清華新聞網(wǎng)1月10日電 揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是大氣污染過程的關(guān)鍵前體物,，已成為主要治理對(duì)象之一。VOCs排放到大氣中,，在自由基等活性物種的作用下快速氧化,，生成復(fù)雜的氣態(tài)含氧有機(jī)分子,，對(duì)大氣二次顆粒物生成和臭氧污染有著重要貢獻(xiàn),。大氣中存在多級(jí)、各類有機(jī)物氧化反應(yīng)過程,，導(dǎo)致所生成的大氣有機(jī)分子物種復(fù)雜,、識(shí)別困難。近日,，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院大氣污染與控制教研所蔣靖坤研究組在大氣在線高分辨質(zhì)譜監(jiān)測(cè)領(lǐng)域取得新進(jìn)展,，研究揭示了城市大氣有機(jī)分子特征及變化規(guī)律。
研究組使用兩種化學(xué)電離高分辨質(zhì)譜技術(shù),，在北京城市大氣環(huán)境開展長(zhǎng)期觀測(cè),，測(cè)量了有機(jī)前體物、初級(jí)氧化產(chǎn)物和多級(jí)氧化產(chǎn)物,，拓寬了可識(shí)別的大氣含氧有機(jī)分子的物種及質(zhì)量范圍,，揭示了其分子特征、濃度和季節(jié)變化規(guī)律，增加了對(duì)大氣有機(jī)分子的形成與演變過程的認(rèn)識(shí),。
圖1.基于Vocus-PTR-TOF的北京大氣有機(jī)前體物及其初始氧化產(chǎn)物測(cè)量結(jié)果
針對(duì)有機(jī)前體物及其初級(jí)氧化產(chǎn)物,，研究組使用聚焦質(zhì)子轉(zhuǎn)移飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（Vocus-PTR-TOF）進(jìn)行測(cè)量。與傳統(tǒng)質(zhì)子轉(zhuǎn)移質(zhì)譜儀相比,，該質(zhì)譜儀憑借增強(qiáng)的靈敏度和質(zhì)量分辨率,，可檢測(cè)和解析出更多的物種。在m/z 50-200的質(zhì)量范圍中共識(shí)別出512個(gè)有機(jī)分子,，其中44%的物種處于亞ppt水平,，38%的物種含有3-8個(gè)氧。這些新解析出的含氧分子多為中等/半揮發(fā)性有機(jī)物,，其中多是苯,、甲苯等人為源有機(jī)前體物和單萜、萜烯等天然源有機(jī)前體物的初級(jí)氧化產(chǎn)物,，對(duì)大氣含氧有機(jī)分子濃度,、羥基自由基反應(yīng)性以及二次顆粒物生成有著不可忽視的貢獻(xiàn)。
圖2.基于CI-Orbitrap的北京大氣OOMs測(cè)量結(jié)果
有機(jī)前體物及初始氧化產(chǎn)物在大氣中被氧化成具有更高分子量和更多種類的高氧化態(tài)含氧有機(jī)分子（OOMs）,。研究組搭建了一臺(tái)以硝酸根離子及其團(tuán)簇為試劑離子的在線化學(xué)電離靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜儀（CI-Orbitrap）,，對(duì)北京城市大氣環(huán)境中的OOMs進(jìn)行長(zhǎng)期測(cè)量。在m/z 200-600的質(zhì)量范圍內(nèi)共識(shí)別出2403個(gè)OOMs,，揭示了OOMs清晰的同系物特征和加氧特征,，反映了大氣中豐富復(fù)雜的氧化過程。經(jīng)前體物溯源分析,，發(fā)現(xiàn)北京大氣中的OOMs主要來自于芳香烴和脂肪族等人為源有機(jī)前體物的氧化,。此外，還識(shí)別了新粒子生成相關(guān)的OOMs二聚體,，以及OOMs形成過程的有機(jī)自由基等重要中間體,。之前受限于測(cè)量技術(shù)，這些物種在已有的城市大氣研究中鮮有報(bào)道,。
研究成果以“北京城市大氣中有機(jī)氣體的分子和季節(jié)特征：基于聚焦質(zhì)子轉(zhuǎn)移飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的觀測(cè)分析”（Molecular and seasonal characteristics of organic vapors in urban Beijing: insights from Vocus-PTR measurements）和“利用在線超高分辨率質(zhì)譜儀解析北京城市大氣中的含氧有機(jī)分子”（Resolving Atmospheric Oxygenated Organic Molecules in Urban Beijing Using Online Ultrahigh-Resolution Chemical Ionization Mass Spectrometry）為題,，分別發(fā)表于《大氣化學(xué)與物理》（Atmospheric Chemistry and Physics）和《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》（Environmental Science & Technology）。
論文的第一作者分別為環(huán)境學(xué)院博士畢業(yè)生安肇錦（現(xiàn)為哈佛大學(xué)博士后）和環(huán)境學(xué)院2020級(jí)博士生袁藝,，通訊作者為環(huán)境學(xué)院教授蔣靖坤,。論文合作單位包括北京化工大學(xué)、復(fù)旦大學(xué),、武漢大學(xué),、南京大學(xué)、大連理工大學(xué),、河南師范大學(xué),、赫爾辛基大學(xué)、哈佛大學(xué)和美國(guó)Aerodyne公司。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金,、三星全球研究項(xiàng)目的支持,。
論文鏈接：
http://doi.org/10.5194/acp-24-13793-2024
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c04214
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
