二次气溶胶模拟舱定制：解码大气复合污染的"科研利器"

在大气污染防治领域，二次气溶胶（由气体前体物经化学反应生成的颗粒物，如硫酸盐、硝酸盐、铵盐、二次有机气溶胶SOA等）是PM2.5的主要贡献者，占比常超50%。其生成过程涉及多相反应、非线性耦合及复杂环境条件（如温湿度、光照、污染物浓度比）的动态作用，传统观测手段难以复现关键变量。为精准揭示二次气溶胶的生成路径与演化规律，二次气溶胶模拟舱作为可调控、可重复的实验平台，成为科研机构、环保部门及企业的重要工具。而定制化设计，则是满足不同研究场景需求的核心支撑。

一、二次气溶胶生成的"复杂性"与模拟舱的必要性

二次气溶胶的生成并非简单"排放-沉降"过程，而是包含气相氧化、液相成核、颗粒物生长及吸湿增长的多阶段反应链。例如：

· 前体物多样性：SO?（来自燃煤）、NO?（来自机动车/工业）、VOCs（来自化工/油气挥发）等气体，在OH自由基、O?等氧化剂作用下转化为硫酸（H?SO?）、硝酸（HNO?）、半缩醛等中间产物；

· 环境条件敏感性：冬季低温高湿易促进H?SO?与NH?结合生成硫酸铵，夏季强光照则会加速VOCs光解生成SOA；

· 动态非稳态：实际大气中，污染物浓度随昼夜、季节波动，反应路径可能因外部条件（如降雨、风速）突变而改变。

传统外场监测虽能获取真实数据，但无法分离单一变量；传统反应釜则因体积小、流场不均，难以模拟大气的湍流混合与尺度效应。二次气溶胶模拟舱的出现，通过精准调控环境参数、模拟前体物输入及实时监测反应过程，为机理研究提供了"可操控、可观测"的实验室环境。

二、二次气溶胶模拟舱的核心技术与定制要点

一套完整的二次气溶胶模拟舱，需集成环境调控、前体物输入、反应模拟、多参数监测四大核心功能，其定制化设计需紧密围绕研究目标展开。以下是关键技术模块及定制逻辑：

1. 环境参数精准调控系统

模拟舱需复现大气的温度（-20℃~50℃）、湿度（10%~90%RH）、气压（80~110kPa）及光照条件（紫外-可见光光谱，辐照度0~1200μW/cm?）。例如，研究北方冬季重污染时，需模拟低温高湿环境（5℃、80%RH）；研究夏季SOA生成时，则需强化光照模块（辐照度800μW/cm?）。定制时需根据研究对象（如区域污染特征、季节差异）选择温湿度范围、光照类型（如氙灯模拟太阳光、LED光谱可调）。

2. 多组分前体物输入与混合系统

模拟舱需支持气体（SO?、NO、NO?、O?）、液体（硫酸溶液、硝酸溶液）、VOCs（甲醇、甲苯等）的动态注入，并通过高效混合装置（如涡旋混匀器、射流混合器）实现均匀扩散。针对复杂反应路径（如气相氧化→液相成核→颗粒物生长），部分模拟舱还配置了膜进样装置或在线稀释系统，确保前体物浓度梯度可控。

3. 全参数监测与数据采集

为捕捉二次气溶胶的生成动态，模拟舱需配置多维度监测模块：

· 粒径分布：电迁移率粒径谱仪（SMPS，10~1000nm）或激光诱导白炽光（LII）技术；

· 质量浓度：β射线法（B射线）或光透射法（浊度计）；

· 化学组成：热脱附-气相色谱-质谱（TD-GC-MS，测VOCs/SOA）、X射线荧光光谱（XRF，测无机元素）、傅里叶红外光谱（FTIR，测含硫/氮化合物）；

· 光学特性：积分浊度仪（测消光系数）或紫外可见分光光度计（测吸收系数）。

定制时需根据研究重点（如成分分析vs.光学效应）选择监测设备的组合与精度，例如研究SOA的挥发特性需强化热脱附模块。