4、表面活性物質(zhì)對(duì)SSA理化性質(zhì)的影響

4.1吸濕性

吸濕性是顆粒在相對(duì)濕度（Relative Humidity，RH）小于100%的平衡條件下吸收水分的能力。氣溶膠的吸濕性在很大程度上決定了其化學(xué)演化和壽命，并決定了對(duì)空氣質(zhì)量和氣候的影響，例如影響云滴活化以及輻射散射和吸收。目前在北冰洋、太平洋和大西洋等多個(gè)不同地點(diǎn)，都已經(jīng)對(duì)SSA的吸濕性進(jìn)行了大量研究，但是關(guān)于化學(xué)成分和吸濕性閉合的研究仍具有挑戰(zhàn)性。一般來說，無機(jī)鹽的吸濕性略高或遠(yuǎn)高于有機(jī)化合物的吸濕性。表面活性物質(zhì)由于能夠顯著改變表面張力，對(duì)大氣顆粒的吸濕性具有重要影響。例如，早期對(duì)亞飽和吸濕性顆粒生長(zhǎng)的測(cè)量表明，添加表面活性物質(zhì)會(huì)抑制無機(jī)鹽的吸濕性增長(zhǎng)。

在實(shí)驗(yàn)室中通過吸濕串聯(lián)差分電遷移率分析儀測(cè)量給定RH下的粒徑與干粒徑的比值，以通過吸濕性生長(zhǎng)因子來量化吸濕性。最近許多研究關(guān)注到表面活性物質(zhì)對(duì)顆粒吸濕性的影響。圖4總結(jié)了當(dāng)前一些研究中量化的表面活性物質(zhì)對(duì)SSA模擬物吸濕性的影響。

圖4單一組分或混合組分氣溶膠的吸濕性生長(zhǎng)因子

根據(jù)上述總結(jié)，表面活性物質(zhì)對(duì)SSA吸濕性的影響可能取決于其本身性質(zhì)，包括離子性、分子量、飽和度以及在其他有機(jī)化合物存在情況下的體相與表面的分配。例如，在包含糖和鹽的二元模型中，Estillore等發(fā)現(xiàn)與葡萄糖相比，質(zhì)量比相等的含表面活性藻酸鹽的氣溶膠具有較低的吸濕性。陽離子表面活性物質(zhì)增加了海鹽—葡萄糖混合顆粒的吸濕性因子，從而具有更強(qiáng)的CCN潛力。然而，對(duì)于含有海帶多糖的顆粒，由于更復(fù)雜的糖會(huì)阻礙表面活性物質(zhì)在顆粒表面的分配，表面活性物質(zhì)可能有助于降低海鹽—海帶多糖顆粒的整體吸濕性。為了準(zhǔn)確評(píng)估脂肪酸對(duì)海鹽氣溶膠吸濕性的影響，F(xiàn)orestieri等研究了由不同量的飽和及不飽和脂肪酸包覆的SSA模擬物的吸濕行為，對(duì)于涂有純棕櫚酸的顆粒，可能由于棕櫚酸能夠形成凝聚膜，觀察到吸水動(dòng)力學(xué)受到明顯限制。Swanson等的研究則表明，非離子表面活性物質(zhì)顯著促進(jìn)了NaCl水性顆粒的吸濕性增長(zhǎng)，而陰離子和陽離子表面活性物質(zhì)則沒有觀察到顯著偏差。

4.2 CCN活性

通過液態(tài)水的異質(zhì)成核而變成云滴的顆粒稱為CCN，而大氣粒子充當(dāng)CCN的潛力被稱為CCN活性。通過K?hler理論來描述一個(gè)給定的氣溶膠顆粒作為CCN的熱力學(xué)可行性，其主要基于液滴的曲率和表面張力（Kelvin效應(yīng)）以及溶質(zhì)的吸濕性（Raoult效應(yīng)）所導(dǎo)致的水蒸氣壓力平衡來預(yù)測(cè)氣溶膠顆粒活化。

表面活性物質(zhì)可以通過降低表面張力，貢獻(xiàn)溶質(zhì)及形成對(duì)水的吸收屏障來影響液滴活化動(dòng)力學(xué)進(jìn)而影響CCN活性。當(dāng)在K?hler計(jì)算中考慮表面張力降低時(shí)，由于假定表面活性物質(zhì)在顆粒體和表面之間的分配，導(dǎo)致臨界過飽和度降低和臨界顆粒濕直徑增加。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，由于表面活性物質(zhì)被分配到液滴外部而引起溶質(zhì)的減少可以抵消表面張力的降低。因此，在K?hler理論的框架內(nèi)，表面活性物質(zhì)可以對(duì)氣溶膠活化成云滴產(chǎn)生相反的影響。表2總結(jié)了已有研究中表面活性物質(zhì)對(duì)CCN活性的不同影響。

表2表面活性物質(zhì)對(duì)云凝結(jié)核（CCN）活性的影響

α-蒎烯臭氧化產(chǎn)物大氣顆粒主要由表面活性物質(zhì)組成時(shí)（約80%）會(huì)增加CCN活性

十二烷基硫酸鈉、油酸十二烷基硫酸鈉和油酸通過降低溶液表面張力，有助于增強(qiáng)產(chǎn)生的NaCl顆粒的CCN活性

高分子量類腐殖質(zhì)物質(zhì)表面活性的類腐殖質(zhì)物質(zhì)可以到達(dá)液滴表面，降低氣溶膠形成云滴的表面張力

戊二酸、丙二酸、琥珀酸低分子量二羧酸是水溶性表面活性分子，也可以導(dǎo)致表面張力下降并影響CCN活性

辛酸鈉、癸酸鈉、十二酸鈉、十二烷基硫酸鈉如果僅考慮表面張力降低，而忽略表面活性物質(zhì)的表面分配，則會(huì)大大低估實(shí)驗(yàn)的臨界過飽和度

丙二酸、壬二酸、己酸、順式蒎烯酸、油酸、硬脂酸無機(jī)—有機(jī)混合顆粒的CCN活性與溶解度相關(guān)，硬脂酸形成厚的有機(jī)涂層阻礙了水蒸氣的擴(kuò)散，能夠完全抑制硫酸銨的吸濕能力

十二烷基苯磺酸鈉十二烷基苯磺酸鈉可以通過降低所產(chǎn)生顆粒的吸濕性，產(chǎn)生更小的顆粒以及減少產(chǎn)生的顆粒總數(shù)量的方式導(dǎo)致CCN總數(shù)減少63%~75%

油酸、棕櫚酸、肉豆蔻酸除了在有機(jī)質(zhì)量比例過大時(shí)（>0.9），有機(jī)質(zhì)量對(duì)無機(jī)鹽顆粒CCN活性的影響可以忽略不計(jì)

棕櫚酸、硬脂酸、棕櫚油酸、油酸不飽和脂肪酸涂層對(duì)海鹽顆粒的CCN活性幾乎沒有影響，可能與不飽和脂肪酸形成的涂層不完整，以及雙鍵的存在導(dǎo)致涂層壓縮程度較低有關(guān)，從而導(dǎo)致通過液態(tài)不飽和脂肪酸涂層的擴(kuò)散比通過相應(yīng)的固體飽和脂肪酸涂層的擴(kuò)散更快

油酸、油酸鈉包裹1層油酸鈉或油酸涂層的顆粒表現(xiàn)出與純鈉鹽顆粒相似的CCN活性，而當(dāng)有機(jī)濃度增加10倍時(shí)也僅會(huì)略微抑制CCN活性

硅藻培養(yǎng)物由人工海水、含硅藻培養(yǎng)物的人工海水及北大西洋和北冰洋收集的真實(shí)樣品生成的SSA顆粒具有相似的CCN活性，說明SSA中生物源有機(jī)組分的內(nèi)部混合對(duì)北極混合相云的云滴活化過程沒有實(shí)質(zhì)性影響