我们中的许多人都曾在人生的某个时刻凝视过日出和日落的惊人美景。居住在极地地区附近的人们可能也对引人注目的暮色感到惊叹。这两个观察结果都是一种称为光散射的物理现象的影响。但是是什么导致光线在清澈的空气中散射呢？虽然看起来很清晰，但几乎可以肯定的是，当我们深呼吸时，我们会吸入数以千万计的固体颗粒和液滴，即气溶胶。术语气溶胶（“aero-solutions”的缩写）包括多种最终悬浮在空气（或其他气体）中的小物质。它们可以是固体或液体，并且可以无限小或大到足以用肉眼看到。天然气溶胶的例子有雾、薄雾、灰尘、森林渗出物和间歇泉蒸汽。气溶胶科学涵盖了广泛的领域，因为存在各种可能遇到气溶胶存在的现象。可以根据气溶胶的产生和去除、气溶胶的技术应用、气溶胶对环境和人的影响等主题进行分类。让我们讨论一下日常生活中可能遇到的几种气溶胶。
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有一种常见的误解，认为“气溶胶”一词是指化合物的固相，而实际上，根据定义，它是气相和固相的组合。
气溶胶在大气中的生命周期图，显示了排放、沉积和传输过程以及气溶胶在大气中的作用
大气气溶胶是液体、固体或混合颗粒在空气中的悬浮物，具有高度可变的化学成分和尺寸分布。当这些粒子足够大时，我们会注意到它们的存在，因为它们会散射和吸收阳光。它们散射的阳光导致雾霾和红色的日出和日落。气溶胶在散射光时会对气候产生重大影响。直径较大的粒子将其大部分入射太阳辐射向前散射，而返回太空的则较少。粒径越大，向前散射的光的百分比就越大。因此，较大的气溶胶颗粒对对流层冷却的贡献较小。根据它们的来源，大气气溶胶基本上分为两类：
初级气溶胶是直接排放到大气中的大气颗粒。它包含粒径大于 0.1 微米的有机和无机化合物。这些气溶胶在大气中的寿命很短，通常只有几天。它们被阵风、火山爆发或从烟囱或火焰中飘散到大气中。
例子
黑碳： 黑碳，通常称为烟灰，是空气中最主要的吸光颗粒物气溶胶。它主要由多种燃烧过程排放，例如柴油发动机和野火。众所周知，这些颗粒沉积在雪和冰上，导致吸收入射的太阳辐射，从而融化雪并导致反照率降低，进而导致对流层变暖降低。黑碳也可能对人类健康产生不利影响；然而，与二氧化碳等持久性温室气体不同，黑碳会在 1-2 周内从大气中清除，因此其影响往往更具区域性而非全球性。
生物质燃烧：生物质是指用作产生电力或热量的燃料的植物或动物材料。生物质或生物燃料的例子包括木材、能源作物以及来自森林、庭院或农场的废物。燃烧此类材料会产生多种颗粒物，如氮氧化物、一氧化碳、二氧化硫、铅、汞和其他有害空气污染物，可能对气候和人类健康产生重大影响。一般来说，这些粒子通过散射阳光或通过成为导致雨或雪形成的云凝聚核 (CCN) 来冷却对流层。尽管如此，这些粒子中的一些吸收入射的太阳辐射，从而导致对流层变暖。
矿物粉尘： 矿物粉尘是一种大气气溶胶，来源于构成土壤的矿物质的悬浮液。它主要由粘土和淤泥颗粒组成，其直径在 0.1 到 20 微米之间（约 1/10 的头发）。较大的颗粒，例如沙子，不被视为气溶胶，因为它们最终会通过重力沉降从大气中去除。矿物尘埃可以吸收或散射入射的太阳辐射。然而，散射更频繁地被观察到，这导致对流层冷却作为净效应。矿物尘埃也被认为在许多海洋和陆地生物地球化学过程中发挥重要作用，因为尘埃中存在的微量金属是各种生态系统发展的重要营养物质。
海喷雾： 海喷雾是指直接从海洋形成的气溶胶颗粒，主要是通过在海气界面处破裂气泡喷射到大气中。它包含有机和无机，形成分布最广泛的天然气溶胶，称为海盐气溶胶 (SSA)。它们的特点是散射性强、吸湿性强、粒径范围广。由于吸湿性，海盐颗粒可以作为非常有效的云凝结核 (CCN)，改变云反射率、寿命和降水过程。一般来说，它们对对流层有冷却作用。
火山气溶胶： 火山喷发导致几种颗粒物质到达平流层。平流层中存在的大多数气溶胶是从火山喷出的富含硫的颗粒。它们也被称为平流层硫气溶胶。这些颗粒由硫酸和水的混合物组成。火山气溶胶是吸收和散射粒子的混合物，吸收剂通常大到足以迅速脱落，因此较小的粒子占主导地位。
当漂浮在大气中的不同物质（如植物释放的有机化合物、液态酸液滴或其他材料）碰撞在一起时，会形成二次气溶胶，最终导致化学或物理反应。天然二次气溶胶起源于大气，是可冷凝蒸汽原位气体向颗粒转化的结果。大气中的气体到粒子 (g-to-p) 转换可以有两种形式：现有气溶胶的生长或新粒子的成核。由 g-to-p 转换产生的气溶胶量与初级天然气溶胶相当，超过了初级人为气溶胶。二次气溶胶主要由三类化合物组成：硫酸盐、硝酸盐和有机化合物。让我们讨论一些它的例子。
例子
硫酸盐气溶胶： 术语“硫酸盐气溶胶”用于悬浮细小的硫酸盐固体颗粒或硫酸盐或硫酸溶液的微小液滴（{H}_{2}{SO}_{4}H2所以4）。它们是由大气中涉及气态前体的化学反应产生的，但海盐硫酸盐和石膏尘粒除外。硫酸盐气溶胶在气态前体的现有颗粒上均匀成核或形成。天然硫酸盐气溶胶由 ({SO}_{2}所以2由火山排放到大气中和从二甲基硫醚（即（{CH}_{3}{SCH}_{3}ＣＨ_3SC H3，或称为 DMS）由生物源排放，尤其是海洋浮游生物。硫酸盐气溶胶很常见，散射特性超过吸收特性，从而对对流层产生净冷却效果。然而，来自火山的其他粒子也可能是云凝结核，从而增强了它们的冷却效果。
硝酸盐气溶胶 (NOx)： 硝酸盐气溶胶是由于大气中存在氨和硝酸而形成的。氨和一氧化氮是硝酸的前体，有很多人为和天然来源，包括家养和野生动物的排泄物、合成肥料、海洋、生物质燃烧、农作物、人口和宠物、土壤、工业过程、和化石燃料。硝酸铵气溶胶的形成取决于其前体的热力学状态，并在很大程度上取决于环境条件。气态氨与硝酸在大气中反应生成气溶胶硝酸铵，{NH}_{4}{NO}_{3}NH _4不3. 硝酸盐气溶胶的浓度非常重要，因为硝酸盐是大气中存在的主要气候驱动气溶胶之一。尽管硝酸盐气溶胶的影响小于温室气体，但其浓度的稳步增加表明，到 2030 年代末，它可能成为最大的空气污染物。
二次有机气溶胶 (SOA)： SOA 颗粒通过有机气体氧化产生的低压产物到气溶胶相的质量传递而产生于大气中。直接排放到大气中的碳质颗粒主要来自生物质火灾。有机气溶胶和含碳气溶胶是通过从生物圈释放的气体和挥发性化合物（例如泄漏到地球表面的原油）进行 g-to-p 转换而产生的。有机气体在气相中被羟基（OH）、臭氧（O3）、硝酸根（NO3）等物质氧化，使这些氧化产物逐渐积累。这些产品中的一些具有低挥发性并凝结在可用颗粒上以在气相和气溶胶相之间建立平衡。
已知大气气溶胶颗粒含有不同数量的有机碳材料，具体取决于它们的位置。在世界的某些地方，有机化合物占总悬浮颗粒质量的大部分。由于有机化学的丰富性，有机气溶胶既作为初级气溶胶颗粒排放，又作为有机气体冷凝形成的次级气溶胶颗粒形成。虽然有机气溶胶散射的光可能比吸收的多（冷却效应），但它们也可能导致臭氧的形成，臭氧是一种温室气体（变暖效应）。
药用气雾剂是最独特和最有效的药物输送系统之一。在药学中，术语“气溶胶”通常被称为加压系统，其通过在气体介质中释放含有一种或多种药物活性成分的液体和/或固体材料的连续或计量剂量的精细分散体而起作用。药物气溶胶剂量的内容物可以是细雾、湿或干喷雾过程、稳定流或稳定或快速破裂的泡沫。药物气雾剂的主要优势在于其通过将少量雾化药物颗粒递送至作用部位（即直接朝向气道表面）提供局部效应的能力，从而产生快速的临床反应。主要有两种类型的药用气雾剂喷雾剂。
空间喷雾： 这些是用于提供释放产品粒径小于 50μm 的气雾的气溶胶。
表面喷雾剂： 这些是旨在将活性成分带到表面（例如皮肤）的气溶胶。
药用气雾剂治疗性能的有效性受各种因素的影响，如推进剂的类型和特性，包括推进剂的蒸气压、粘度和密度闪点，以及其他因素，如活性成分、容器、阀门和执行器的类型和特性，以及水分含量的百分比和发射剂量沉积的机制、喷雾模式、阀门压接效率和颗粒大小气溶胶的测量。让我们简要讨论一下制药行业生产的气雾剂系统和气雾剂的主要类型。
两相系统： 该系统包括汽化产品浓缩物（活性成分）和以喷雾形式排出制剂的液化推进剂的两相混合物。如果活性成分可直接溶于推进剂，则配方中无需使用额外的溶剂；否则，使用共溶剂，例如乙醇、丙酮、丙二醇、甘油和乙酸乙酯。这些助溶剂还有助于降低系统的蒸气压，从而在喷涂时形成较大的颗粒。
三相系统：三相系统由除汽化推进剂外的一种或多种活性成分的悬浮液或乳液组成。它是一种三层非均相混合物，由一层与水不混溶的液体推进剂、一层包含产品浓缩物的推进剂不混溶液体和气相组成。当配方需要存在与推进剂不混溶的液相时，使用这种类型的系统。当气溶胶阀被启动时，气相的压力导致液相在汲取管中上升并从容器中排出。如果产品要保持液化气为后面的喷雾保留，则汲取管不得超出水相。有时需要将一些液化推进剂与水相混合以促进喷雾的分散或产生泡沫。在这种情况下，应在使用前立即摇动容器。
压缩气体系统： 使用压缩气体作为推进剂的气溶胶基本上作为压力喷雾运行。气溶胶容器头部的压缩气体压力迫使产品从汲取管上升并流出阀门。使用氮气等不溶性气体会导致产品排放，其形式与放置在内部的形式基本相同。此外，氮气是一种无味无味的气体，不会影响药物的味道或气味。当需要将它们与产品浓缩物一起排出以实现喷雾或起泡时，可以使用微溶于气溶胶产品液相中的其他气体，例如二氧化碳和一氧化二氮。
吸入疗法起源于一些传统文化中对呼吸系统疾病的治疗，其历史可以追溯到公元前 2000 年左右。直到 1956 年，科学家们发明了计量吸入器（MDI），吸入药物达到了安全、有效、方便的状态，足以广泛用于公众使用。药物递送的肺部途径可以为局部肺部疾病以及全身递送的其他途径提供极好的替代方案。使用吸入气溶胶的目的是产生细颗粒和液滴，用于通过嘴吸入并沉积在肺树中。该过程从识别目标组织开始，然后利用技术参数，例如通过配方技术和输送装置调整粒度，以最有效地输送所需的剂量。用于此目的的医疗设备称为吸入器。有多种吸入器通常用于治疗多种疾病，例如哮喘和慢性阻塞性肺病 (COPD)。医疗专业人员根据患者的具体需求、年龄、协调性和肺功能来选择吸入器的类型。让我们来看看最常见的吸入气溶胶类型。有多种吸入器通常用于治疗多种疾病，例如哮喘和慢性阻塞性肺病 (COPD)。医疗专业人员根据患者的具体需求、年龄、协调性和肺功能来选择吸入器的类型。让我们来看看最常见的吸入气溶胶类型。有多种吸入器通常用于治疗多种疾病，例如哮喘和慢性阻塞性肺病 (COPD)。医疗专业人员根据患者的具体需求、年龄、协调性和肺功能来选择吸入器的类型。让我们来看看最常见的吸入气溶胶类型。
例子
计量吸入器 (MDI)：它是最常见的吸入器类型，它包含三个主要部件：金属罐、塑料致动器和计量阀。药物通常储存在含有推进剂或悬浮液的加压罐中的溶液中。在启动时，它将特定量的药物以短时间的雾化药物形式输送到肺部，通常由患者通过吸入自行给药。它最常用于为哮喘患者和患有其他肺部疾病的患者提供药物。其他不太常用但也由 MDI 管理的药物是肥大细胞稳定剂，例如色甘酸或奈多罗米。
干粉吸入器 (DPI)：顾名思义，它是一种用于将粉末状药物直接输送到肺部（或目标组织）的装置。药物通常装在胶囊中，以便在吸入器内手动装载。药物的输送是通过患者放入他/她嘴里的狭窄喉舌完成的。大多数 DPI 依靠患者吸入的力量将粉末从设备中带走，然后将粉末分解成小到足以到达肺部的颗粒。出于这个原因，患者吸入流速不足可能会导致剂量输送减少和粉末不完全解聚，从而导致设备性能不理想。因此，大多数 DPI 具有正确使用所需的最小吸气努力，因此此类 DPI 通常仅用于年龄较大的儿童和成人。
软雾吸入器 (SMI)：软雾吸入器 (SMI) 是一种新型设备。它产生一团药物，人们可以在没有推进剂的帮助下吸入。由于雾中的颗粒比 MDI 和 DPI 多，而且喷雾离开吸入器的速度更慢，因此更多的药物进入肺部。此外，与 MDI 产生的气溶胶相比，雾气在空气中的释放速度更慢且持续时间更长。吸气时按下吸入器侧面的按钮释放药物。使用时需要较少的协调，可能对年轻患者或发现 MDI 吸入器难以使用的患者有所帮助。支气管扩张药噻托溴铵 (Spiriva Respimat) 和奥达特罗 (Striverdi Respimat) 均呈柔和的雾状。SMI 带有内置剂量计数器，因此您可以查看剩余的药物剂量；当吸入器几乎是空的时，它也会变成红色。使用完所有药物后，设备会自行锁定。
雾化器：雾化器是一种独特的吸入器技术，它依靠电力在较长时间内输送药物。他们使用氧气、压缩空气或超声波能量将溶液和悬浮液分解成小的气溶胶液滴，然后从设备的吸嘴中吸入。当一个人哮喘发作时，肺内的气道变得更窄，这使得呼吸几乎不可能。在这种情况下，雾化器是比 MDI 更合适的选择，因为雾化器可以自行将雾化药物部署到肺系统的最深处。此外，雾化器还用于哮喘和某些其他肺部疾病的长期药物治疗。有多种类型的雾化器，包括喷射式、振动网式和超声波式，
鼻腔给药是治疗过敏性和非过敏性鼻炎、鼻窦炎等鼻子和鼻旁窦疾病的合理选择。在某些情况下，鼻腔给药途径是全身治疗的首选，因为它提供了一种可以替代注射或药丸的方法。药物活性成分的溶液可以形成非常快速和直接的雾化鼻喷雾剂。许多药物以鼻喷雾剂的形式存在，用于全身给药（例如镇静镇痛剂、偏头痛、骨质疏松症和恶心的治疗）。其他应用包括激素替代疗法、阿尔茨海默病和帕金森病的治疗。鼻腔喷雾剂被视为一种更有效的药物运输方式，有可能用于穿过血脑屏障。
例子：
抗组胺药
皮质类固醇
减充血剂
盐水
局部气雾剂产品旨在将药物活性成分直接应用于皮肤。它们通常用于治疗烧伤、轻微割伤、瘀伤、感染和各种皮肤病。当气雾剂设计用于局部应用时，建议将颗粒大小保持在 3-6 μm 之间，以避免意外吸入可能产生的不利影响。大多数局部气雾剂由惰性、无毒和环保的烃基溶液组成。局部给药的发展是渐进式的，重点是克服与皮肤屏障特性相关的问题，降低皮肤刺激率，并改善与传统局部给药系统相关的美学。.
例子：
非甾体抗炎喷雾剂
抗真菌气雾剂
硝酸益康唑喷雾
普鲁卡因麻醉剂
非中枢镇痛药
抗感染药，即抗生素、防腐剂、化疗剂
从琼脂上生长的室内生物气溶胶中捕获的生物
生物气溶胶（生物气溶胶的缩写）包括一组以生物方式来源于陆地和海洋生态系统的颗粒。它们由活的和非活的成分组成，例如在环境中普遍存在的代谢物、毒素或微生物碎片。全球对生物气溶胶的兴趣迅速增加，以拓宽关于其识别、量化、分布和健康影响（例如传染性和呼吸道疾病、过敏和癌症）的知识库。生物气溶胶要么直接释放，要么通过湍流带到大气中。它们在地球生态系统中发挥着至关重要的作用，特别是在大气、生物圈、气候和公共卫生之间的相互作用中。生物气溶胶最重要的功能之一包括分散植物和微生物（花粉、孢子等）的生殖单位，使大气能够跨越地理障碍和长距离运输。让我们来看看大气中存在的几种生物气溶胶。
青霉
真菌是真核生物中的一员，其中包括酵母和霉菌等微生物，以及更常见的蘑菇。真菌有多种形式，包括匍匐腐烂、蓬松霉菌、单细胞酵母、大型支架真菌、毒菌和蘑菇。大多数人的一个共同特点是对空气生物学家很重要，即它们会产生大量空气传播的孢子和其他有活力的碎片，这些碎片有时构成空气的主要颗粒成分。真菌气溶胶由具有多种形态的孢子和碎片组成。虽然由于高海拔地区的干燥效应，大多数真菌气溶胶在穿过大气层时会死亡，但尽管暴露在紫外线辐射下，它们中的一些仍能在旅行中幸存下来。真菌孢子的大小差异很大，但一般来说，它们比大多数单个细菌细胞大，比花粉小。让我们来看看一些存在于大气中混杂环境中的真菌气溶胶的例子。
例子：
枝孢属
链格孢属
青霉属
曲霉属
酵母菌
黑粉病
锈迹
担子菌
所有这些真菌都有可能引起一种称为过敏性肺泡炎的疾病。然而，没有足够的证据支持这些事实。
病毒是最小的初级生物气溶胶之一。它们的直径可以小至 20 纳米，通常不作为个体在空气中传播，但更可能附着在其他悬浮颗粒上。许多研究表明，作为主要生物气溶胶存在的病毒并不多。然而，由于它们的传染性，它们是卫生社会的主要关注点。人类、动物、鸟类、鱼类、昆虫和植物中存在的许多疾病是由气溶胶中的病毒引起的（可能的感染传播途径之一）。许多环境因素可能会影响病毒的存活，包括温度、湿度和病毒类型（脂质和非脂质包膜）、周围有机物质（例如唾液和粘液）的存在、阳光（紫外线）或抗病毒化学物质。
例子：
SARS-CoV-2（疾病：Covid-19）
鼻病毒（疾病：普通感冒）
流感（A型、B型、H1N1）（疾病：流行性感冒、流感、猪流感）
水痘-带状疱疹（疾病：水痘）
风疹病毒（疾病：麻疹）
汉坦病毒（疾病：汉坦病毒肺综合征）
炭疽杆菌显微照片
由于它们体积小，与较大的颗粒相比，细菌在大气中的停留时间相对较长（大约几天或更长时间），并且可以长距离运输（长达数千公里）。与其他生物气溶胶不同，细菌能够在它们在大气中存活的几天或几周内完成完整的繁殖周期，使它们成为空气生物群生态系统的主要组成部分。细菌的生存取决于雾和云中的水滴，这些水滴为细菌提供营养并防止紫外线照射。空气中的细菌可能会以单个细胞的形式悬浮，但它们更可能附着在其他颗粒上，例如土壤或叶子碎片，或者被发现为许多细菌细胞的聚集体。为此原因，
例子：
嗜肺军团菌（疾病：肺炎、LD 热）
结核分枝杆菌（疾病：结核病）
炭疽杆菌（疾病：炭疽）
白喉棒状杆菌（疾病：白喉）
鼠疫耶尔森菌（疾病：肺鼠疫）
支原体肺炎（疾病：肺炎）
在所有初级生物气溶胶颗粒中，花粉粒的物理尺寸可能是最大的，代表了含有雄配子的植物的生殖单位。它们可以有各种形状，尺寸从十到几百微米不等。作为生物气溶胶，它们既可以作为完整的花粉单元存在，也可以作为碎片存在。当湿度高时，花粉会破裂，这些碎片已被证明在 30 nm 至 5 μm 的范围内。单个植物放弃的花粉量从一年到另一年可能会有很大差异。环境中花粉浓度的增加与哮喘病例的增加密切相关。它们是风散过敏原的主要来源，特别是来自草和树木的季节性释放。
气雾剂提供范围广泛的产品，从化妆品和家用产品等大众市场商品到专用于工业或医疗用途的特定气雾剂类型。
在化妆品行业，气雾剂被生产为多种身体护理产品，包括发胶、除臭剂、剃须泡沫、保湿霜、防晒保湿霜等。
环顾四周，我们可以找到几种基于气雾剂技术的家居用品，例如空气清新剂、清洁产品、抛光产品、防静电气雾剂、杀虫剂、杀虫剂等。
气溶胶还用于校准仪器、进行研究以及测试采样设备和空气过滤器。
在工业领域，气溶胶有多种应用，包括大众市场和专业用途。例如，发动机清洁、控制台清洁和内饰清洁等几个清洁过程都是使用气溶胶完成的。除冰和防雾等维护服务也在工业中使用气溶胶。
多年来，医疗和制药气雾剂在全世界数百万人的健康和福祉中发挥了至关重要的作用。这些产品包括加压计量吸入器、气溶胶冷却剂、气溶胶消毒剂、气溶胶麻醉剂和气溶胶绷带。
气溶胶技术还用于以喷涂形式提供油漆和其他几种产品。
