气溶胶

提示：此条目页的主题不是悬浮粒子。

气悬胶体（aerosol；又称 气溶胶、气溶胶、烟雾质），是指固体或液体微粒稳定地悬浮于气体介质中时形成的分散体系，其中颗粒物质则被称作悬浮粒子，其粒径大小多在0.01-10微米之间，根据其生成原因可分为自然源及人为源两种。气悬胶体会吸收或散射大气辐射减少到达地表之辐射量，另外也会成为凝结核而影响云的性质，进而改变地球的气候。

气溶胶污染遍及北印度与孟加拉。图片来源：美国国家航空航天局NASA。

气溶胶的种类

自然源

• 天然气溶胶：云、雾、霭、海盐、火山灰、灰尘等。
• 生物气溶胶：微粒中含有微生物或生物大分子等生物物质的称为生物气溶胶，其中含有微生物的称为微生物气溶胶。

人为源

人为排放之气溶胶与空气污染相关，常见成分有硫酸盐、黑碳、烟等。

气溶胶的观测

气溶胶会吸收或散射特定波长之太阳光，尤其是550nm左右波长之可见光。透过地面观测与太阳常数之比较，可以求得气溶胶光学厚度作为衡量总大气柱内气溶胶浓度之高低。由比尔-朗伯定律：

$I=I_{0}\,\exp ^{-m\,\tau _{a}}$

可得

$\tau _{a}={\frac {\ln I-\ln I_{0}}{m}}$

其中：

• $I_{0}$ 为太阳常数。
• $I$ 为地面或卫星观测半径。
• $\tau _{a}$ 为气溶胶光学厚度。

目前常见的气溶胶观测仪器如下：

太阳光度计

美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的Aeronet （页面存档备份，存于互联网档案馆）。

短波旋转辐射仪

旋转辐射仪（MultiFilter Rotating Shadowband Radiometer，MFRSR）为美国国家海洋暨大气总署全球监测部（Global Monitoring Division，GMD）下设立的仪器之一。透过观测不同波段的地面全天及散射辐射通量，可以反演出大气的气溶胶光学厚度。

气溶胶对环境的影响

火山爆发使太阳辐射降低

氯氟烃（CFCs）对臭氧的影响

臭氧天然存在于地球的高层大气中，形成一个气层，可防止一部分紫外辐射照射到地球上。如果这个大气臭氧层变得更稀薄，则会有更多的紫外线到达地球，可能损害作物，恐怕还可能导致人类的皮肤癌发生率增加。

20世纪70年代，美国科学家断定，臭氧的浓度正在缓慢降低。来自气溶胶及其他来源的氯氟烃（CFCs）正在上升到高层大气，在那里被紫外线分解。这种作用释放出氯原子，后者与臭氧形成新的化合物。理论上，大气臭氧在此过程中逐渐减少。

这种研究结果引起广泛的注意，1978年美国政府在大部分产品中禁用CFC气溶胶。两年后，美国声明，它打算首先制止所有产品中CFC产量的增长，然后急速削减生产。气溶胶工业辩驳这种行动，宣称臭氧耗竭论有问题。他们还坚持，美国的行动没有国际合作，损害了美国工业而不解决任何问题。到了1981年底，只有加拿大、瑞典和挪威与美国一起禁止CFC气溶胶。欧洲共同市场各国已贯彻缩减使用碳氟化合物喷射剂。

烟雾对大气影响

烟雾可危害多种物质，包括动植物。化学方法产生的一团烟雾可刺痛眼睛并使呼吸困难。如果烟雾产生于大量烧煤和工业排放气体废物的地区，则这种有害气体通常含有二氧化硫和氮的各种氧化物。汽车排气含有燃料的未完全燃烧部分。

有害物质可传播很远。例如，二氧化硫可与大气水分化合而生成硫酸。然而风可将含酸的云吹走许多千米，然后才以污染性酸雨的形式释放出它的水分。

在阳光强烈和风力轻微的地方，所产生的烟雾危害最大。在这种情况下，大气逆温常在一个地区的上空保持一团静止的空气。在逆温中，重空气位于较轻空气的上面并压住它。阳光使一些汽车排出的烟气变为臭氧。停滞空气中的臭氧增多，可导致很多危害。烟雾的有害作用已成为制定防止污染的法律中的主要因素。

气溶胶产品

在气溶胶产品中，将待喷施的产品用一种称为喷射剂的气体保持着压力。待阀门打开，该气体即将该产品以喷雾或泡沫的形式喷出。

在气溶胶商品中，将气体加压贮存于罐中。该罐封闭后气体充满该产品上面的空间，使用产品时气体即膨胀。随着产品的消耗、压力不断降低。这种类型的气溶胶用于释放大滴的喷雾，如用于洗衣的预去污机、表面杀虫剂和发动机起动器中。欲得均匀的压力，须将产品与喷射剂相混合，后者可以是一种液体，当使用产品时它急速 蒸发到剩余空间中。如果将一种适当的气体在足够的压力下溶解在产品中，也可获得同样的效果。必须蒸发该气体以保持压力。

采用喷射剂的类型取决于产品的最终用途。食品的常用喷射剂必须无味、无毒。如二氧化碳、氮和氧化亚氮。非食品气溶胶的最常用喷射剂是烃类，通常是丙烷、异丁烷和正丁烷的混合物。合成化合物中的氯氟碳化合物（CFC）类成员也已广泛应用。但它们可危害环境。

参考文献

• Colbeck, Ian, Mihalis Lazaridis (editors). Aerosol Science: Technology and Applications. John Wiley & Sons - Science. 2014. ISBN 978-1-119-97792-6. 
• Hinds, William C. Aerosol Technology 2nd. Wiley - Interscience. 1999. ISBN 978-0-471-19410-1. 
• Hidy, George M. Aerosols, An Industrial and Environmental Science. Academic Press, Inc. 1984. ISBN 978-0-12-412336-6. 

延伸阅读

• Friedlander, Sheldon K. Smoke, Dust and Haze 2e. 2000. ISBN 978-0-19-512999-1. 
• Kulkarni, Pramod; Baron, Paul A.; Willeke, Klaus, Aerosol Measurement - Principles, Techniques, and Applications, （页面存档备份，存于互联网档案馆） 2011, John W&S, ISBN 978-0-470-38741-2.
• Preining, Othmar and E. James Davis (eds.), History of Aerosol Science, Österreichische Akademie der Wissenschaften, ISBN 3-7001-2915-7 (pbk.)
• Aerosol Education Resources
• Pruppacher, H. R.; J. D. Klett. Microphysics of Clouds and Precipitation 2nd. Springer. 1996-12-31. ISBN 978-0-7923-4409-4. 
• Seinfeld, John; Spyros Pandis. Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change 2nd. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. 1998. ISBN 978-0-471-17816-3. 

参看

• 氟氯烃
• 悬浮粒子
• 大气污染

外部链接

• 台湾气胶研究学会 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• International Aerosol Research Assembly （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• American Association for Aerosol Research （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• NIOSH Manual of Analytical Methods (see chapters on aerosol sampling) （页面存档备份，存于互联网档案馆）