中國科學院大氣物理研究所等

新研究有望提高氨氣分子被動採樣器的準確性

近年來，我國大氣中硫酸鹽濃度大幅下降，硝酸鹽卻居高不下。爲進一步改善空氣質量，中國開始實施氨減排。爲了揭示大氣氨濃度變化及其來源規律，基於擴散吸附原理的被動採樣器被廣泛用於大氣氨濃度測量中，併成爲全球大氣氨觀測網絡的標配。然而，被動採樣器表徵大氣氨同位素的可靠性一直是個國際難題。

近日，中國科學院大氣物理研究所、中國科學院瀋陽應用生態研究所、華東師範大學、美國布朗大學等單位的合作研究，對歐洲、美國和中國廣泛使用的被動採樣器開展了適用性評估。結果顯示，ALPHA、Analyst和Radiello這3種被動採樣器得到的氨同位素15N具有一致性，但它們的採樣結果都顯著低於擴散管主動採樣系統。這一結果提示氨氣同位素分子擴散引起了氮同位素分餾效應。相關研究結果發表在Atmospheric Research 。

潘月鵬解釋，由於以14NH3爲代表的輕同位素和以15NH3爲代表的重同位素分子量不同，它們在空氣中擴散的速率也不同，這造成了氨同位素的分餾，導致15NH3含量降低了17.7‰，這與在北京實際大氣中觀測到的下降15.4‰的差異非常接近。

值得一提的是，該論文合作者、美國布朗大學博士Walters在測量美國羅得島和中國瀋陽交通源氨同位素時也發現了類似的分餾現象，證明了北京外場觀測結果的普遍性和理論計算的自洽性，即15.4?‰可作爲校正被動採樣器氨同位素分餾效應的參數。

“由於氣體擴散遵循菲克定律，該參數也適用於NOx、HONO和HNO3等其它含氮氣體同位素數據的校正。”潘月鵬及合作者認爲，校正氣體分子擴散中的同位素分餾效應將大幅提升被動採樣測量數據的可靠性，促進被動採樣器在氣態污染物同位素溯源研究中更廣泛應用。

大氣氨被動採樣和主動採樣外場對比實驗（2018年8月北京） 中國科學院大氣物理研究所供圖

被動採樣（左）和主動採樣（右）大氣氨同位素測量結果及差異形成的原因，即同位素分子不同的流動性造成了氨在空氣中擴散過程的同位素分餾效應 中國科學院大氣物理研究所供圖