什么是气溶胶？

2020-02-22 19:35:00 admin

气溶胶

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气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。这些固态或液态颗粒的密度与气体介质的密度可以相差微小，也可以悬殊很大。 [1] 气溶胶颗粒大小通常在0.01~10μm之间 [2-5] ，但由于来源和形成原因范围很大，例如：花粉等植物气溶胶的粒径为5-100µm、木材及烟草燃烧产生的气溶胶，其粒径为0.01-1000µm等 [6] 。颗粒的形状多种多样，可以是近乎球形，诸如液态雾珠，也可以是片状、针状及其它不规则形状。从流体力学角度，气溶胶实质上是气态为连续相，固、液态为分散相的多相流体。 [1]

天空中的云、雾、尘埃，工业上和运输业上用的锅炉和各种发动机里未燃尽的燃料所形成的烟，采矿过程、采石场采掘与石料加工过程和粮食加工时所形成的固体粉尘，人造的掩蔽烟幕和毒烟等都是气溶胶的具体实例。 [7]

待论证

内容来自

中文名气溶胶外文名 aerosol 大小通常在0.01～10μm之间消除方法降水、粒子碰并、聚合、沉降等别称气体分散体系颗粒形状近球形、片状、针状、不规则状等

理化性质编辑

气溶胶是以固体或液体为分散质（又称分散相）和气体为分散介质所形成的溶胶。它具有胶体性质，如：对光线有散射作用、电泳、布朗运动等特性。大气中的固体和液体微粒作布朗运动，不因重力而沉降，可悬浮在大气中长达数月、数年之久。 [8]

气溶胶质点有相当大的比表面和表面能，可以使一些在普通情况下相当缓慢的化学反应进行得非常迅速，甚至可以引起爆炸，如磨细的糖、淀粉和煤等。 [9]

物理性质

气溶胶微粒能发生光的散射，这是使天空成为蓝色，太阳落山时成为红色的原因。在动力性质方面，其布朗运动非常剧烈，当微粒小时具有扩散性质；当微粒大时，由于与介质的密度差大，沉降显著。在电学性质方面，气溶胶粒子没有扩散双电层存在，但可以带电，其电荷来源于与大气中气体离子的碰撞或与介质的摩擦，所带电荷量不等，且随时间变化；微粒既可带正电也可带负电，说明其电性决定于外界条件。在稳定性方面，气溶胶粒子没有溶胶粒子那样的溶剂化层和扩散双电层，相碰时即发生聚结，生成大液滴（雾）或聚集体（烟），此过程进展极其迅速，所以气溶胶是极不稳定的胶体分散体系，但由于布朗运动的存在，也具有一定的相对稳定性。 [9]

化学组成

气溶胶由于粒子的来源和成因不同，其化学组成有很大的区别，不同来源的颗粒物，其组分相差很大。如来自地表层或由海水溅沫生成的大颗粒往往含有大量的Fe、Al、Si、Mg、Ti和Ca等元素。以常见的城市大气气溶胶为例，其颗粒的形成主要有以下几种方式：低蒸汽压气体粒子的成核；低蒸汽压气体在已有粒子上的浓缩；粒子的凝聚与碰撞。总体上来看，气溶胶中的化学成分包含以下几个主要方面：1）气溶胶中的水溶性粒子，如硫酸盐、硝酸盐、铵盐等，主要来自气体的转化；2）气溶胶中的有机物，它们一般占气溶胶总质量的10%~50%，其种类繁多，对人体健康和大气环境有很大的影响；3）气溶胶中的元素。气溶胶中元素也较为丰富，目前在大气中已发现的元素超过70种。此外，气溶胶的化学成分有明显的季节性和地域性的差异，这更加说明了气溶胶化学组成的复杂性。 [10]

气溶胶颗粒物的表面结构非常复杂，有的较为光滑，但大部分颗粒表面粗糙，因此，颗粒的表面可作为颗粒与大气发生化学反应或催化氧化反应的场所。例如，二氧化硫在气溶胶颗粒表面可被催化氧化（因表面含有铁或锰等过渡金属）而产生硫酸盐，或发生气相氧化生成硫酸盐气溶胶（颗粒物，二次污染物）。后者可远距离迁移，在几百公里上空沉降（干沉降）或被雨水冲刷（湿沉降）抵达地面，从而造成土壤、水体的酸化，影响植物、水生生物的生长，美国东北部、五大湖地区的酸雨危害，就是由硫酸盐气溶胶造成的。我国的燃料结构以煤为主，燃煤产生的二氧化硫和烟尘，已成为大气污染的普遍问题，二氧化硫转化为硫酸盐和烟尘颗粒物中有毒有害物质的传播、转化，都会造成环境与生态的危害。 [8]

环境效应编辑

影响大气成分

气溶胶粒子具有分布不均匀、变化尺度小、复杂性的特点，多集中于大气的底层，对云的凝结核、雨滴、冰晶形成，进而对降水的形成起重要作用。气溶胶甚至可以改变云的存在时间，能够在云的表面产生化学反应，决定降雨量的多少，影响大气成分。 [11]

破坏臭氧层

通过对密封装置的加压，可从各种各样的物质中产生气溶胶，其中包括杀虫剂、油漆、喷发定型剂等。这些物质与另一种易于液化的气体混合（往往是加入微量氟化物或氯化物的碳氢化合物），一旦释压，后者会产生推进作用。人们普遍担心，由于加入氟化物的碳氢化合物比空气轻，因而会在大气层中引起一系列反应，从而破坏臭氧层。因臭氧层保护地球上的生物免受紫外线的辐射，因此制定了一些措施，禁止在气溶胶中使用加入氟化物的碳氢化合物。 [12]

环境污染

霾是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10公里的空气普遍混浊现象，这里的干尘粒指的是干气溶胶粒子。一般情况下，当能见度在1~10公里时可能既有干气溶胶的影响（即霾的影响），也可能有水滴的贡献（即轻雾的贡献），且不易区分，所以就被称为“雾-霾”现象。由于在实际的大气中没有气溶胶粒子作为云雾的凝结核（或冰核），无法形成雾，所以雾和霾的背后都与气溶胶粒子有关。 [13]

造成大气污染的空气气溶胶有烟雾、硫酸雾及光化学烟雾等。微粒物主要来源于工业生产、加工过程、各种锅炉或炉灶排出的烟尘以及汽车排出的污染物及由它转化成的二次污染物。因此，应该通过改进燃烧方式，采用无污染或少污染能源，提高除尘器效率以及植树造林等措施，加强对微粒的控制。 [14]

表征方法编辑

颗粒物浓度

颗粒物的浓度通常采用单位体积气溶胶内粒子的数目（数浓度N）、粒子的总表面积（表面积浓度S）或粒子的总体积（V）或总质量（M）来表示。 [15]

当气溶胶的浓度达到足够高时，将对人类健康造成威胁，尤其是对哮喘病人及其他有呼吸道疾病的人群。空气中的气溶胶还能传播真菌和病毒，这可能会导致一些地区疾病的流行和爆发。 [11]

粒径分布

所谓气溶胶粒径分布是指所含气溶胶粒子的浓度按粒子大小的分布情况，以反映出气溶胶粒子的大小与其来源或形成过程之间的关系。气溶胶粒径的表示有空气动力学直径或斯托克斯（stokes）直径。后者是指一颗粒与另一球形颗粒具有相同平均密度及沉降速度的直径。 [15]

小粒径气溶胶的浓度受凝聚作用所限制，而大粒子的浓度则受沉降作用所限制。微粒在大气中沉降的过程中，受的阻力和重力的作用达到平衡时，各种粒子的沉降速度不同。 [15]

右图给出了大气环境中各种微粒的粒径范围，常见的微生物气溶胶粒径在0.01－100μm之间，病毒粒子

粒径为0.02－0.3μm，细菌以及真菌等粒径范围在0.3－100μm之间，其中与疾病有关的微生物气溶胶直径主要集中在0.1－20μm。 [16]

来源及组成编辑

气溶胶按其来源可分为一次气溶胶（以微粒形式直接从发生源进入大气）和二次气溶胶（在大气中由一次污染物转化而生成）两种。它们可以来自被风扬起的细灰和微尘、海水溅沫蒸发而成的盐粒、火山爆发的散落物以及森林燃烧的烟尘等天然源，也可以来自化石和非化石燃料的燃烧、交通运输以及各种工业排放的烟尘等人为源。 [17]

植物气溶胶的粒径为5-100µm，如花粉；燃烧产生的气溶胶，其粒径为0.01-1000µm，源于燃烧木材及烟草产物等；家庭或个人清洁及化妆产生的气溶胶，粒径分布在0.1-1000µm之间；放射性气溶胶，主要是指放射性粒子附着在较大的颗粒上，其中部分颗粒可被吸入肺部，其放射性物质将损坏肺部并增加肺癌的危险。 [6]

分类编辑

物理状态

据颗粒物的物理状态不同，可将气溶胶分为以下三类： [18]

（1）固态气溶胶——烟和尘； [18]

（2）液态气溶胶—— 雾； [18]

（3）固液混合态气溶胶——烟雾；（烟雾微粒的粒径一般小于1μm） [18]

粒径大小

气溶胶按粒径大小又可分为：

（1）总悬浮颗粒物（total suspended particulates，TSP），用标准大容量颗粒采样器（流量在1.1-1.7m3/min）在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物，它是分散在大气中各种粒子的总称。 [18]

（2）飘尘，可在大气中长期飘浮的悬浮物称为飘尘，其粒径小于10μm的微粒，飘尘是最引人注目的研究对象之一。 [18]

（3）降尘，降尘是指粒径大于10μm，由于自身的重力作用会很快沉降下来的微粒。单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度的指标之一。 [18]

（4）可吸入粒子（inhalable particles，IP），可吸入粒子是指易于通过呼吸过程而进入呼吸道的粒子。国际标准化组织（ISO）建议将IP定为粒径Dp≦10μm的粒子，这里的Dp是空气动力学直径，其定义为与所研究粒子有相同终端降落速率的，相对密度为1的球体直径。它反映出粒子的大小与沉降速率的关系。所以可以直接表达出粒子的性质和行为，如粒子在空中的停留时间，不同大小粒子在呼吸道中沉积的不同部位等。 [18]

应用领域编辑

工业

气溶胶可以加快燃烧速率和充分利用燃料，喷雾干燥可提高产品质量，已广泛用于医药工业与洗衣粉的生产；气溶胶灭火技术就是近几十年发展起来的灭火技术，并成为哈龙灭火产品（卤代烷类）的代替物之一，也是应用在工业、民用建筑物消防领域的利器。 [19]

农业

应用于农药的喷洒时可提高药效、降低药品的消耗；利用气溶胶进行人工降雨，可大大改善旱情。 [9]

国防

当激光在大气中传输时，大气中的各类气体分子和气溶胶粒子都会对激光产生吸收和散射，进而影响激光在大气中的能量分布。在各类引起激光衰减的因素中，对激光传输能量损耗最大、传输特性影响最为强烈的是大气气溶胶粒子的散射、吸收和衰减效应。如在激光通信技术领域，众多实验结果表明，大气信道的影响己经成为制约无线激光通信技术发展的最大挑战，严重时大气的衰减甚至可达100dB，这极大的降低了探测端接收光信号的信噪比，进而导致通信距离下降及通信质量变差。在军事国防领域，大气散射的影响和作用则更加致命，在激光武器、激光测距、激光雷达、激光制导等应用中，大气气溶胶所导致的大气散射会使光束向四面八方发散，严重破坏激光的定向性和能量集中的特性，从而导致定向激光传输的作用距离缩短激光能量降低，严重时甚至造成打击失效。因此研究气溶胶的吸收和散射特征，可以得到激光衰减效应及其物理规律，在国防上，可以用来制造信号弹和遮蔽烟幕。 [20]

微生物气溶胶编辑

通常指含有病毒或细菌等病原体的气溶胶。 [21] 微生物气溶胶按其形成组分可分为病毒气溶胶、细菌气溶胶和真菌气溶胶。

特点

生物性气溶胶具有以下特点：①气溶胶中病毒、细菌的浓度较雾化前母液的浓度高。②气溶胶中病毒、细菌的死亡速度通常有2个阶段，气溶胶形成最初几秒钟内死亡较快，约有半个数量级的微生物遭到灭活。此后的死亡速度较慢并受微生物种类、性质和气象条件（相对湿度、日照、温度等）影响。③生物性气溶胶可因风向、风速而飘离其原发地区。细菌性气溶胶可扩散至下风向1km处仍保持其生物活性；肠道病毒在下风50m处也可检出。 [21]

危害

微生物气溶胶是一种特殊的气溶胶，是由悬浮于空气中的微生物所形成的胶体体系，包括病毒、细菌、真菌以及它们的副产物。病毒是最小的微生物，直径在0.02-0.3μm，虽然只能在寄主细胞内繁殖，但在没有寄主细胞的条件下仍可附着在如呼吸道分泌物等液滴上形成病毒气溶胶而通过空气传播，能导致传染病的发生，如流感、腮腺炎、麻疹等；细菌气溶胶通常是单独存在或由其他粒子所携带，病原性细菌易对人体健康造成危害；真菌气溶胶常在潮湿的环境中发生，室内环境中的霉菌等易导致哮喘、过敏性鼻炎等。微生物气溶胶可如细颗粒物一样，进入人体呼吸系统，在呼吸道甚至肺部中阻留或沉降，其生物活性又使得微生物气溶胶较普通气溶胶对人类威胁更大。 [16]

预防措施

2020年2月8日，上海市政府举行疫情防控新闻发布会。在发布会上，卫生防疫专家表示，新型冠状病毒感染的肺炎传播途径主要为直接传播、气溶胶传播和接触传播。气溶胶传播是指飞沫混合在空气中，形成气溶胶，吸入后导致感染。 [22]

不过，在国家卫健委公布的《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第五版）》中，对病毒传播途径有这样的表述——“气溶胶和消化道等传播途径尚待明确”。 [22]

另据国家卫健委网站2020年2月8日发布疫情问答，中国疾控中心传染病处研究员冯录召表示，目前尚没有证据显示新型冠状病毒通过气溶胶传播。新冠肺炎目前还是主要通过飞沫传播和接触传播的疾病，在某些特殊的条件下才可能发生气溶胶传播，例如进行临床气管插管等专业医疗操作时。如果是在常规临床护理、一般的工作生活条件下，采取正确佩戴口罩的飞沫传播防护措施，是足以满足保护普通公众，而不被感染的。 [23]

冯录召建议：

大家咳嗽打喷嚏的时候用纸巾、手绢或者用手肘遮住口鼻，尽量扭身躲开别人，这样能够防止飞沫喷溅到更远的距离； [24]

跟其他人保持一米的安全距离； [24]

在通风环境中，空气中一般不会有新冠病毒，但仍应每天至少两次开窗通风，这是降低感染风险的有效措施； [24]

在防护措施一般的工作和生活条件下，正确佩戴口罩防护飞沫，足以保护普通公众不被传染，大家不必恐慌。 [24]

2020年2月18日，国家卫健委发布《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第六版）》，传播途径将“经呼吸道飞沫和接触传播是主要的传播途径”改为“经呼吸道飞沫和密切接触传播是主要的传播途径。”，并增加“在相对封闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下存在经气溶胶传播的可能。” [25]

在四川省新型冠状病毒肺炎疫情防控工作新闻发布会（第三场）上，四川大学华西公共卫生学院教授、成都预防医学会会长张建新称，即便是气溶胶传播，它和飞沫传播、接触传播的预防措施基本相同，隔离，还要戴口罩、洗手、通风，手段是一样的。所以大家还是要按照国家和各级政府及卫生部门提出的措施，很好地落实下去，做到每个人都为自己的健康负责，做好所有的防护措施，也能够有效的预防。 [26]