近年来，我国大气中硫酸盐浓度大幅下降，硝酸盐却居高不下。为进一步改善空气质量，中国开始实施氨减排。为了揭示大气氨浓度变化及其来源规律，基于扩散吸附原理的被动采样器被广泛用于大气氨浓度测量中，并成为全球大气氨观测网络的标配。然而，被动采样器表征大气氨同位素的可靠性一直是个国际难题。

近日，中国科学院大气物理研究所、中国科学院沈阳应用生态研究所、华东师范大学、美国布朗大学等单位的合作研究，对欧洲、美国和中国广泛使用的被动采样器开展了适用性评估。结果显示，ALPHA、Analyst和Radiello这3种被动采样器得到的氨同位素¹⁵N具有一致性，但它们的采样结果都显著低于扩散管主动采样系统。这一结果提示氨气同位素分子扩散引起了氮同位素分馏效应。相关研究结果发表在Atmospheric Research 。

潘月鹏解释，由于以¹⁴NH3为代表的轻同位素和以¹⁵NH3为代表的重同位素分子量不同，它们在空气中扩散的速率也不同，这造成了氨同位素的分馏，导致¹⁵NH3含量降低了17.7‰，这与在北京实际大气中观测到的下降15.4‰的差异非常接近。

值得一提的是，该论文合作者、美国布朗大学博士Walters在测量美国罗得岛和中国沈阳交通源氨同位素时也发现了类似的分馏现象，证明了北京外场观测结果的普遍性和理论计算的自洽性，即15.4?‰可作为校正被动采样器氨同位素分馏效应的参数。

“由于气体扩散遵循菲克定律，该参数也适用于NOx、HONO和HNO₃等其它含氮气体同位素数据的校正。”潘月鹏及合作者认为，校正气体分子扩散中的同位素分馏效应将大幅提升被动采样测量数据的可靠性，促进被动采样器在气态污染物同位素溯源研究中更广泛应用。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.105018

大气氨被动采样和主动采样外场对比实验（2018年8月北京） 中国科学院大气物理研究所供图

被动采样（左）和主动采样（右）大气氨同位素测量结果及差异形成的原因，即同位素分子不同的流动性造成了氨在空气中扩散过程的同位素分馏效应 中国科学院大气物理研究所供图