环芳烃等. 燃用低硫柴油时微粒采样中未发现多环芳烃.     

苏北油田区植物微量元素地球化学特征及其对遥感光谱特性的影响

分析了苏北油田4个剖面植物叶中的17种微量元素,测量了植物可见－近红外光谱,通过油、气遥感异常区内外的比较,研究了油、气异常区植物微量元素的组成和富集特征及其对植物可见－近红外光谱特征的影响．结果表明：植物叶对Mg,Ca,K,Na,Fe,Al,Mn,V,Zn,Cu和Cr等微量元素有很强的富集能力．油、气异常区内植物叶富集铁系元素,亏损碱金属和碱土金属元素．植物微量元素对“蓝移”强度及可见光区反射率的影响较大,Fe,Co与K,Na,Cd,Cu,Ba间的比值是本区较好的植物微量元素遥感指矿因子．     

Ca与共轭聚合物P3HT界面处的电子结构和化学反应

运用自旋涂膜(spin-coating)技术在清洁的Si片衬底上制备出共轭聚合物(regioregular poly(3-hexylthiophene), rr-P3HT)薄膜样品, 利用同步辐射光电子能谱(SRPES)结合常规X射线光电子能谱(XPS), 原位观测金属Ca在rr-P3HT表面沉积过程中的化学反应与界面电子结构. 发现在Ca沉积过程中, Ca不仅引起rr-P3HT能带弯曲, 而且选择性地与rr-P3HT中的S元素发生化学反应, 而与C元素没有明显的化学反应. 同时, 通过对Ca/rr-P3HT界面的价带和二次电子截止边变化的考察, 获得了Ca/rr- P3HT界面清晰的能级排布图像.     

同步辐射X射线荧光微探针用于骨质疏松股骨头切片元素分布的研究

使用同步辐射X射线微探针技术对正常和骨质疏松股骨头切片元素浓度分布进行扫描测量。详细介绍了切片样品的制备和扫描实验装置,获得了Ca,P,K,Fe,Zn,Sr和Ｐb等元素在股骨头切片组织中（包括软骨、密度骨和松质骨）的精细分布ＣＴ成像,结合Ca与P,K,Zn和Sr等元素的相关性统计,探讨了骨矿物质流失途径和元素对维持正常骨结构的生理功能。     

混煤燃烧对颗粒物生成特性的影响

燃煤过程中产生的细微颗粒物, 因严重威胁到人类的健康, 其生成和控制受到越来越多的关注. 混煤燃烧被认为是一种可有效减少电厂燃煤过程中细微颗粒物生成的控制手段. 将具有不同矿物组成的褐煤和烟煤进行不同混合比例(9:1, 7:3, 5:5, 3:7, 1:9)和不同燃烧气氛下(O₂/N₂和O₂/CO₂)的沉降炉燃烧实验, 通过对其燃烧生成的颗粒物进行质量粒径分布、生成浓度、元素组成和形貌成分等分析, 研究了不同燃烧气氛下混煤燃烧对颗粒物生成特性的影响. 煤粉燃烧生成的颗粒物由具有13级粒径分级功能的低压撞击器(LPI)进行收集. 研究结果表明, 两种实验煤粉混合燃烧后, PM1的生成相比于通过两种单一煤种加权平均得到的计算值有不同程度的减少, 说明来自不同煤种的矿物之间的交互作用抑制了燃煤过程中PM1的生成. 煤粉混合比例对PM1生成的抑制程度有重要影响, 在本实验研究中, 当褐煤与烟煤的混合质量比为7:3时, PM1的生成所受抑制程度最大. O₂/CO₂气氛对混煤燃烧过程细微颗粒物的生成特性有影响, 相比于O₂/N₂燃烧气氛, O₂/CO₂燃烧气氛下, 混煤燃烧后矿物交互作用减弱, PM1的生成所受抑制程度下降. 与计算值相比, 混煤燃烧后PM1中的Ca, Fe元素生成浓度和质量百分数均减少, 而PM₁₀₊中Ca, Fe, Si, Al元素生成浓度增多, 烟煤中所含的大量硅铝酸盐与褐煤燃烧过程中生成的含Ca, Fe等细颗粒物的交互作用是混煤后PM₁生成减少的主要途径.     

化学风化作用中的微量元素地球化学--以江西龙南黑云母花岗岩风化壳为例

对江西龙南黑云母花岗岩风化壳中常量元素、微量元素和REE的含量、分布及迁移规律的研究发现: 风化过程中的主要矿物学变化为长石→蒙脱石,伊利石→高岭石,埃洛石→硅铝土. 活动性元素为Na, Ca, Si, P, V, U, Sr, 而Ti, Al, Fe, Sc, Th, Zr, Hf保持稳定. 除Zr/Hf, Nb/Ta, Th/Sc, Zr/Nb和Sm/Nd外,其他微量元素比值都发生了变化. REE和Y在剖面内重新分布,风化样品稀土配分模型在继承母岩特征的同时,发生了一系列分异. 总体而言,化学风化程度是影响风化剖面中矿物成分、主要和微量元素含量、分布的关键因素,在根据沉积物矿物和微量元素分布研究源区特征时,应充分考虑到源岩化学风化的程度.     

2000年我国沙尘暴的组成、来源、粒径分布及其对全球环境的影响

沙尘暴期间总颗粒物高达约6000μg.m^-3,比平日高近30倍,主要污染源元素As,Sb,Se的富集系数比平日更高,主要污染不仅来自于北京局部地区,而且来自于其长距离传输过程中的区域污染源,污染源元素Pb,Zn,Cd,Cu相比于平日富集系数下降,主要来源于北京地区自身Al,Fe,Sc,Mn,Na,Ni,Cr,V,Co等9种元素的富集系数均接近于1,主要来自于地壳源。S在沙尘暴中含量高达10μg.m^－3,比平常高出4倍,主要来源于长期传输过程中由气体到气溶胶的转化。沙尘暴饮食包含有大量的细粒子,粒径小于2．1和9．0μm的部分分别占总量的16．1％和76．9％,值得注意的是在沙尘暴中检测出Fe(Ⅱ）,Fe（Ⅱ）为大洋表层水带去可供生物吸收的营养元素Fe,从而导致表层生物二甲基硫排放的增加,大气中的铁和硫的相互耦合及其正反馈过程是值得进一步探讨的影响全球气候变化的重要机制之一。     

化学风化作用中的微量元素地球化学——以江西龙南黑云母花岗岩风化壳为例

对江西龙南黑云母花岗岩风化壳中常量元素、微量元素和REE的含量、分布及迁移规律的研究发现: 风化过程中的主要矿物学变化为长石→蒙脱石,伊利石→高岭石,埃洛石→硅铝土. 活动性元素为Na, Ca, Si, P, V, U, Sr, 而Ti, Al, Fe, Sc, Th, Zr, Hf保持稳定. 除Zr/Hf, Nb/Ta, Th/Sc, Zr/Nb和Sm/Nd外,其他微量元素比值都发生了变化. REE和Y在剖面内重新分布,风化样品稀土配分模型在继承母岩特征的同时,发生了一系列分异. 总体而言,化学风化程度是影响风化剖面中矿物成分、主要和微量元素含量、分布的关键因素,在根据沉积物矿物和微量元素分布研究源区特征时,应充分考虑到源岩化学风化的程度.     

同步辐射X射线荧光微探针用于骨质疏松股骨头切片元素分布的研究

使用同步辐射X射线微探针技术对正常和骨质疏松股骨头切片元素浓度分布进行扫描测量. 详细介绍了切片样品的制备和扫描实验装置, 获得了Ca, P, K, Fe, Zn, Sr和Pb等元素在股骨头切片组织中(包括软骨、密质骨和松质骨)的精细分布CT成像, 结合Ca与P, K, Zn和Sr等元素的相关性统计, 探讨了骨矿物质流失途径和元素对维持正常骨结构的生理功能.     

生命必要元素

元素的宇宙丰度分布图型,可以用星球里发生的已知核反应途径来解释。H、C、N、O、Na、Mg、P、S、Cl、K和Ca,这十一种原子量很轻的元素构成生命物质的大部分组分。它们属于周期表中原子序数最低的20个元素,同时也是宇宙中最丰富的元素。生命非必要的轻元素,除了惰性气体之外,就是Li、Be、B(硼对某些植物是必需的)和Al。另外许多元素也确认是必要的,例如F、Si、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Se、Mo、Sn和I,对温血动物是必需的。大部分必要的微量元素是d轨道未填满的过渡族金属。原子序数大于碘(I=53)的39个元素,已经表明没有任何生理学上作用。发生在远古时代的海洋微生物灭绝一事中,微量元素可能起了重要作用。有明显证据表明,大量动物群灭绝与地球磁极颠倒存在着伴随关系。我们提出了一种机理,用它可以解释地磁场对物种灭绝的影响。同时也认为生命必要的微量元素的浓集因子与磁场有关。     

硫化氢、甲烷、氮与水混合物的前生物合成——H_2S在化学进化中作用

J.M.Grecnberg研究星际空间的化学进化提出,星际介质化学活性元素按其丰度分成三组1.H;2.O、C、N;3.Mg、Si、Fe、S.认为硫虽丰度不高,却是星际空间合成有机分子所必需的。在星际气体     

热液管状蠕虫的早期矿化机制及微生物在矿化过程中的作用

热液喷口动物群是现代海底热液体系的重要组成部分, 它们依赖于热液无机环境生存, 与无机环境之间存在着密切的相互作用, 并可参与现代热液点的成矿过程. 热液喷口动物群(特别是Vestimentiferan和Polychaete管状蠕虫)矿化后的产物常以化石的形式保存于各时代的地质体中. 开展热液大型动物的早期矿化过程研究, 对于理解热液环境中矿物与生物的相互作用以及地质化石的形成和保存机制具有重要的意义. 以胡安·德富卡洋脊热液场中采集的管状蠕虫Vestimentiferan Ridgeia piscesae为对象, 对它的早期生物矿化特征和机制进行了研究. 研究表明, 大量的丝状微生物不均匀地分布在Ridgeia piscesae管状蠕虫的内壁表面和壁内空隙层中, 并在一些部位形成微生物薄层. 微生物细胞表面和降解后的产物在管状蠕虫矿化早期起着重要的作用. 在矿化程度较低的管状蠕虫管壁, 普遍发现有半透明的含硫有机质薄层和球粒状颗粒硫的存在. 这种含硫有机薄层的降解产物在管状蠕虫早期矿化过程中的作用可能同样不容忽视. 微区化学分析表明, 管状蠕虫管壁对成矿元素的富集具有选择性, 主要从周围热液环境中富集Fe, P, Ca和Si等元素, Fe与P, Ca和Si等元素具有共变关系. 由于S主要来源于管状蠕虫组织体中共生微生物对H₂S的生物氧化的作用, 它可作为研究管状蠕虫管壁矿化过程的一种很好的生物标志物. 根据不同矿化程度管状蠕虫的矿化特征, 提出管状蠕虫的早期矿化过程主要受微生物诱导生物矿化作用和管壁降解生物矿化作用控制.     

降雨期间岩溶地下水化学组分的来源及运移路径

对降雨期间重庆青木关岩溶地下水系统出口姜家泉的水物理化学动态变化进行监测,获取高分辨率的数据,运用主成分分析法探索岩溶地下水化学组分的来源;结合水物理化学数据的变异系数,探讨化学组分在岩溶含水层中的运移路径.结果表明,水-岩作用和农业活动,以及水土流失是研究区岩溶地下水化学组分的主要来源.K+,Na+,NO3,Cl和PO43等离子从地表输入后,与碳酸盐岩溶解产生的Ca2+,Mg2+,Sr2+和HCO3等一并存储于裂隙、孔隙和溶隙等岩溶非饱和带中,受岩溶非饱和带的调蓄.这些离子在降雨期间随扩散流补给地下河,其浓度较为稳定,变异系数低.而全Fe、全Mn和Al3+等未经岩溶非饱和带的调蓄,在降雨期间随坡面漫流直接通过落水洞灌入地下河,其浓度极不稳定,变异系数高.农业活动和水土流失输入的物质严重威胁着岩溶地下水生态环境和当地居民的健康,因而有必要加强岩溶生态系统管理工作,从控制岩溶地下水外界物质输入端的源头抓起.     

钙对聚合氯化铝中铝形态分布及结构形貌的影响

聚合氯化铝(PAC)的絮凝性能与其铝形态分布和结构密切相关, Al₁₃形态是PAC的最佳絮凝形态. 通过碱化反应前加Ca和碱化反应后加Ca两种方式合成了含钙PAC, 采用²⁷Al核磁共振(NMR)和原子力显微镜(AFM)研究了Ca的加入对PAC中铝形态的影响. 结果表明, 由于钙形态与铝形态间的电荷斥力以及二者形成的络合物, Ca的加入可增加产品中Al_m和Al₁₃的含量, 并使Al_m和Al₁₃形态在NMR谱图中的化学位移降低. 随着Ca/Al摩尔比的增大, 铝形态趋于分散, 聚集状态由枝状聚集转向团粒状聚集, 且团粒粒径逐渐变小, 在高Ca/Al摩尔比时形成絮状物. Ca的引入使PAC中Al₁₃含量增加, 这必将增加PAC在水处理中的絮凝效能.     

斜方辉石(100)面的表面化学组成和微形貌

对一个承德紫苏辉石和一个Bamble顽辉石的(100)裂理面进行了X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子谱(AES)深度剖析研究, 并进行了原子力显微镜(AFM)观察. (100)裂理面表面的化学组成与体相有明显差别. 与体相相比, 裂理面表面上Si在金属原子总数中的百分比没有明显变化, Ca和Al是增加的, Mg则减少. 2000 s的AES深度剖析表明, 在近70 nm深度内组成元素的原子百分比随着深度略有起伏, 但平均值水平没有明显变化(承德紫苏辉石中的Si除外)；承德紫苏辉石的Al和Si呈互为消长的关系, 这是因为Al-Si是以类质同像替代关系存在的. AFM图像显示(100)裂理面上有成层状生长的多边形形态的丘状生长物, 厚度可在零至几百nm, 它们是在裂理面上次生生长的层状硅酸盐矿物. 上述现象的观测和基本规律对认识风化作用和水岩反应的机理具有意义.