作为一个发展中国家,我国飞速发展的工业化和城镇化导致了大气污染的日益加剧,已经严重影响到社会发展和人们的正常生活。大气污染物的主要指标是以PM_2.5为代表的污染物,危害极大。而机动车污染物排放已被公认为是城市大气环境中PM_2.5的主要来源之一,因此研究机动车交通源排放颗粒物的物理化学特征及老化演变行为具有很重要的现实意义。本研究主要使用透射电子显微镜（TEM-EDX）、扫描电子显微镜（SEM-EDX）、原子力显微镜（AFM）、电感耦合等离子质谱（ICP-MS）和离子色谱（IC）相结合的方法来研究不同的隧道（以柴油车为主的塘朗山隧道和以汽油车为主的北宁公园隧道）和城市道路环境中机动车交通源排放颗粒物的单颗粒形貌类型、粒径分布、化学成分、混合状态及老化过程等。塘朗山隧道是一条以柴油车为主的隧道,柴油车占比70.38%,平均每10 min车流量为84辆;北宁公园隧道是一条以汽油车为主的隧道,汽油车占比92.62%,平均每10 min车流量为486辆。学院路街道是一条以汽油车为主的城市道路,汽油车占比93.28%,平均每10 min车流量为339辆。通过实验分析,得到以下几点主要结论:对隧道内PM_2.5质量浓度监测表明,塘朗山隧道中PM_2.5的质量浓度为197.2μg/m3,而相对应的深圳城区环境对比点中PM_2.5质量浓度为85.9μg/m³,可见塘朗山隧道中PM_2.5的质量浓度明显高于隧道外城区环境大气。以汽油车为主的北宁公园隧道出口处PM_2.5质量浓度为164.9μg/m³,隧道中点处PM_2.5质量浓度为89.5μg/m³,说明隧道中PM_2.5遵从隧道的活塞效应,隧道中的车流把PM_2.5从隧道中带到出口处,使得PM_2.5在隧道出口处有一个累积效应,导致了出口处PM_2.5质量浓度明显高于中点处。此外,隧道内的堵车现象会导致PM_2.5质量浓度的迅速升高。通过对比两个不同车型比例的隧道中PM_2.5的质量浓度,发现虽然塘朗山隧道的车流量较少,但是其隧道中PM_2.5的质量浓度比以汽油车为主的北宁公园隧道中PM_2.5的质量浓度明显偏高,说明隧道环境中PM_2.5的质量浓度与隧道中的车型比例有很大的关系,而柴油车会产生更高质量浓度的PM_2.5。利用透射电子显微镜对隧道环境中机动车交通源排放PM_2.5单颗粒进行分析,根据单颗粒的形貌、化学成分及其电子束下的稳定性,将隧道环境中的单颗粒分为烟尘集合体、有机颗粒、硫酸盐颗粒、金属颗粒、矿物颗粒、飞灰和混合颗粒七种类型。同时根据隧道内颗粒物的可能来源可以整合归纳为四大类:尾气管排放颗粒物、磨损颗粒物、道路扬尘和二次颗粒物。尾气管排放颗粒物主要是来自于汽油和柴油的燃烧,包括烟尘集合体、有机颗粒、部分硫酸盐颗粒和部分金属颗粒。磨损颗粒物主要来自于轮胎和刹车磨损,只包括金属颗粒。道路扬尘包括隧道内的车流带起来的风使隧道内再次悬浮的矿物颗粒和飞灰。二次颗粒物主要是在隧道内发生非均相混合反应的颗粒物,包括混合颗粒和部分硫酸盐颗粒。以柴油车为主的塘朗山隧道中的单颗粒类型主要以硫酸盐颗粒、烟尘集合体、混合颗粒和矿物颗粒为主,且这4种类型占到了颗粒总数的90%以上。以汽油车为主的北宁公园隧道中的单颗粒类型主要以硫酸盐颗粒、混合颗粒和烟尘集合体为主,且这3种类型的颗粒物占到了颗粒总数的90%以上。这个现象说明隧道内的颗粒物不仅来自于尾气排放,非尾气排放也占有相当大的比重。隧道内的堵车过程会导致烟尘颗粒和混合颗粒相对数量的迅速增多。隧道内出口处硫酸盐的相对数量明显比中点处偏多,而隧道中点处烟尘集合体的相对数量明显比出口处偏多。隧道中硫酸盐颗粒随粒径的增大其相对数量百分比逐渐增加然后减少,而混合颗粒随粒径的增大其相对数量百分比逐渐增加。隧道中的烟尘颗粒、有机颗粒和金属颗粒的粒径均较小;混合颗粒和矿物颗粒的粒径均较大。隧道中所有颗粒物的几何平均粒径比相应的城区环境对比点中所有颗粒物的几何平均粒径要小,并且以柴油车为主的塘朗山隧道中的颗粒物几何平均粒径比以汽油车为主的北宁公园隧道中颗粒物的几何平均粒径相对较大。由于硫酸盐颗粒在隧道环境中占有一个很大的比重,并且混合颗粒中也含有很多硫酸盐颗粒,因此把隧道中的硫酸盐颗粒又细分为单个硫酸盐颗粒、长条状硫酸盐颗粒、核壳结构硫酸盐颗粒、核中内混有其他颗粒的核壳结构硫酸盐颗粒、与其他颗粒内混的硫酸盐颗粒和硫酸钙六种类型。长条状硫酸盐中一般都含有K元素。研究发现,隧道中的硫酸盐颗粒比城区环境中的硫酸盐颗粒更容易被有机物质包裹,说明隧道内大量有机物的环境会有助于这些有机物在硫酸盐颗粒的表面形成一个包裹层,使硫酸盐颗粒发生一定程度的老化,但是由于隧道内缺乏光照和光化学反应,其老化程度相对低于城区环境。隧道中点处核壳结构硫酸盐颗粒和核中内混有其他颗粒物的核壳结构硫酸盐颗粒的相对数量百分比明显高于隧道出口处,而隧道出口处单个硫酸盐和长条状硫酸盐的相对数量百分比明显高于隧道中点处。隧道内的混合颗粒分为不规则形状颗粒和核壳结构颗粒。核壳结构颗粒的核大多数是以矿物颗粒、金属颗粒和硫酸盐与矿物颗粒/金属颗粒的混合物为主,壳多是有机物。因此隧道内核壳结构颗粒主要包括三种类型:核是硫酸盐的核壳结构颗粒（前面提到的被有机物质包裹的硫酸盐）、核是硫酸盐与矿物颗粒/金属颗粒混合的核壳结构颗粒和核是矿物颗粒/金属颗粒等其他颗粒没有硫酸盐的核壳结构颗粒。用这三种核壳结构颗粒的核壳比来研究没有光照和光化学反应条件下半封闭的隧道环境中颗粒物的老化。其中,核壳比的值越大说明其老化程度越低,反之则越高。经过对比发现,这三种核壳结构颗粒老化程度从高到低排列依次是:核中不含有硫酸盐的核壳结构颗粒、核是硫酸盐与矿物/金属成分混合的核壳结构颗粒、核是硫酸盐的核壳结构颗粒（也就是被有机物质包裹的硫酸盐）,由此可见,在隧道缺乏光照和光化学反应的条件下,矿物颗粒和金属颗粒可以促进硫酸盐颗粒的老化。这些颗粒物的老化程度在隧道中点和出口处并无显著差别,说明这些颗粒物在隧道内是一个初级老化的过程,不会随着时间和距离的延长发生进一步老化,只有当这些颗粒物被车流带到更广阔的环境大气中,在光照条件下发生光化学反应才会促进颗粒物进一步的老化。基于此项研究成果,制定了机动车交通源颗粒物从尾气管到环境大气的三阶段演变老化模式,第一阶段是颗粒物从尾气管排放之后的碰并凝聚、混合,第二阶段是在半封闭的隧道环境中的初级老化,第三阶段是在更广阔的的大气环境中的进一步光化学老化。通过对隧道和城市道路环境中PM_2.5的电感耦合等离子体质谱仪分析,得到了各个采样点PM_2.5中的重金属元素的质量浓度。结果表明,隧道环境PM_2.5中重金属元素的质量浓度明显高于比相对应的城区环境对比点。在两个隧道和城市道路PM_2.5中质量浓度均较大的重金属元素是Zn,Ti,Ba,Cu四种元素。富集因子分析的结果表明,除了Cu元素,还有Cd,Ti,Sb和Zn也可能来自于轮胎与刹车磨损。通过对隧道PM_2.5的水溶性无机离子分析发现,隧道环境PM_2.5中的水溶性无机离子主要以SO₄^2-,NH₄⁺和NO₃^-（SNA）为主。并且隧道环境PM_2.5中各离子的浓度均比城区环境要高,隧道出口处SNA离子浓度比隧道中点处浓度略高,说明SNA离子符合隧道的活塞效应,与质量浓度呈现一个正相关关系。通过对在学院路街道使用安德森采样器采集的不同粒径段颗粒物（4.7-5.8μm、3.3-4.7μm、2.1-3.3μm、1.1-2.1μm、0.65-1.1μm、0.43-0.65μm粒径段）进行扫描电子显微镜和离子色谱的结合分析,得到了分级颗粒物的微观形貌和水溶性无机离子的质量浓度,结果表明不同粒径段的颗粒物在扫描电镜下整体的微观形貌是不一样的,因此把颗粒物分为较大粒径段（2.1-5.8μm）和较小粒径段（0.43-2.1μm）。较大粒径段的颗粒物在扫描电镜下一般都是单独存在的矿物颗粒,颗粒物的粒径较大,枝杈状结构比较明显,不规则程度比较大,并且在较大粒径段颗粒物中水溶性无机离子的浓度很低,略微较高的是Ca²⁺和NO₃^-,说明较大粒径的矿物颗粒也发生了一定程度的转化。较小粒径段的颗粒物在扫描电镜下一般都是呈现圆球形或者近似圆球形,粒径较小,不规则程度较小,这些较小粒径段的颗粒在电子束的照射下会迅速挥发。在较小粒径段颗粒物中,水溶性无机离子的质量浓度相对较高,主要以SO₄^2-、NH₄⁺和NO₃^-（SNA）为主。这也说明了扫描电镜下这些粒径较小的容易挥发的颗粒是二次颗粒。SNA离子占到了较小粒径段所有水溶性无机离子总浓度的95.55%,并且主要集中在0.56-1.1μm粒径段范围内。另外,在颗粒物较小粒径段除SNA离子以外,K⁺浓度相对较大,说明二次颗粒中含有一定量的K元素,这也进一步验证了前面提到的粒径较小的长条状的硫酸盐颗粒中含有一定量的K元素。综上所述,本研究通过多种分析方法相结合,对隧道环境和城市道路环境中机动车交通源排放PM_2.5单颗粒特征、老化状态和化学成分特征做了系统的研究分析,最终获得了隧道环境中机动车交通源排放颗粒物特有的分类标准,建立了核壳结构颗粒的成分谱,制定了在缺乏光照和光化学反应的隧道环境中,矿物颗粒和金属颗粒诱导下的硫酸盐颗粒的老化机制,最后建立了机动车交通源排放颗粒物从尾气管到环境大气的三阶段演变老化模式。