北京大气气溶胶细颗粒物透射电子显微镜研究.pdfVIP

北京大气气溶胶细颗粒物的透射电子显微镜研究 场书申“2邵龙义“李金娟1陈江峰1郑继东 L中国矿业大学(北京校区)大气环境与污染控制研究所北京1000832中原工学院450007郑州 摘要 透射电子显微镜(T聃)具有很高的分辨率和放大率，可以同时提供形貌、成分、结构信息， 非常适宜于对气落胶细颗粒和超细颗粒等的研究。本文介绍了作者荦j用T酬对北京市大气气溶胶细颗 粒物的初步研究，TEM观察可以清楚地看到呈聚集状态的烟尘集合体及其中的单个烟尘颗粒，表明 TEM是单颗粒物分析的一种有力工具。最后提出了今后开展大气可吸入颗粒物的TEM研究的几点建议。 关键词透射电子显微镜(TEM)单颗粒能谱(EDX)选区衍射(S_^ED) 单颗粒物分析是气溶胶研究领域的一个引人注目的热点。单颗粒物分析方法主要是 图像分析(IA)等手段直观地观测单个大气颗粒物的大小、几何形状、颜色和光学性质 等．用质子微探针等方法分析其化学组成n】。扫描电子显微镜(SEM)作为微区分析的一 种有效工具，可以观测单个颗粒物大小和形貌并对其进行化学成分分析，近年来国内外 均有应用于单颗粒物分析的报道陆”。扫描电镜的分辨率可达到亚微米尺度，但不能提 供物体的结构信息。透射电子显微镜(TEM)是以波长极短的电子束作为照明源，用电 磁透镜聚焦成像的高分辨率．高放大倍数电子光学仪器，能提供极其细微的材料结构情 况嘲。作为大气颗粒物研究的手段．可以对同一单颗粒完成形貌、成分和结构信息，对于揭 示单颗粒物的物理化学特征和来源信息有重要的作用。国外在使用TEM对单颗粒物分 析方面做了较多工作，充分利用TEM提供的形貌、成分、结构信息，对气溶胶细颗粒 和超细颗粒等进行了深入研究；而国内有关颗粒物方面的TEM研究很少，目前仅见杨 世柏等(1997)口1有关用TEM研究焊接气溶胶的报道，关于大气气溶胶的TEM研究仅 见到对大气降尘的两篇报道眄～I，来见到TEM在可吸入颗粒物中的应用。本文介绍了作 者用TEM对北京市大气细颗粒的初步研究，以期推动国内大气气溶胶的TEM研究。 1气溶胶颗粒物的TEM样品制备和分析过程 1．1气溶腔TEM样品的制备 ． 、 利用TEM对气溶胶颗粒物进行分析，首先要不失真地采集气溶胶粒子并将其制备 成适合于电镜分析的样品。目前TEM气溶胶颗粒样品的采样和制各主要有三种方法： (1)滤膜集尘超声波分散法 教育部博士点基金及国家自然科学基金项目资助 ’联系人：ShaoL@cumtb．e出1．cn 一359’- 这是一种间接采样法。第一步用滤膜收集一定数量的尘粒，之后将它放入溶剂中用超 声波进行分散处理，将颗粒样品搅拌为悬浊液，第二步制作电镜分析用样品，用滴管把 悬浊液滴一滴到粘附有支持膜的样品铜网上，静置干燥后即可供理察分析㈡所得结果 受溶剂及分散处理等中间过程的影响较大。Kaegi等(2003)口1介绍一种操纵装置将颗粒 物从ESEllf样品上转换到删铜网上，两种分析方法可以联用，使得分析更有效。 (2)切片法 G1ikson等(1995)”1介绍了一种TEM样品制各方法，将颗粒物用去离子水从滤纸上 洗下来，干燥，加入树脂固定．用超薄切片机切成薄片，粘在铜网上供TEM观察。 (3)直接采样法 将带有支持膜的铜网或镍网(400目或200目)放在带有冲击器的采样器中采样，气 溶胶颗粒物直接沉降在网上，采样时间可以根据气溶胶的具体情况决定，以网上采刘分 布合适、不产生堆积的颗粒物为宜。目前大多数气溶腔颗粒物的TEM研究均采用这种方 法。也有采用热沉淀器“…将细气溶胶颗粒物收集在铜网上进行TEM分析，主要是利用温 差对细颗粒物的运动的影响来采集细颗粒物。 1．2 TEM分析 将粘附有气溶胶颗粒的铜网放在TEM中观察，利用TEM图像和选区电子衍射 (SAED)可获得颗粒物的形态、尺寸和结构信息；利用TEM附带的能谱仪(EDX)． 可以对原子序数大于11(Na元素)的元素进行定量分析，对于带有超小或“无”窗口 探头的能谱仪，可以探测到比B重的元素，能做定量分析。对于颗粒物种类的辨别，要 综合分析相关的TEM图像，$AED花样和化学成分，根据三者信息综合判断。 在TEM分析中应注意，由于TEM是在真空状态下工作的．挥发性物质(如水、 NH4NO、，某些有机物等)均会在真空状态下挥发掉，同时，有些颗粒物会在