大氣痕量氣體

大氣中含量很少的氣體組成成分。

基本介紹

• 中文名：大氣痕量氣體
• 外文名：atmospheric trace gases
• 相關術語：大氣痕量成分
• 學科分支：大氣化學

描述

大氣中氮、氧、氬、二氧化碳占乾空氣的99.997%，其他氣體只占0.003%，它們含量極少，多為痕量氣體。如氮氧化合物、碳氫化合物、硫化物和氯化物。它們參與大氣化學循環，在大氣中的滯留期為幾天至幾十年，甚至更長。它們中有一些是天然排放的，但有一部分是由於人類活動大量排放了各種痕量粒種，這些痕量粒種受到各種物理、化學、生物、地球過程的作用並參與生物地球化學的循環，對全球大氣環境及生態造成了重大影響。例如光化學煙霧、酸雨、溫室效應、臭氧層破壞等無不與痕量氣體有關。

某些痕量氣體

（1）氮氧化合物

不同於氮氣，氮氧化合物在大氣中屬於痕量成分，它們關係到大氣光化學煙霧、酸沉降和平流層臭氧的變化。氮氧化合物是光化學煙霧的先驅物，與碳氫化合物發生的化學反應是造成底層大氣中臭氧濃度升高的主要原因。氮氧化合物的主要來源是化石燃料在高溫條件下燃燒、生物質燃燒、汽車尾氣排放、土壤排放等，其中以人為排放量最大。氮氧化合物在降水天氣能溶於水中生成硝酸鹽後落至地面，因此易被降水清除，但是同時造成了酸性降水。

（2）氨

氨主要來源於地表，大部分由土壤中細菌對生物體的分解作用形成，小部分來自於工業廢氣和燃料燃燒。氨易溶於水，在酸性的液體中易生成銨鹽，能有效中和酸性降水，降低酸度。且銨鹽液滴蒸發之後，銨鹽粒子能飄浮於空中，成為很好的凝結核。

（3）甲烷

甲烷主要是湖泊、沼澤里的生物體腐敗後被細菌分解而來，天然氣、工業廢水和污水也是甲烷的一個重要來源。甲烷是一種溫室氣體，濃度增大會導致地面溫度升高。同時，它又是一種化學活性氣體，在大氣中易被氧化生成一系列氫氧化物和碳氫氧化合物，是常用燃氣成分之一。

（4）硫化物

二氧化硫是大氣中最重要的一種硫化物，是大氣環境酸化和酸雨形成的根源之一。它可在大氣中轉化為硫酸和硫酸鹽，之後被雲滴和雨滴吸收，使降水呈酸性。隨著工業的發展，燃料燃燒放出的二氧化硫不斷增加，在人口稠密區和工業區二氧化硫濃度很大。由於其很容易溶於水被稀釋，因此大氣中二氧化硫濃度分布極不均勻。

硫化物主要來源於地球表面，自然過程排放的硫化氫氣體，在大氣中極易被氧化，因此雖來源豐富，但濃度卻不高。火山爆發、海浪濺起的泡沫中含有豐富的硫酸鹽。自工業化以來，大氣中硫酸鹽的濃度在海洋上大約增加了2～4倍，陸地上增加了4～15倍。

（5）臭氧

臭氧主要分布於10～50千米的平流層大氣中，雖然其在大氣中所占比例極小，但對太陽紫外輻射吸收很強，因此它是大氣中最重要的痕量成分之一。強紫外線能夠使重要的生物分子分解，危害農作物和水生生態系統，還會提高人類患皮膚病、白內障和免疫缺損症的機率，因此臭氧的存在對地球生態系統具有非常重要的影響。

在大氣對流層中也存在少量臭氧，且目前對流層內臭氧含量增加已經引起人們的重視。平流層中的臭氧有助於維持地球生命活動，對流層中的則不然。臭氧是一種很強的氧化劑，在大氣污染物轉化過程中起到了重要的氧化作用。它能促進二氧化硫的氧化和氮氧化物的轉化，造成酸雨和光化學煙霧的形成。且臭氧本身也是一種大氣污染物，高濃度的臭氧會傷害人和動物的呼吸系統，還會造成森林大面積死亡。

測量方法

光譜學測量法

光譜測量技術因其探測靈敏度高，能夠滿足大氣痕量氣體的監測要求，且具有選擇性強、探測區域範圍廣、能夠探測的氣體種類多、回響時間快、適宜實時監測、監測費用和成本低等特點，在大氣化學中有廣泛的套用。主要原理是：利用分子對光輻射的吸收特性，即一束光穿過大氣，會被大氣分子選擇性吸收，使光強度和光譜結構發生變化，通過分析吸收光譜，可以定性確定某些成分的存在，甚至可以定量分析某些物質的含量。

光譜學測量技術的優勢：（1）可以反映一個區域的平均污染程度，不需要多點取樣，便於連續監測；（2）能對不易接近的危險區域檢測；（3）可以同時測量多種氣體成分。

現代化學測量法

現代化學測量法常用於光譜學技術測量的對比測量中，主要利用痕量氣體的一些化學特性來對其進行分辨和測量。主要化學測量技術可歸納為：（1）色譜、質譜分析和色譜—質譜聯用技術；（2）化學發光測量技術；（3）基體分離和電子自旋共振法；（4）絕熱超聲膨脹與雷射誘導螢光法。