4、表面活性物质对SSA理化性质的影响

4.1吸湿性

吸湿性是颗粒在相对湿度（Relative Humidity，RH）小于100%的平衡条件下吸收水分的能力。气溶胶的吸湿性在很大程度上决定了其化学演化和寿命，并决定了对空气质量和气候的影响，例如影响云滴活化以及辐射散射和吸收。目前在北冰洋、太平洋和大西洋等多个不同地点，都已经对SSA的吸湿性进行了大量研究，但是关于化学成分和吸湿性闭合的研究仍具有挑战性。一般来说，无机盐的吸湿性略高或远高于有机化合物的吸湿性。表面活性物质由于能够显著改变表面张力，对大气颗粒的吸湿性具有重要影响。例如，早期对亚饱和吸湿性颗粒生长的测量表明，添加表面活性物质会抑制无机盐的吸湿性增长。

在实验室中通过吸湿串联差分电迁移率分析仪测量给定RH下的粒径与干粒径的比值，以通过吸湿性生长因子来量化吸湿性。最近许多研究关注到表面活性物质对颗粒吸湿性的影响。图4总结了当前一些研究中量化的表面活性物质对SSA模拟物吸湿性的影响。

图4单一组分或混合组分气溶胶的吸湿性生长因子

根据上述总结，表面活性物质对SSA吸湿性的影响可能取决于其本身性质，包括离子性、分子量、饱和度以及在其他有机化合物存在情况下的体相与表面的分配。例如，在包含糖和盐的二元模型中，Estillore等发现与葡萄糖相比，质量比相等的含表面活性藻酸盐的气溶胶具有较低的吸湿性。阳离子表面活性物质增加了海盐—葡萄糖混合颗粒的吸湿性因子，从而具有更强的CCN潜力。然而，对于含有海带多糖的颗粒，由于更复杂的糖会阻碍表面活性物质在颗粒表面的分配，表面活性物质可能有助于降低海盐—海带多糖颗粒的整体吸湿性。为了准确评估脂肪酸对海盐气溶胶吸湿性的影响，Forestieri等研究了由不同量的饱和及不饱和脂肪酸包覆的SSA模拟物的吸湿行为，对于涂有纯棕榈酸的颗粒，可能由于棕榈酸能够形成凝聚膜，观察到吸水动力学受到明显限制。Swanson等的研究则表明，非离子表面活性物质显著促进了NaCl水性颗粒的吸湿性增长，而阴离子和阳离子表面活性物质则没有观察到显著偏差。

4.2 CCN活性

通过液态水的异质成核而变成云滴的颗粒称为CCN，而大气粒子充当CCN的潜力被称为CCN活性。通过Köhler理论来描述一个给定的气溶胶颗粒作为CCN的热力学可行性，其主要基于液滴的曲率和表面张力（Kelvin效应）以及溶质的吸湿性（Raoult效应）所导致的水蒸气压力平衡来预测气溶胶颗粒活化。

表面活性物质可以通过降低表面张力，贡献溶质及形成对水的吸收屏障来影响液滴活化动力学进而影响CCN活性。当在Köhler计算中考虑表面张力降低时，由于假定表面活性物质在颗粒体和表面之间的分配，导致临界过饱和度降低和临界颗粒湿直径增加。另一项研究发现，由于表面活性物质被分配到液滴外部而引起溶质的减少可以抵消表面张力的降低。因此，在Köhler理论的框架内，表面活性物质可以对气溶胶活化成云滴产生相反的影响。表2总结了已有研究中表面活性物质对CCN活性的不同影响。

表2表面活性物质对云凝结核（CCN）活性的影响

α-蒎烯臭氧化产物大气颗粒主要由表面活性物质组成时（约80%）会增加CCN活性

十二烷基硫酸钠、油酸十二烷基硫酸钠和油酸通过降低溶液表面张力，有助于增强产生的NaCl颗粒的CCN活性

高分子量类腐殖质物质表面活性的类腐殖质物质可以到达液滴表面，降低气溶胶形成云滴的表面张力

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，也可以导致表面张力下降并影响CCN活性

辛酸钠、癸酸钠、十二酸钠、十二烷基硫酸钠如果仅考虑表面张力降低，而忽略表面活性物质的表面分配，则会大大低估实验的临界过饱和度

丙二酸、壬二酸、己酸、顺式蒎烯酸、油酸、硬脂酸无机—有机混合颗粒的CCN活性与溶解度相关，硬脂酸形成厚的有机涂层阻碍了水蒸气的扩散，能够完全抑制硫酸铵的吸湿能力

十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠可以通过降低所产生颗粒的吸湿性，产生更小的颗粒以及减少产生的颗粒总数量的方式导致CCN总数减少63%~75%

油酸、棕榈酸、肉豆蔻酸除了在有机质量比例过大时（>0.9），有机质量对无机盐颗粒CCN活性的影响可以忽略不计

棕榈酸、硬脂酸、棕榈油酸、油酸不饱和脂肪酸涂层对海盐颗粒的CCN活性几乎没有影响，可能与不饱和脂肪酸形成的涂层不完整，以及双键的存在导致涂层压缩程度较低有关，从而导致通过液态不饱和脂肪酸涂层的扩散比通过相应的固体饱和脂肪酸涂层的扩散更快

油酸、油酸钠包裹1层油酸钠或油酸涂层的颗粒表现出与纯钠盐颗粒相似的CCN活性，而当有机浓度增加10倍时也仅会略微抑制CCN活性

硅藻培养物由人工海水、含硅藻培养物的人工海水及北大西洋和北冰洋收集的真实样品生成的SSA颗粒具有相似的CCN活性，说明SSA中生物源有机组分的内部混合对北极混合相云的云滴活化过程没有实质性影响