物理吸附分析仪

5月17日，美国康塔仪器公司推出的新一代全自动物理吸附分析仪——Autosorb iQ，在享誉盛名的国内学府——复旦大学化学系物化组成功安装，复旦大学也成为了康塔公司新推出的高端产品Autosorb iQ国内的首位安装客户。 　　康塔(Quantachrome)作为著名的当代颗粒技术开创者。四十年来，康塔(Quantachrome)的科学家不断革新了测量技术并设计了相应的仪器，使得粉体及多孔物质的测量更加精确、精密，更加可靠。从未停下自己前进脚步的康塔，近期发布的新一代气体吸附分析仪—Autosorb-iQ，它向世人宣告了一个新时代的来临。多功能集成、模组化设计、超精细微孔分析、TPR/TPO/TPD化学分析以及质谱联用功能等等，诸多种种将向你证明：Autosorb-iQ不是仪器，而是你的全能好帮手! 　　作为第一所由中国人通过民间集资自主创办的高等学校，经历逾百年沿革的复旦大学在培养人才、创新科技、传承文明、服务社会方面为国家作出了突出贡献。在科研教学上，复旦也是一直秉持着严谨的教学风格,科研水平也是位列国内前端。这次复旦与康塔的成功合作，正是国内乃至国际高端科研单位合作的典型范例。康塔也期待着能够与更多的单位在科研上进行良好的合作。 　　复旦大学也成为国内第一个第二代Optistat® DN低温恒温器的用户. 　　随着材料科学的迅猛发展,科学家对不同周期或不同温度的材料吸附实验提出了更高的要求, 康塔公司与世界著名的低温专业公司OXFORD合作在Autosorb-iQ全自动物理/化学吸附分析仪上联合开发了取代冷阱杜瓦的第二代Optistat® DN低温恒温装置。该装置专用于Autosorb-iQ系列仪器。从此, Autosorb-iQ实现了在77K到200K之间进行无限制气体吸附实验的可能。 　　该装置具有以下特点： 　　- 仅用液氮做冷媒, 专用于Autosorb-iQ系列全自动物理/化学吸附分析仪 　　- 可在77K到200K之间进行无限制气体吸附实验 　　- 无需液氩在87K进行高分辨微孔/介孔氩吸附分析 　　- 对不同吸附物质在不同温度下进行宽范围的准确测量 　　- 吸附热的准确测定 　　- 温度精度: +/- 0.03K 　　- 在样品区具有三点校正的温度传感器 　　复旦大学化学系的研究方向之一为物理化学和材料科学的交叉领域-功能材料电化学，当前主要的研究方向为(1)新型储能材料和储能技术的研究，包括液体锂离子电池、、电化学电容器、染料敏化太阳能电池、燃料电池等 (2)无机-有机纳米复合材料在储能、催化、光致发光、物质分离及生物医药等领域中的应用 低温恒温器与Autosorb的结合为催化剂开发和新材料研究提供了新的实验手段。 　　同时安装的仪器还有美国康塔仪器公司引以为荣的Quadrasorb SI全自动四站比表面和孔径分析仪,这是该系安装的第二台高通量实验仪器.今后,将有更多的康塔公司产品为复旦大学的科学研究服务。

世人称之为“世界第八大奇迹”的秦始皇兵马俑是为“千古一帝”秦始皇陪葬，这本已是众所周知。可是，随着最近《芈月传》的播出，许多民间研究者又提出异议，认为兵马俑是为秦宣太后陪葬的。最近央视一个节目中，建筑学学者陈景元先生就认为兵马俑陪葬的不是秦始皇，而是秦始皇的祖母秦宣太后（芈月）。在电视节目中，陈景元提出了一个又一个论据，被誉为“秦俑之父”的袁仲一先生则进行了针锋相对的批驳，双方你来我往，唇枪舌战，似乎说得都有道理。那么，真相到底如何？ 文史圈儿的事儿，按说科技圈儿不好多嘴，毕竟隔行如隔山。只是，正因为隔行如隔山，可能两位学者对于接下来要提到的这款设备，或许也不是那么了解，虽然，它可能对于评判甚至解决这个争议，的确能扮演非常重要的角色。事实上，在2009年，英国曼彻斯特大学和爱丁堡大学的研究者就已经利用这款仪器，开发出了一项新技术，用于对上千年的古代陶瓷和砖瓦进行年代确定——它就是美国康塔仪器公司的全自动双站水吸附分析仪Aquadyne DVS。当然，我们并不是说国外的招儿在国内也一定有用，但他山之石或许可以攻玉，聊作参考也未为不可。 目前，英国这项基于美国康塔仪器公司水吸附分析仪开发的技术已经成为与碳14断代方法的并行方法，这款水吸附分析仪可以通过精确控制温度和湿度的条件，能将样品质量测量至0.1微克。这项技术不仅使对考古学断代和高度仿真的赝品测年成为可能，也可以通过研究已知年代的标本，为调查气候变化提供帮助。这项研究报告- ' Dating fired-clay ceramics using long-term power law rehydration kinetics' - 已经发表在英国皇家协会会刊（Proceedings of the Royal Society A） 这项断代技术的关键是基于以下事实：烧制粘土类终生都自始至终地从大气环境中吸附水汽，其吸附速率与周边平均温度和粘土性质有关。已经确认，少量样品（通常3-5g）被加热到105°C后，其毛细管中的水即被去除，从而得到“初始接收”质量，然后加热到500°C四小时，即可除去样品一生累积吸附的所有水分。这个“初始接收”质量和最终质量的差值代表了样品终生吸附的水汽。 其次，在样品冷却后，对样品质量在所控温度和相对湿度条件下进行吸湿性监测，能够获得样品重新结合水后的动力学增长曲线。相对湿度通常保持在30.0±0.1% RH，而温度设定为在样品发现地的长期平均温度（经验值）。 对水汽的吸附，这里术语叫做再羟基化（rehydroxylation，RHX），符合1/4幂次方规律。质量数据采集由美国康塔仪器公司Aquadyne DVS 全自动双站水吸附分析仪执行，每30秒采集一次质量数据，一个测量周期一般为2到5天。从图上，我们能够推断出“初始接收”质量，因此我们能测定出样品的年代。当伦敦博物馆提供了一个来自于查尔斯二世在格林威治的建筑中的未知样品时，研究者测定出其原始煅烧年代为1691± 22年。事实上，该建筑建造于1664-1669，新的断代技术所确定的年代与十七世纪九十年代的变化是相符的。其他2000年以前的样品也已成功地进行了分析，研究人员相信，该技术对上万年的样品同样有效。 好吧，根据英国这边的实验表明，利用康塔仪器水吸附分析仪这项技术，断代误差在30年以内（上文写的是22年）。那么，秦始皇和秦宣太后差了大概有55年（具体的，以文史专家给出的数字为准）？如果是这样，其实答案就简单了，一测便知真假。当然，或许事情并不只是这么简单。毕竟如上所说隔行如隔山，对于另一个领域，我们应保佑起码的尊敬，真相以专家结论为准。我们所能解决的，终归只是技术层面的问题，下面要讲到的，就是较为纯粹的技术了，兴趣不大的，可以绕行。Aquedyne DVS 非常适合这个应用有多种原因。 显然，长期稳定地测量质量精确到0.1ug的能力是至关重要的，但严格控制样品室的温度和相对湿度也是重要因素。此外，美国康塔仪器公司的完整的微天平具有双称量盘，这意味着可以同时进行两个样品的平行分析，并提高了生产率。曼彻斯特大学机械、航天和土木工程学院的莫伊拉威尔逊博士（Dr Moira Wilson）认为：比起其它技术，Aquadyne DVS产生的数据要好得多。"起初我们想用传统的顶装盘，但结果表现出太多散点。当我们试用Aquadyne DVS的微天平头，所产生的清晰的图形曲线给我们留下深刻印象。” 虽然Aquadyne DVS不是市场上唯一的水吸附分析仪，威尔逊博士还是没有任何犹豫地选择了它：“我的一位同事以前曾经使用过康塔仪器微天平系统，并认为它是非常优秀的。并且，他在英国布里斯托尔大学的同事也对这种微量天平给出一致好评。实验表明，Aquadyne DVS可以满足我们的所有要求，并且具有明显优势。” 此外，当威尔逊博士和她的团队开发新的断代技术时，他们得到制造商的持续服务和支持，为此受到广泛赞赏。人们很早就知道，陶瓷吸收水分，但测量非常小的应变（扩展）结果是极其困难的。改成基于质量的测量方法不仅创造了为古代陶瓷断代的机会，它也使现代陶瓷中与吸湿性有关的问题－－ 如釉料开裂－－更容易地调查原因。 新的测年技术之所以出色，原因之一是它仅需的装置是一个小型高温炉炉和水吸附分析仪，用于测量“初始接收”质量和再羟基化之前的最终质量。这使得该技术更简单，更快，比现有的陶瓷断代技术花费低，如热释光方法。 威尔逊博士继成功开发烧制粘土的测年技术后，现在准备进一步用Aquadyne DVS开展工作，如测量胶结材料的水化率和碳化率，调查粒径对粉末陶瓷吸附动力学的影响。 技术介绍 再羟基化（RHX）的测年方法完全是在研究烧制粘土砖水分膨胀的可逆性时获得的意外收获。RHX的过程是由粘土烧制陶瓷对大气水分的化学吸附，这个过程是通过超慢的纳米级固态运输（一维扩散，SFD）进入粘土体内的。这项工作导致发现了一个新的动力学定律：水分膨胀的超慢反应动力学（以及质量增加）服从（时间）?幂律[1]。简单地说，对t?的时间依赖性意味着相等的质量将以1，16，81，256等增加（对应14,24,34,44等）。这些时间单位可以是秒，分，天或年。 因为再羟基化的过程是一个化学反应，其进程主要取决于温度。已证明[2]，可根据出土样品的地点对“有效寿命温度”（ELT）进行估计，它是从执行分析到所能看到的近乎样品的终生的可靠温度。 在英国曼彻斯特大学的研究已经率先使用的微重量测量，使用Aquadyne DVS重量法水吸附分析仪（康塔仪器）进行RHX测年[3]。它的有效寿命温度（ELT）主要取决于获取样品的地点，在样品的有效生命周期内，提供一个适合的温度环境使其能顺利的分析样品。图1：这个图表显示了原始实验数据m2，证明了RHX测量方法的精确性。它的成功需要维持持续恒温以及空气中的相对湿度。 根据曼彻斯特大学的研究分析，运用全自动双站水吸附分析仪可以做微重量RHX数据分析。 在原理，RHX测年法的核心就是简单明了；然而，想要成功测出一片烧制陶器的年代还是有些困难的，所以我们尝试用RHX测量超慢速度质量的增加，一般地，每3天增加6mg. 在持续恒温和相对湿度的条件下测量样品（大约0.1ug）；全自动动态水吸附分析仪可以做到这点，请看图1. 实验方法 Wilson已经详细说明了RHX测年法的过程。首先，m1样品需要在105摄氏度下脱气，直到达到一个恒定的质量。在这点上所有的物理吸附水分用T0表示，化学吸附脱气可能会超出样品能承受的脱气温度。然后把样品放在天平室，温度控制在ELT，(一般8到11摄氏度)，相对湿度需要仔细的控制在可以提供水分子表面的层面。在这些条件下，样品可以保持平衡。当样品达到平衡点，会测量出原始样品质量m2. 在这些温度和湿度的条件下，通过RHX测年法测出陶土的原始质量以及水吸附值。 接着,将样品加热至500摄氏度直到脱尽样品中的所有水分，包括物理吸附和化学吸附（T0，T1，T2）的水。监测m1的质量损失，直到达到恒定质量m3. 然后把样品放置在与之前相同的温度和湿度条件下，得到数据m2。获得原始质量数据后，重新加热到500摄氏度，Savage等【5】描述了特征性的质量增加时的两个阶段过程。 第I阶段是样品从500℃冷却并在未来的环境条件下的平衡。第II阶段的质量增益，只是由于再羟基化过程（T2）。质量增加的这个部分只是来自于M4，从M4可以推断出M2并用于年代测定。 图2：该图显示了原始实验数据。红色划线部分是用来计算RHX速率常数（阶段II）。在这之前看到的质量增加是因为几个过程同时存在（阶段I）。虚线与Y轴相交点就是m4. [4] 样品的再羟基化所引起的归一化质量改变（ya）与样品寿命时间的1/4幂次方成正比：Yα=α(T)t1/4 比例常数α（T）是在温度T所获得的数据，以质量的线性部分相对t?作图时的斜率，如图2所示。Yα=(m2-m4)/m4样品的年代（tα）计算可用公式：tα=(yα/α)4这些关系示于图3。这里可以清楚地看到的三种不同类型的水的质量贡献。图3：再加热到500摄氏度后，质量增加量对时间?的关系。（a） 特征性的二个阶段的质量增加。这是所有3种类型的水分T0+T1+T2(~27,000数据点) 结合。这些成分的结合所贡献的总质量值也可以被分割成(b)和(c)，如图所示。（b） 只有T0+T1会影响质量值，并且当样品与周围的环境达成平衡时，质量值就会停止变化。这个质量值的变化可以用于跟踪环境温度和相对湿度的改变。（c） 因T2再羟基化而产生的质量增加。 结论 Aquadyne DVS全自动双站水吸附分析仪可以精确的控制相对湿度和温度，并且超级灵敏的微天平可以使其测出上百年甚至是几千年前的陶瓷、陶器和粘土文物的年代。 袁仲一先生西北大学、西安交通大学教授，秦始皇兵马俑博物馆馆长。现任中国考古学会理事，陕西考古学会副会长，陕西省司马迁研究会会长，秦始皇兵马俑博物馆名誉馆长，陕西省秦俑学研究会会长和秦文化研究会副会长。1998年10月被陕西省人民政府聘任为省文史研究馆馆员。被尊称为“秦俑之父”。（介绍来自百度百科） 陈景元先生毕业于西安建筑工程学院建筑系，后长期在江苏省国土厅工作的建筑学家陈景元1961年曾参与秦始皇陵的保护规划，1984年他发表文章质疑兵马俑的真正主人是否秦始皇，未得到重视。今年，他又在《中国科学探险》杂志(第2期)发表了《兵马俑的主人根本不是秦始皇》一文，遭到学界反驳。为此，陈景元上月到河北至咸阳的崤函故道进行实地考察，确信殁于河北邢台的秦始皇不可能被运回陕西安葬，因而，非但兵马俑不是秦始皇的陪葬，就连陕西骊山脚下的秦始皇陵也值得质疑……（介绍来自百度）

大气气溶胶是指悬浮在大气中的固体和液体颗粒共同组成的多相体系。人们所处的大气环境实际就是由不同相态的颗粒物均匀分散在空气中形成的一个气溶胶体系。常见的大气气溶胶包括直接排放至大气的沙尘、道路扬尘和黑炭等一次颗粒物，以及通过化学反应形成的二次颗粒物，例如二氧化硫和氮氧化物通过大气氧化形成的硫酸盐和硝酸盐等。由于大气气溶胶的环境、气候及健康效应，在过去几十年里，对它的理化性质的研究正日益受到包括化学家、环境学家等科学家等的重视。吸湿性是气溶胶最重要的物理化学性质之一(Tang et al., 2019a)。例如对于研究大气化学来说，吸湿性会影响实际环境条件下大气颗粒物的含水量，从而会影响颗粒物的大气化学反应活性；从大气能见度和直接辐射强迫的角度来看，在实际大气环境中，颗粒物吸水会导致其粒径增大，从而影响颗粒物的光学性质，继而影响气溶胶的消光系数、对能见度的影响以及对直接辐射强迫的影响；另外，气溶胶的吸湿性也与气溶胶颗粒物的云凝结核活性和冰核活性密切相关。1. 已有吸湿性测量技术的局限性现有研究中常用的吸湿性测量技术主要有吸湿性分级差分迁移率分析仪（H-TDMA）、电动力天平、显微镜以及红外光谱等(Tang et al., 2019a)。目前最常用的吸湿性测量技术为H-TDMA，该仪器是通过测定不同相对湿度下气溶胶的电迁移率直径来研究其吸湿性。使用该仪器对气溶胶的吸湿性进行表征时，必须假设气溶胶为球形，但某些颗粒物的形貌并不规则，例如花粉、烟炱以及矿质颗粒物等。另外，H-TDMA的测量精度较为有限，仅可测定颗粒物大于1%的直径变化。电动力天平是通过测量单个颗粒物的质量变化来研究其吸湿性，虽然它对颗粒物的形貌没有要求，但该仪器的灵敏度同样比较有限，一般只能测量大于1%的质量变化。此外，显微镜也常用于测量颗粒物的吸湿性，它可以通过测量颗粒物的形貌变化来直接观察颗粒物粒径的大小变化从而研究其吸湿性。然而该技术同样基于球形颗粒物的假设，且灵敏度有限。另外，红外光谱是一个非常灵敏的吸湿性测量方法，该方法通过测量颗粒物中水的红外光谱来研究吸湿性，但把颗粒物中水的红外吸收光谱定量转换为颗粒物的含水量时存在一定的限制。2. 蒸汽吸附分析仪虽然目前用于颗粒物吸湿性的测量手段较为丰富，但准确测定非球形的或者吸湿性较弱的颗粒物的吸湿性仍然是一个很大的挑战。本课题组自主开发和建立了使用蒸汽吸附分析仪测量大气颗粒物吸湿性的新方法，相关研究成果由Atmospheric Measurement Techniques发表(Gu et al., 2017a)。该方法通过测定不同相对湿度下颗粒物的质量变化来研究其吸湿性，其原理如图1所示。图1. 蒸汽吸附分析仪的装置示意图(Gu et al., 2017a)该仪器对颗粒物的形貌没有要求，且具有卓越的灵敏度，能够准确测定小于千分之一的质量变化；在温湿度控制方面性能突出，所能研究的相对湿度最高可达98%。由于上述卓越性能，这项测量技术非常适用于研究形貌不规则或吸湿性较弱的大气颗粒物（比如矿质颗粒物、烟炱和生物气溶胶等），目前已被成功用于研究花粉颗粒物(Chen et al., 2019 Tang et al., 2019b)、矿质颗粒物(Guo et al., 2019 Tang et al., 2019c Chen et al., 2020)、高氯酸盐(Gu et al., 2017b Jia et al., 2018)等的吸湿性，大幅度提高了我们对上述几类物质吸湿性的科学认识水平。下文将介绍蒸汽吸附分析仪的几个典型应用。2.1 花粉颗粒物花粉颗粒物是最重要的生物气溶胶之一，其年排放量为 47-84 Tg，对大气环境、人体健康和气候变化具有重要影响，同时也在植物繁衍和和生态系统演化中起着关键作用。吸湿性是花粉颗粒物最重要的理化性质之一，其会影响花粉颗粒物的质量与形貌，从而影响花粉在大气环境和呼吸道中的迁移和传输。由于花粉颗粒物的形貌不规则，且吸湿性较弱，因此先前已有的吸湿性测量技术较难准确测定花粉颗粒物的吸湿性，而我们的方法对颗粒物的形貌无要求且非常灵敏，所以非常适合用于研究花粉颗粒物的吸湿性。图2. 花粉颗粒物的产生、传输及其环境、气候及生态效应在我们已经发表的两项工作中(Chen et al., 2019 Tang et al., 2019b)，我们研究了25和37摄氏度下共17种国内外代表性花粉（12种风媒、5种虫媒）的吸湿性。我们发现这些花粉颗粒具有相对较强的吸湿性。例如，当相对湿度从0%升高至90%时，花粉颗粒物的质量增加了30%-50%，当相对湿度达到95%时，花粉颗粒物的质量基本接近于干燥条件下的2倍，如图3所示。另外就目前已有的数据（包括本研究和前人的研究）来看，风媒花粉和虫媒花粉的吸湿性似乎没有系统差异，而中国常见花粉与欧洲/北美常见花粉的吸湿性也非常相似。此外，两个温度下（25和37摄氏度）花粉颗粒物吸湿性的差异比较小。本研究对于深入认识花粉颗粒物的环境行为具有重要意义，尤其是37摄氏度下的实验结果，为模拟花粉颗粒物在呼吸系统内的传输和沉降以及评估其对人体健康的影响提供了关键基础数据。图3. （a）松树花粉与（b）梨树花粉分别在25和37摄氏度下的吸湿性2.2 矿质颗粒物由干旱和半干旱地区地表排放进入大气的矿质气溶胶是一种非常常见的大气颗粒物，其年排放量居于全球第二位，大气含量则居于全球第一位。图4展示了一次典型的沙尘暴事件。矿质气溶胶作为对流层中最重要的气溶胶之一，显著影响全球大气污染、气候变化以及生物地球化学循环。吸湿性在很大程度上决定了矿质气溶胶对大气化学和气候的影响。我们使用蒸汽吸附分析仪测量了21种矿质气溶胶的质量随相对湿度（0-90%）的变化，从而定量阐明矿质气溶胶的吸湿性(Chen et al., 2020)。这21种矿质气溶胶包括14种常见矿物（如石英、长石、石灰石和伊利石等）以及7种来自全球不同地区的实际沙尘。图4. 一次典型的沙尘暴事件我们发现矿质气溶胶的吸湿性普遍较弱，如图5所示。除了蒙脱石以外，当相对湿度从0%增加至90%时，矿质气溶胶的质量增加了不到10%，表明绝大部分的矿质气溶胶的吸湿性较低。另外，我们发现矿质气溶胶的吸湿性与其比表面积密切相关，这表明矿质气溶胶的吸湿性可能是由水在颗粒物表面的吸附所决定的。例如对于蒙脱石，其比表面积较大，吸湿性也远远强于其他矿质气溶胶。上述研究结果可显著提高矿质气溶胶吸湿性的科学认识，从而有助于更好地阐明矿质气溶胶在大气化学和气候变化中的作用。图5. 矿物样品的吸湿性与（a）BET比表面积的关系以及（b）粒径的关系2.3 盐尘暴颗粒物最近几年的外场观测表明，矿质颗粒物，尤其是从干盐湖和盐碱地表面排放进入大气的矿质颗粒物，除了吸湿性很弱的矿物之外，往往还含有一定量的水溶性盐（如氯化钠和硫酸钠等）。这类矿质颗粒物常被俗称为盐尘暴颗粒物。然而，目前关于盐尘暴大气颗粒物吸湿性的科学认识还基本上处于空白阶段。在近几年发表的一项研究工作中(Tang et al., 2019c)，我们在东起黄河三角洲，西至新疆罗布泊的干旱和半干旱盐碱地采集了13个地表土壤样品，采样点的地理分布如图6所示。我们使用X射线衍射仪测定了这些样品的矿物组分，使用离子色谱仪分析了它们的水溶性离子成分，并使用蒸汽吸附分析仪研究了这些样品的吸湿性。图6. 土壤样品采样点的地理分布研究发现，不同样品的吸湿性存在着很大的差异，如图7所示。对于某些盐尘暴样品，其吸湿性较弱，当相对湿度升高至90%时，其质量仅增加了10%左右，然而对于某些盐尘暴样品，当相对湿度升高至90%时，其质量已增加至干燥状态下的5倍，这基本接近于氯化钠或硫酸钠的吸湿性。随后我们又探讨了颗粒物的吸湿性与其水溶性离子含量的关系。我们发现当水溶性离子的含量越高，颗粒物的吸湿性越强。此外，我们还将颗粒物水溶性离子含量的数据输入至气溶胶热力学模型（ISORROPIA-II）中来计算颗粒物的吸湿性，结果表明该热力学模型并不能很好的模拟实际盐尘暴样品的吸湿性。以上研究结果将改变我们对于矿质颗粒物吸湿性的科学认识，进而帮助我们更好地了解矿质颗粒物在大气化学和气候系统中的作用。图7. （a）新疆自治区吐鲁番市艾丁湖表层盐土与（b）内蒙古杭锦后旗盐碱土样品的吸湿性2.4 蒸汽吸附分析仪与其他表征仪器的联用由于蒸汽吸附分析仪仅可得到颗粒物随相对湿度的质量变化，因此我们通常还会将蒸汽吸附分析仪与其他表征仪器进行联用，从而深入认识颗粒物的吸湿性。例如，在花粉颗粒物吸湿性的研究工作中(Tang et al., 2019b)，除蒸汽吸附分析仪以外，我们还使用了透射傅立叶变换红外光谱仪测定样品的红外吸收，以获得花粉颗粒物的化学成分的信息。测量结果表明，花粉颗粒物的吸湿性在很大程度上决定于颗粒物中羟基的相对含量。这一研究结果揭示了花粉颗粒物的化学成分与吸湿性的关系，进一步增强了我们对花粉颗粒物的环境、健康和气候效应的认识。在代表性钙盐镁盐颗粒物吸湿性的研究工作中，我们使用蒸汽吸附分析仪与H-TDMA系统分析了八种钙盐镁盐的吸湿特性，直接得到了颗粒物在不同相对湿度（0-90%）下的液态水含量及粒径变化数据，并讨论了不同初始相态对颗粒物吸湿性的影响以及环境意义。以Ca(NO3)2为例，其在蒸汽吸附分析仪实验中观察到明显的潮解行为，表明初始相态下该颗粒物为结晶态；而在H-TDMA实验中，Ca(NO3)2气溶胶颗粒呈现连续吸湿行为，表明其初始相态为无定形态。但是，颗粒物潮解之后两种手段得到的吸湿性参数均与气溶胶热力学模型模拟值吻合，呈现出良好的一致性。结果表明，两种手段的联用能够互为补充地系统研究颗粒物在不同粒径、不同初始相态下的吸湿特性，并为气溶胶热力学模型的验证提供有效的基础物化数据。2.5 火星上的液态水我们开发的大气颗粒物吸湿性的新方法还可以用来帮助我们认识火星中的液态水。2018年，来自意大利宇航局的团队通过雷达在火星南极附近冰层的地下发现了一个液态水湖。一般来说，由于火星环境条件极度寒冷和干燥，纯净液态水很难在火星环境中稳定存在。而土壤中存在的高氯酸盐可以降低水的冰点，并可在亚饱和条件下通过吸收水蒸气形成水溶液，这可以解释为什么火星这种极度干旱的条件下可能存在液态水。目前一些研究认为，火星土壤中所含的高氯酸盐能够在相对湿度远低于100%时通过吸收大气中的水蒸气发生潮解从而形成稳定的溶液，但关于不同温度和相对湿度下高氯酸盐液态水含量的实验数据仍十分匮乏。图8. 火星液态水湖（来源于网络）我们使用蒸汽吸附分析仪测定了几种常见的高氯酸盐（无水高氯酸镁、六水合高氯酸镁、无水高氯酸钠、一水合高氯酸钠等）在不同温度下的相变和吸湿性 (Gu et al., 2017b Jia et al., 2018)。我们发现，高氯酸盐可在较低的相对湿度下吸水形成稳定的水溶液。如图9所示，对于高氯酸钠盐，在相对湿度低于20%时，其主要以无水高氯酸钠颗粒物稳定存在；当相对湿度升高至30%时，则主要以结晶态的一水合高氯酸钠稳定存在；当相对湿度进一步升高时，结晶态的一水合高氯酸钠将吸收大量水形成稳定的高氯酸钠溶液。另外，我们还发现高氯酸盐的潮解点会随着温度的升高而降低。例如一水合高氯酸钠的潮解点从5摄氏度时的∼51.5%降至30摄氏度时的∼43.5%。这项研究工作大大加深了我们对不同条件下高氯酸盐在土壤中的吸湿性的认识，并在一定程度上揭示了为什么火星上可能存在液态水背后的物理化学机制。图9 （a）高氯酸镁盐与（b）高氯酸纳盐随温度和相对湿度变化的相态图参考文献【1】Chen, L. 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