用扩展X射线吸收精细结构谱研究大气颗粒物中铁的种态

大气颗粒物中元素的种态研究, 对于毒性评价、污染形成和污染来源的探索等有重要意义. 采用基于同步辐射的扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)谱研究了大气颗粒物中铁的种态. 对EXAFS谱进行回归分析, 在不破坏样品的情况下, 可定量计算混合物的化学组成. 配制了一系列混合参考样品, 以观察化学组成对EXAFS谱的影响, 证明该方法有好的精确性. 采集了上海市不同地区不同粒径的大气颗粒物样品, 将它们的EXAFS谱进行回归分析, 得到样品中铁的化学组成. 结果表明, 样品中铁主要由Fe₂O₃, Fe₃O₄和Fe₂(SO₄)₃组成, 它们的比例在不同样品中有一定差别, 初步考察了不同样品中这种组成的变化. 用质子激发X射线分析法测定了样品中的铁浓度, 观察到钢铁工业区的大气颗粒物样品比其他地区的样品不仅铁浓度高得多, 而且化学组成也有一定差别.     

电子垃圾拆解地大气中二口恶英、多氯联苯、多溴联苯醚的污染水平及相分配规律

研究了浙江台州电子垃圾拆解地大气中二口恶英(PCDD/Fs)、多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)的污染水平、分布特征和相分配规律. 通过对3个采样点的研究发现, ΣPCDD/Fs的浓度为2.91~50.6 pg&;#8729;m^-3, 其毒性当量为0.20~3.45 pg (I-TEQ)&;#8729;m^-3, ΣPCBs的浓度和毒性当量分别为4.23~11.35 ng&;#8729;m-3, 0.050~0.859 pg(TEQ)&;#8729;m^-3, ΣPBDEs的浓度为92~3086 pg&;#8729;m-3, 此3类污染物的浓度高于一般城市地区. 研究结果显示二口恶英主要分布在颗粒物相, 而多氯联苯主要分布于大气中的气相. 通过污染物的气(气相)-粒(颗粒物)分配系数(K_p)与蒸气压(P_L⁰)的关系式评价了污染物的气-粒分配行为. 利用Junge-Pankow 模型和K_oa吸附模型预测了3类污染物在大气中的气-粒分配, 并与实测值作了比较. 结果表明, Junge-Pankow 模型较好地预测了多氯联苯的气-粒分配, 但是该模型较低地预测了二口恶英在颗粒物上的组分, 较高地预测了多溴联苯醚在颗粒物上的浓度. K_oa吸附模型对于二口恶英和多氯联苯的预测值与实测值较一致.     

杭州市大气PM2.5中有机碳元素碳的同位素组成

为了探讨杭州市区大气细颗粒物(PM2.5)中有机碳(OC)和元素碳(EC)的来源, 以离线分步加热法氧化提取了PM2.5中的OC和EC, 用质谱仪测量了两者的碳同位素组成. 分析结果显示, 春、夏、秋、冬4个季节的δ¹³C_OC平均值分别是-52.8‰, -48.1‰, -50.0‰, -52.5‰, 总平均值为-50.9‰ (-85.0‰ ~ -35.6‰). δ¹³C_EC在相应季节的平均值分别是-26.4‰, -26.9‰, -26.7‰, -25.9‰, 总平均值为-26.5‰ (-30.5‰ ~ -23.8‰). 表明杭州市区大气PM2.5中OC和EC的碳同位素组成有很大的差别. d 13COC值普遍偏轻, 变化幅度大. 春、冬两季δ¹³C_OC值最轻, 秋季次之, 夏季相对最重. δ¹³C_EC值普遍偏重, 变化幅度小, 4个季节的平均值基本一致.     

ACE-Asia期间北京PM2.5的化学特征及其来源分析

2001年3 ~ 4月, 在北京采用美国IMPROVE仪器对PM _2.5粒子进行了取样观测. 用质子激发X射线荧光分析(PIXE)方法分析后, 得到了20种元素成分的质量浓度. 研究表明, 观测期间北京春季沙尘PM _2.5平均质量浓度为14.6 μg/m³, 在3月21日和4月10日发生沙尘天气, 沙尘PM _2.5质量浓度分别为62.4和54.1 μg/m³, 表明北京沙尘天气的细粒子污染是非常严重的. 在北京发生沙尘天气的3月21日和4月10日, PM _2.5粒子的S和Cu富集因子非常低, 表明远方的沙尘占了主要贡献; 而在非沙尘天气, S和Cu浓度和富集因子较大, 这可能是局地尘占了主导贡献. PM _2.5中与人类活动有关的元素(如S, Cu)富集因子的变化可能是区分北京地区外来尘和局地尘相对贡献的一个有效方法. 因子分析结果表明, 地壳物质、人类工业活动和燃油这三种源对北京春季PM _2.5有明显贡献.     

北京气溶胶中的甲基磺酸

基于硫酸盐气溶胶在全球气候变化的重要作用, 甲基磺酸(MSA)和硫酸盐(SO₄^2−)二者作为二甲基硫(DMS)的主要氧化产物都是当今大气化学研究的热点. 通常认为DMS大都来自海洋表层浮游生物的排放, 因而把MSA作为大洋或沿海地区非海盐硫酸盐(nss-SO₄^2−)的示踪物(其比值1︰18). 至今为止绝大多数文献报道的MSA都来自于海洋或沿海气溶胶. 令人惊奇的是在远离海洋的北京, 甚至在沙尘暴期间, 所采集的TSP, PM10, PM2.5气溶胶样品中均检测到了MSA, 平均检出率达60%, 且其浓度显著高于沿海城市或远洋气溶胶中MSA. 相关性分析、因子分析和气象条件分析结果表明, 北京气溶胶中的MSA没有明显的海洋源, 陆地源释放的DMS 和工业废弃物释放的二甲基亚砜(DMSO)可能是MSA的两个主要前体, 低压高温气团和长时间辐照有利于MSA的生成, 陆地的人为污染可能是北京MSA的重要来源. 这一新发现会引起对北京等陆地城市的硫平衡直至全球硫循环机制的再探究.     

大气中碳酸盐的碳同位素分析及其来源指示意义

建立了Kiel碳酸盐装置Ⅲ和MAT 252气体质谱仪联机测量大气中微量碳酸盐样品碳同位素组成的测试方法, 并应用这一方法对2002年3~4月在西安采集的正常和沙尘暴大气样品中碳酸盐碳同位素组成进行了测定. 结果表明, 基于我国西北沙漠-黄土-古土壤体系中碳酸盐δ¹³C的演化原理, 对比两种不同天气下碳酸盐的δ¹³C值可以推知其来源和成因特征, 即沙尘暴大气碳酸盐δ¹³C约为-1.4‰~-4.2‰, 主要与粉尘源区风成砂物质有关; 而正常天气下碳酸盐δ¹³C约为-7.5‰~-9.3‰, 主要与局地表土细粒子释放有关. 对3月20日在西安采集的沙尘暴样品与源区沙漠物质以及下风区气溶胶样品的碳酸盐稳定碳同位素的对比分析表明, 大气碳酸盐δ¹³C在长距离输送中变化不明显, 因此它是一个比碳酸盐含量更好的指示来源物质的指标, 可为确定沙尘暴源区提供一个新的示踪工具.     

珠江口悬浮颗粒物的吸收光谱及其区域模式

用定量滤膜技术测定了珠江口及临近海区总颗粒物光谱吸收系数a_p(λ)、非藻类颗粒物光谱吸收系数a_d(λ)和浮游植物光谱吸收系数a_ph(λ). 总颗粒物的吸收系数a_p(443)在0.04~1.82 m^-1间变化, 相应的a_ph(443))的变化范围为0.016~0.484 m^-1. 总颗粒物的吸收光谱有两种类型. 对于第1种类型, 总颗粒物吸收光谱与非藻类颗粒物吸收光谱相似, 吸收系数值随波长减小; 相反, 对于第2种类型, 总颗粒物吸收光谱与浮游植物色素吸收光谱相似. 非藻类颗粒物吸收光谱随波长增大而减小, 其波长变化规律可用指数率描述, 光谱斜率S的平均值为0.012±0.002. 非藻类颗粒物吸收占总颗粒物吸收的比例明显地随表层海水盐度增加而减小. 浮游植物色素的吸收明显地随叶绿素a浓度呈非线性增加, 其关系可用幂函数描述. 但是, 总颗粒物的吸收与叶绿素a浓度之间的相关性很弱. a_p(443)-chl a关系的离散性主要是由非藻类颗粒物的影响而引起的, 经非藻类颗粒物吸收校正后的a_ph(443)-chl a关系并不离散, 因此可以沿用类似于一类水体的模式, 但需要做参数调整. 浮游植物色素的比吸收系数不是常数, 它随叶绿素浓度的减小而增加, 浮游植物色素比吸收变化是目前生物-光学算法的一个噪声源.     

5种硼酸盐单晶的THz光谱

研究了 5 个新型硼酸盐晶体样品 Na₅[B₂P₃O₁₃] (NBP), SrB₄O₇ (SBO), Na₃La₉O₃(BO₃)₈ (NLBO), Zn₃BPO₇ (ZBP)和PbB₄O₇ (PBO)在太赫兹频率的光谱响应, 发现在1.5 THz以下的频率范围里, 样品均具有较好的透过性质, 其中SBO和NLBO吸收系数小于10 cm^-1. 特别地, 在所研究的频率范围里, SBO不仅具有最小的吸收系数, 也有非常平坦的色散曲线. 在ZBP和SBO的吸收谱中存在明显的共振吸收特征(ZBP: v₁ = 1.4 THz, v₂ = 2.0 THz; SBO: v = 2.4 THz), 而PBO在1.44~1.74 THz和2.2~2.5 THz的频率区间则有两个反常色散区域. 我们从THz时域光谱数据中, 提取了这5种材料在0.25~2.5 THz频段的功率吸收系数和折射率谱, 并对其特征和来源进行了初步的讨论.     

影响有机污染物在空气颗粒物与空气之间分配行为的分子间作用力

有机污染物在空气颗粒物与空气之间的分配系数(K_p)对于描述其在大气中的行为具有重要意义, 是进行生态风险评价的基础数据. 基于18种正构烷烃、21种多氯联苯、16种二英类化合物和13种多环芳烃的K_p值, 采用理论分子结构描述符和偏最小二乘(PLS)回归, 建立了K_p的多参数线性自由能关系(LFER)模型. 该模型具有较好的稳健性和预测能力, 可用于结构类似化合物K_p值的预测, 并有利于对分配机理的解释. 结果表明, 色散力是影响有机化合物在空气和颗粒物相间分配的主要因素, 电荷转移作用和分子位阻大小对K_p值也有一定影响. 同时, 对不同种类化合物分别建模, 结果表明, 影响几类化合物分配的机理相似, 偶极-偶极、偶极-诱导偶极作用对正构烷烃、PCBs和PCDD/Fs 的K_P值有微弱的贡献.     

Mn和Co掺杂ZnO块材样品的磁性

采用固相反应法制备了名义组分为Zn_0.95Co_0.05O和 Zn_0.92Co_0.05Mn_0.03O的块材样品. X射线衍射结果显示, 除ZnO纤锌矿结构的主相外, 掺杂样品中还存在立方相Co₃O4. 磁测量表明, ZnO中单独掺杂Co元素显示出微弱的铁磁性行为, Mn的引入极大地增强了样品的铁磁性, 但两个样品在低温下(<50 K)表现出截然不同的磁化行为. 同时, 反铁磁相Co₃O₄的存在极大地抑制了样品中的铁磁性耦合作用.     

南极大气中磷化氢的首次监测

普遍认为远离人类活动区的地球大气中, 夜间磷化氢(PH₃)浓度小于几个ng/m³, 白天日照下更低(pg/m3级). 南极米洛半岛地区大气中PH3的浓度进行了检测, 2006年1~2月晴天上午10︰00大气中未检测到PH₃; 而在多云与小雪的天气条件下, 大气中几乎都检测到PH₃, 平均浓度约为(75.3±28.8) ng/m³ (n = 5); 光强较弱的夜间22︰00, 几乎所有气体样品也都检测到了PH₃, 平均浓度约为(87.2±70.9) ng/m³ (n = 11). 1月份夜间22︰00大气中PH3浓度普遍高于上午10︰00, 2月份二者浓度较接近; 且夜间22︰00大气中PH₃的浓度随气温的下降呈明显下降趋势, 表明大气中PH3浓度受光照强度与气温的影响. 在极昼、强紫外辐射的南极夏季, 测定结果比当前认为洁净的地球大气中存在极低浓度的PH₃要高1~2个数量级, 这是一个非常奇异的现象. 探讨性分析结果表明: 高洁净度的、干燥的、低温的南极环境可能延长了PH₃的寿命, 并造成大气中PH₃的累积; 在这种极端环境下可能存在产生PH3的新途径和大气化学过程; 另外, 还可能与局地源的排放有关.     

三丙二酸富勒烯对DNA限制性内切酶和Taq DNA聚合酶活性的抑制作用

采用具有HindⅢ和EcoRⅠ单一酶切位点的pEGFP-N1超螺旋型质粒为底物, 检测三丙二酸富勒烯(trimalonic acid C₆₀, TMA C₆₀)对DNA限制性酶切反应的作用. 同时以该质粒为模板, 测定TMA C₆₀对Taq DNA聚合酶催化的聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)的影响. 酶切产物与PCR扩增产物均通过琼脂糖凝胶电泳来显示. 实验发现, 在质粒酶切体系或PCR体系中添加TMA C₆₀后, 酶切或扩增产物的生成量均显著减少. TMA C₆₀的作用存在浓度依赖性, 对HindⅢ, EcoRⅠ两种酶切反应和PCR的半抑制浓度IC₅₀值分别为16.3, 6.0, 6.0 μmol/L. 两种活性氧清除剂L-抗坏血酸-2-磷酸酯镁和叠氮化钠在浓度为2～10 mmol/L时, 不能拮抗TMA C₆₀对PCR和两种酶切反应的抑制作用. 但是, 在PCR体系中增加Taq DNA聚合酶能够拮抗TMA C₆₀的作用. 这些结果表明, TMA C₆₀能够抑制上述3种DNA代谢相关酶的活性, 其作用可能与活性氧无关.     

城市大气中OH和HO2自由基生成和消除的定量关系

大气氧化能力是城市和区域大气环境的本质特征. 而大气OH和HO₂自由基则是表征大气氧化能力的关键物种. 选择广州市为案例, 在全面监测大气光化学烟雾的主要污染物O₃, NO_x, VOC_s, H₂O₂, HNO₂以及CO, SO₂等的基础上, 利用水杨酸浸渍膜捕集-高效液相色谱技术进行了同步的大气OH自由基现场测量, 分析了OH自由基的影响因素. 基于目前对OH和HO₂自由基化学过程的认识, 定量计算了大气中OH和HO₂自由基的生成和去除速率, 结果显示大气OH, HO₂的源和汇基本平衡, 而且OH和HO₂自由基之间的相互转化是其源与汇的主导过程, 广州市大气中HNO₂和HCHO的光解也分别是OH和HO₂自由基不可忽视的来源     

纳米Fe-In2O3颗粒膜的巨磁光Faraday效应

研究了射频溅射法制备的纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe-In₂O₃颗粒膜的巨磁光Faraday效应. 实验结果表明, 当Fe体积百分比为35%时, 颗粒膜样品的室温Faraday旋转角θ_F数值达到10⁵ (°)/cm数量级. Fe_0.35(In₂O₃)_0.65颗粒膜样品的Faraday旋转角θ_F随温度的变化关系表明, 当温度低于10 K时, θ_F数值随温度的下降而迅速增大, 在温度T = 4.2 K时Faraday旋转角θ_F达到10⁶ (°)/cm. 通过研究颗粒膜低场磁化率χ(T)与温度的关系以及不同温度下的磁滞回线, 证明当温度降低到临界温度T_P = 10 K时, 颗粒膜中发生“铁磁态-类自旋玻璃态”转变. Fe_0.35(In₂O₃)_0.65颗粒膜样品的Faraday旋转角θ_F在温度低于 10 K时的迅速增大, 可能是由于纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe_0.35(In₂O₃)_0.65颗粒膜样品在处于“类自旋玻璃态”时存在sp-d交换作用造成的.     

dsRNA对家蚕核多角体病毒(BmNPV)复制的抑制作用

以BmNPV复制必需的DNA解旋酶基因和DNA聚合酶基因为靶序列, 人工设计并合成了长度分别为435(A_p1), 300(A_p2)和399 bp(AH)的dsRNAs, 利用TransMessenger^TM Transfection Reagent转染家蚕细胞, 研究其对BmNPV复制的抑制效果. 结果表明, 在野生型病毒BmNPV 感染家蚕细胞实验中, A_p2和A_H这2个dsRNA能够有效地抑制病毒DNA的复制, 并且在转染dsRNA后第4天抑制效果最佳, 它们使病毒滴度(PFU/mL 值)降低了10³~10⁴, 而另外的dsRNA(A_p1)没有明显的抑制效果. RT-PCR和DNA斑点杂交也证实了2种目的基因的表达水平和病毒DNA的量发生了明显的下调. 此外, 用荧光显微镜观察dsRNA在细胞内的定位, 发现在转染24 h后dsRNA开始在细胞核的周围呈不连续的聚集状态.     

慕士塔格冰芯中近百年来NH4+浓度的变化

NH₃作为大气中主要的碱性气体, 在大气化学中扮演着重要的角色. 为研究历史时期大气NH₃含量, 借以冰芯中NH4+浓度变化来反映大气NH₃含量的变化. 2003年在东帕米尔高原慕士塔格峰海拔7010 m处钻取了一支长54.6 m的透底冰芯, 分析了该冰芯上部51.6 m近百年来NH₄⁺浓度记录. 结果表明, 慕士塔格冰芯中NH₄⁺浓度自20世纪初突然降低后平缓过渡至1930s, 其后缓慢增加, 在1966/1967年略有下降后呈持续增长趋势, 至1990s末达到最大. 冰芯中NH₄⁺浓度的增加与邻近气象站和北半球升温趋势相似, 反映了温度对NH3排放的影响. 慕士塔格地区大气中的NH₃主要受中亚及周边地区排放源的影响.     

无铅无铋压电陶瓷(Na0.5K0.44Li0.06)Nb0.95Sb0.05O3-Na5.6Cu1.2Sb10O29研究

提出重点研制无铅无铋压电陶瓷的建议, 并采用传统的固相反应法, 制备了新的助烧剂Na_5.6 Cu_1.2Sb₁₀O₂₉及(Na_0.5K_0.44Li_0.06)Nb_0.95Sb_0.05O₃无铅无铋压电陶瓷, 研究了助烧剂对该压电陶瓷性能的影响. 添加适量助烧剂, 可以提高压电陶瓷的致密度, 降低介电损耗, 明显提高压电活性. 添加摩尔百分比为0.4% Na_5.6Cu_1.2Sb₁₀O₂₉的样品, 压电常数可达到261 pC/N, 机电耦合系数k33高达60%以上. 这些结果表明, 添加了助烧剂Na_5.6Cu_1.2Sb₁₀O₂₉的(Na_0.5K_0.44Li_0.06)Nb_0.95Sb_0.05O₃是具有很好应用前景的无铅无铋压电陶瓷.     

耐辐射球菌抗氧化系统中的一个新成员dr1127

构建了一个耐辐射球菌(Deinococcus radioduran)未知基因dr1127的功能缺陷株MT1127. γ射线和H₂O₂处理R1和 MT1127的结果表明, dr1127基因的缺失影响了耐辐射球菌的辐射抗性和氧化抗性. 测试了指数生长期和稳定期的R1株和 MT1127株的细胞提取物活性氧自由基清除能力, 结果发现, 无论是超氧阴离子、H2O2还是羟自由基, MT1127株均表现为更弱的自由基清除能力, 这些结果与前面的生存率实验结果相吻合, 也在一定程度上帮助我们理解dr1127基因的功能. 同时, 在大肠杆菌BL21 (DE3)系统中成功表达了dr1127基因产物, 纯化得到46 kD的蛋白产物, 利用Fe²⁺-H₂O₂氧化损伤系统, 检测到DR1127蛋白在体外保护DNA免受氧化损伤的功能, 并测到该蛋白能通过结合双链DNA的方式来实现保护DNA的功能. 本研究揭示了dr1127基因在氧化损伤胁迫中的功能, 为耐辐射球菌庞大而又复杂的抗氧化系统增添了新的成员, 也为深入研究耐辐射球菌的超强辐射抗性开辟了一个新的研究思路.     

气候变化对黄土高原末次盛冰期以来的C3 /C4植物相对丰度的控制

大气CO₂浓度以及气候等因素都有可能影响区域性C₃ /C₄植物的相对丰度, 有机碳同位素能够有效反映土壤C₄植物的相对丰度(或相对生物产率). 对黄土高原中部和南部5个末次盛冰期至全新世黄土-土壤序列有机碳同位素分析获得: (1) 从末次盛冰期至全新世, 黄土高原C₄丰度相对增加约40%左右; (2) 无论是末次盛冰期还是全新世, C₄植物在空间上都具有从西北至东南增加的趋势. 进一步对黄土高原以及内蒙古全新世土壤δ ¹³C_org最大稳定值与现代气候统计分析表明, 黄土高原C₄植物相对丰度与温度成正相关, 与降水成负相关, 与4月温度和降水的这种关系更加密切. 这些结果揭示: (1) 温度是导致全新世C₄植物丰度增加的最主要的区域性因素, 而不是夏季风加强的结果, 相反, 夏季风加强, 即降水量的增加只可能降低C₄植物冰期-间冰期增加的幅度, 在温度基本不变时C₄植物丰度的降低才是夏季风增强的标志; (2) 末次盛冰期失去适合C₄植物生长的温度时, 无论是CO₂降低还是干旱程度的增加都不可能有效地驱使C₄植物增加, 而全新世CO₂浓度的上升仅仅可能是全球升温的因素之一, 似不是导致黄土高原C₄植物增加的直接因素.     

南海第四纪冰期旋回中的碳酸钙泵

碳酸钙的保存与溶解(即碳酸钙泵)通过其缓冲器效应控制着世界大洋的酸碱度, 进而可能对全球大气CO₂浓度的变化起着重要作用. 南海大洋钻探ODP 1143站2 Ma以来的碳酸钙分析, 提供探讨第四纪冰期旋回中碳酸钙泵作用的高分辨率记录. 统计研究结果表明, 南海第四纪冰期至间冰期过渡期, 碳酸钙堆积速率的最高值领先于δ ¹⁸O最轻值约3.6 ka; 而间冰期至冰期过渡期, 碳酸钙溶解程度最高值滞后于δ ¹⁸O最轻值约5.6 ka. 碳酸钙泵在冰期至间冰期过渡期向大气释放CO₂, 而在间冰期至冰期过渡期将大气CO ₂泵入深海. 碳酸钙泵的这种海水CO₃^2-浓度的调节功能, 直接控制全球大气CO₂的部分变化, 从而影响第四纪全球碳循环系统.