北京市作为我国的政治、经济和文化中心,其大气雾霾污染问题引起了全世界的关注。雾霾污染不仅能够使能见度下降,而且对人类健康构成了威胁,因此必要研究雾霾颗粒物的形貌特征、成分组成及相分析,以及它们的物理和化学性质。我们2013年以来一直关注北京地区雾霾污染状况,并采用高分辨环境扫描电镜（ESEM）为研究平台,对雾霾单颗粒及其混合态进行了形貌观察、成分分析、阴极荧光和水湿特性的测试。本文分析了约1100个雾霾颗粒,包括PM₁₀、PM_2.5和总悬浮颗粒物。成分分析的统计数据显示,2013年以来颗粒含S元素的重量百分比整体上随时间呈现下降的趋势,而颗粒含N元素的重量百分比呈现持平趋势。对颗粒物进行了分类统计,其中富硅铝氧颗粒（多为硅铝酸盐）、富钙镁颗粒（多为碳酸盐）和富硅颗粒（多为石英）等天然矿物尘占颗粒总数的29%;人为来源中的富硫富氮颗粒（可能为二次反应颗粒物）约占25%;Ti、Fe、Cr、Mn、Zn等常见金属基颗粒,约占21%;飞灰颗粒约占17%;烟炱颗粒约占8%。其中的天然矿物尘约为几微米,呈不规则块状。其中的人为来源的颗粒包括,球形飞灰,粒径从数十纳米到几微米。烟炱颗粒为数纳米至十几纳米,多成链状。其中的二次颗粒主要以硫酸盐和硝酸盐为主,颗粒尺寸在数十纳米至数微米。由于其形成通常经过大气中的反应,为二次颗粒物,它们多具有复杂的形态,如梭形、条状、球形、柱状、针状、片层状等。天然矿物颗粒、人为来源的颗粒及二次颗粒通常形成复杂的混合体。采用ESEM-阴极荧光谱仪（CL）,研究了雾霾颗粒的发光性质。结合能谱仪（EDS）分析,推断其可能的物相及来源。雾霾颗粒中以氧化物为主的矿物尘发射可见光范围的阴极荧光发射。硝酸盐和铵盐等二次反应颗粒在紫外波段有较强的阴极荧光发射。烟炱、飞灰、富铁及富钛等颗粒的阴极荧光发射较弱,甚至探测不到。混合的雾霾颗粒物的发光谱的主要特征为谱的展宽和光强度的衰减。在ESEM的水湿环境中,通过改变样品室水蒸汽压力和样品的温度,调控样品的湿度,相对湿度（RH）精度达0.3%。原位观测了雾霾颗粒在水的凝结-蒸发过程中的水吸收和承载特性。通过纯盐颗粒的潮解凝结-风化过程,测得NH₄NO₃、NaCl和（NH₄）₂SO₄晶粒的潮解湿度分别为77.3%、79.8%和83.8%。雾霾混合颗粒含有水溶性和非水溶性组分,在RH大于100%才发生水的承载现象。硅铝酸盐矿物尘、金属颗粒、飞灰、烟炱等不溶于水的颗粒与可溶性组分混合后,会出现亲水性和水承载现象。硫酸盐、铵盐、硝酸盐（多为二次颗粒）通常为可溶或微溶盐,明显表现出水承载特性和形貌变化。对北京地区雾霾单颗粒的显微分析,及它们的光发射和水湿性等物理化学性能的分析,得到了雾霾颗粒的形貌-成分-性能关系的数据,对了解雾霾特征、形成机理及治理提供了科学依据。