文档介绍：大气颗粒沉积物的X射线光电子能谱分析
刘芬,赵志娟,赵良仲【作者简介】刘芬(1959-),女,副研究员;研究方向:X射线光电子能谱应用。E-mail:******@iccas..
(中国科学院化学研究所,北京 100080)
摘要:用X射线光电子能谱(XPS)分析了沉积在北京中关村地区不同物体表面的大气颗粒物。结果表明颗粒物表面的主要元素成份为S、N、C、O、Si、Al、Ca和Cl,其中含N和含S化合物为主要污染物。硫主要以硫酸盐或吸附的高价硫氧化物存在,氮则有多种化学态包括氨基和铵类氮、N-O化合物和硝酸盐类氮存在。2007年4月份采集的颗粒物表面的氮的相对原子百分比高于硫,但12月份采集的室外颗粒物表面的硫的相对原子百分比则高于氮。本研究显示XPS是研究大气颗粒沉积物的有效方法之一。
关键词:大气污染化学;大气颗粒物;氮氧化合物;硫氧化合物;X射线光电子能谱
随着社会经济的迅速发展,中国的环境污染在加剧,大气环境十分堪忧。大气中的悬浮颗粒及其表面吸附的有害气体是主要大气污染物。颗粒物可以形成气溶胶在空气中漂浮,也可以慢慢沉降并积累于物体表面。X射线光电子能谱(XPS)可以揭示颗粒物表面除H和He以外的元素组成及其化学状态,还可以分析吸附在颗粒物表面的气态物种。它是一种表面分析方法,分析深度<10nm。在分析时无需对样品进行预处理,也不会破坏颗粒物的表面状态,因此它是分析大气颗粒物的有效方法之一。所以XPS问世不久便在大气粉尘污染物分析中得到了应用[1-2]。本文用XPS分析了沉积在北京中关村地区不同地点和不同物体上的粉尘颗粒,特别是颗粒物表面的含氮和含硫氧化物的污染物种及元素相对含量,其研究结果对于了解和治理该地区的大气粉尘污染状况或许是有帮助的。
1. 实验部分
大气颗粒沉积物的采集
采样点的选取主要考虑到室内与室外、汽车流量大与小、大气颗粒物沉积时间的长与短等因素,其目的是分析中关村地区不同地点和不同污染环境中的污染情况,为了解和治理大气污染提供信息。
粉尘颗粒沉积物被直接粘附在双面胶带的一面上。胶带的元素成份为C、H、O和痕量Si,胶带中不含N、S和其它无机元素。2007年4月下旬进行了第一次采样,分别采集了中关村地区汽车、自行车、中关村一桥、某研究所实验室和图书馆书架上的粉尘颗粒沉积物。同年12月进行了第二次采样,除上述地区和物体表面的粉尘颗粒物外,还采集了圆明园不同地点的室外粉尘颗粒样品。在第二次采集时观察到中关村一桥和汽车上的沉积物相对较少,可能不久前打扫过,因此沉积物比较新鲜。在第二次采样中实验室、图书馆和车棚里的自行车上的样品则有意采集了粉尘颗粒沉积物相对较厚,即沉积时间较长的陈旧粉尘颗粒样品。
XPS分析
用VG Scientific ESCALab220i-XL型光电子能谱仪分析了粉尘颗粒沉积物的元素组成和化学组成。将一面已粘有样品的双面胶带的另一面粘在不锈钢样品托上,激发源为Al/Mg双阳极X射线源。分析时谱仪的真空度为3´10-7Pa。用碳氢污染物的C1s谱线()校正荷电效应。样品颗粒物的形貌用6700F型扫描电镜分析。
2. 结果与讨论
颗粒沉积物的表面元素组成
上述大气颗粒沉积物样品是随机采集的,这些颗粒物的来源可能比较复杂,其中粗颗粒可能部分来